Drones de télédétection : « Elf » est une application importante

Ces dernières années, les drones (véhicules aériens sans pilote) équipés de charges utiles telles que des caméras, pilotés ou contrôlés de manière autonome par des systèmes de contrôle de vol, ont joué un rôle de plus en plus important dans les applications de télédétection comme la topographie, la cartographie, la réduction des risques de catastrophes et les interventions d'urgence. Ils sont ainsi devenus un membre à part entière de la famille de la télédétection. On les surnomme parfois les « elfes » de la télédétection en raison de leur faible mobilité, de leur vol à basse altitude, de leur haute résolution spatiale et temporelle, et de la diversité et la flexibilité de leurs configurations d'emport. Pourtant, ces « elfes » ont un potentiel immense ! Un drone est un aéronef motorisé sans pilote, qui utilise la force aérodynamique pour se propulser, peut voler de manière autonome ou à distance, est réutilisable après une seule utilisation et peut transporter des charges utiles, létales ou non, comme des appareils photo, des dispositifs de transmission de données ou des émetteurs sonores.

Les drones ne sont pas un phénomène nouveau ; leur développement remonte à plusieurs siècles. En 1917, le Royal Aeronautical Institute du Royaume-Uni combinait aérodynamique, moteurs légers et radio pour concevoir le premier aéronef sans pilote au monde. En décembre de la même année, l’inventeur américain Elmer Spee réalisait le premier vol de la « torpille aérienne » grâce à un gyroscope de son invention et un système de radiocommande développé par la Western Electric Company des États-Unis. À leurs débuts, les drones étaient principalement utilisés dans le domaine militaire. Au début du XXIe siècle, avec le développement rapide de l’électronique moderne, des machines de précision, de la navigation, du positionnement, de la télédétection et d’autres technologies connexes, l’utilisation des drones dans le domaine civil s’est considérablement étendue, donnant naissance à une véritable industrie.

Les drones peuvent être classés selon leur fonction, leur configuration aérodynamique, leur type d'alimentation, leurs dimensions et leur poids, leur vitesse de vol, leur rayon d'action, leur altitude de vol et d'autres critères. Selon leur fonction, on distingue les drones militaires, civils et de loisirs. Les drones militaires se divisent en drones de reconnaissance, de guerre électronique, de relais de communication, d'attaque et cibles autonomes. Les drones civils se répartissent en drones d'inspection, de surveillance, de cartographie et de détection, ainsi qu'en drones agricoles. Les drones de loisirs sont principalement utilisés pour la photographie aérienne personnelle et les jeux vidéo.

Selon leur configuration aérodynamique, les drones peuvent être classés en drones à voilure fixe, à voilure tournante, à ailes battantes et à configuration mixte. Les drones à voilure fixe utilisent un système de propulsion pour générer la poussée nécessaire à leur vol. Leur aile principale, qui assure la portance, est fixe par rapport au fuselage et se présente principalement sous forme de configuration classique, en canard, sans empennage ou à aile volante, ou encore à trois profils. Les rotors des aéronefs à voilure tournante tournent par rapport au fuselage en vol. On distingue ainsi les hélicoptères sans pilote, les drones multirotors et les drones à voilure tournante. Les deux premiers types d'aéronefs à voilure tournante sont directement propulsés par un système de propulsion et peuvent décoller, atterrir verticalement et effectuer du vol stationnaire. Les drones à voilure tournante, quant à eux, sont à propulsion mécanique. Les drones de type ornithoptera utilisent le battement de leurs ailes, à la manière des oiseaux, pour générer portance et propulsion. Cette configuration est particulièrement adaptée aux drones de petite taille et miniatures. Les drones à configuration composite sont constitués d'une combinaison de types de base, comprenant principalement des drones à rotors basculants et des drones à ailes fixes/rotatives.

Selon leur mode de propulsion, les drones se divisent principalement en deux catégories : les drones à moteur thermique et les drones électriques. Ces dernières années, des drones utilisant l’énergie solaire et les piles à combustible à hydrogène comme source d’énergie principale ont été continuellement développés.

Selon leur taille et leur poids, les drones se classent en micro-drones, drones légers, petits drones, drones de taille moyenne et grands drones. Les micro-drones pèsent généralement moins d'un kilogramme et mesurent moins de 15 centimètres. Le poids des drones légers et petits se situe généralement entre 1 et 7 kg, celui des petits drones entre 1 et 200 kg, et celui des drones de taille moyenne entre 200 et 500 kg.

Aujourd'hui, les drones sont devenus le jouet préféré de nombreux enfants et adolescents. Les drones grand public utilisent généralement des plateformes multirotors à bas coût, principalement pour la photographie aérienne, les jeux et autres loisirs. Le marché chinois des drones grand public a connu une croissance fulgurante vers 2012. Auparavant, les drones étaient principalement utilisés dans le secteur industriel, et le marché grand public se limitait surtout aux amateurs de modélisme aérien. Actuellement, le développement de l'industrie chinoise des drones est en plein essor. Outre les institutions et universités de recherche scientifique spécialisées dans l'aéronautique et l'aérospatiale, de nombreuses entreprises privées se sont lancées dans la recherche et le développement. La recherche, le développement et les applications des drones civils sont en plein essor, et la Chine est à la pointe mondiale des applications des drones dans le domaine des loisirs et autres secteurs.

Le drone, en plein développement, est devenu une plateforme de télédétection émergente, largement utilisée dans les domaines de la cartographie aérienne, de l'agriculture, de la foresterie et de la protection des végétaux, de la détection atmosphérique, des secours en cas de catastrophe, de la défense nationale et de la sécurité, après avoir été équipé de divers dispositifs de télédétection.

La télédétection par drone offre une résolution ultra-élevée et des capacités d'acquisition à haute fréquence, complétant ainsi les capacités de la télédétection satellitaire. Comparée à la télédétection humaine, elle présente un meilleur rapport coût-efficacité et une plus grande maniabilité. L'observation en temps réel par drone est difficilement réalisable avec les plateformes d'observation satellitaires actuelles. La télédétection satellitaire peut fournir des images submétriques, mais plus la résolution est élevée, plus la période de revisite du satellite est longue. Les images de drone peuvent facilement fournir des informations au sol avec une résolution centimétrique, voire supérieure, sans contradiction entre haute résolution spatiale et haute résolution temporelle. L'unité dialectique espace-temps est ainsi réalisée à moindre coût. On peut affirmer que l'émergence et le développement rapide de la télédétection par drone ont permis à la recherche en télédétection de franchir une étape importante, passant du macro au micro. Comparée au coût élevé et à la gestion centralisée des plateformes satellitaires, la plateforme de drone permet une vulgarisation de l'acquisition de données de télédétection et rend la télédétection accessible à tous.

Grâce aux avantages uniques de la télédétection par drone, de nombreux domaines où l'application des données satellitaires était jusqu'alors limitée, voire impossible, peuvent désormais être efficacement couverts par cette technique. Par exemple, la télédétection hyperspectrale par drone permet de classifier et d'identifier les espèces de surface, de détecter et de localiser les invasions d'espèces exotiques grâce aux données hyperspectrales fournies par les drones, et d'apporter un soutien en matière de protection de l'environnement. Par ailleurs, la télédétection par drone a facilité l'échantillonnage et l'acquisition de données en environnements extrêmes, fournissant des données de première main pour de nombreuses études et contribuant à de nombreuses découvertes scientifiques. Depuis 2010, la NASA a contribué à la mise en place d'un système de surveillance fine des typhons après avoir suivi avec succès la trajectoire de cinq ouragans de l'Atlantique grâce au drone GlobalHawk, un appareil aérien sans pilote à haute altitude et longue endurance. En 2017, une équipe multinationale de chercheurs a utilisé des drones équipés de caméras et d'autres capteurs pour filmer l'éruption d'un volcan en Terre de Feu, au Guatemala, afin de recueillir des données et de modéliser la dynamique du phénomène.

Il convient de souligner le rôle clé joué par la télédétection par drones dans la surveillance des catastrophes. Ces dernières années, les drones ont été déployés lors de catastrophes naturelles majeures : lors des opérations de sauvetage suite au séisme de Wenchuan en 2008, la technologie de télédétection par drones a été mise en œuvre ; lors de catastrophes naturelles ultérieures, telles que le glissement de terrain de Maoxian au Sichuan, la marée noire de Dalian, l’explosion de produits chimiques dangereux au port de Tianjin et d’autres opérations de secours d’urgence, les drones ont joué un rôle important.

Dans le secteur industriel, l'inspection par drone des infrastructures pétrolières et gazières, de transport d'électricité et de centrales photovoltaïques est devenue une pratique courante. Au sein de certains services gouvernementaux, les drones sont progressivement intégrés à leurs systèmes opérationnels ; par exemple, les services de protection de l'environnement les utilisent pour inspecter et corriger les rejets d'eaux usées dans les cours d'eau. La plateforme de drones à haute fréquence et à grande réactivité, ainsi que la résolution centimétrique des images prises par drone, facilitent grandement les opérations quotidiennes des organismes chargés de la protection de l'environnement.

Grâce à leur commodité, leur flexibilité et une forte participation du public, les drones connaissent une innovation très dynamique et un développement rapide. L'intégration poussée de la télédétection par drone à d'autres domaines techniques connexes a permis de nombreuses applications, désignées sous le terme d'« applications de télédétection ». Par exemple, la transmission en temps réel de ces données est cruciale pour les opérations militaires, la gestion des catastrophes et les secours. De nombreuses opérations de surveillance de la sécurité intérieure et de secours en cas de catastrophe s'appuient sur la télédétection par drone et la transmission en temps réel des informations nécessaires à la prise de décision.

En matière de « télédétection + positionnement en temps réel et technologie de cartographie (SLAM) », la combinaison d'un drone et du SLAM améliore la navigation et l'évitement d'obstacles du drone et présente d'importantes perspectives d'application dans l'acquisition intelligente de données et le vol autonome des drones.

En matière de « télédétection, prise de décision et exécution », l’intégration de la « télédétection par drone, de l’identification, de la planification et de l’exécution des tâches » est désormais possible. Par exemple, la télédétection par drone permet de surveiller l’état des cultures, d’établir des cartes de suivi des maladies et des ravageurs, de planifier des itinéraires optimaux, d’effectuer des pulvérisations de pesticides précises et d’intégrer l’observation statique à la prise de décision et à la mise en œuvre en temps réel.

En matière de télédétection et de planification de vols à basse altitude, les besoins actuels des drones se concentrent principalement à basse altitude. La plupart des drones « bas, lents et de petite taille » évoluent dans l'espace aérien proche du sol, en dessous de 500 mètres. Or, la topographie de cet espace est complexe et les problèmes de sécurité et d'efficacité des vols y sont importants. Par conséquent, la planification rigoureuse des vols à basse altitude, notamment des vols publics de drones en zones urbanisées, est essentielle. L'acquisition de données par les méthodes statistiques traditionnelles s'avérant peu efficace, l'utilisation de données de télédétection dynamiques et à haute résolution issues de drones en milieu urbain pour la planification des vols à basse altitude constitue un axe de recherche majeur, dans lequel la Chine s'est activement engagée.

En matière de télédétection et de mise en réseau régionale, bien que les drones offrent d'excellentes capacités de télédétection et une haute résolution spatiale, leur zone de couverture reste limitée, ce qui peine à répondre aux besoins des applications régionales à grande échelle. Par exemple, grâce à un modèle organisationnel et un système technique spécifiques, les ressources nationales de télédétection par drones sont planifiées et déployées afin de construire un système de surveillance par télédétection à haute fréquence, à réponse rapide et à résolution centimétrique, couvrant une vaste zone et permettant ainsi de réaliser des mesures sur de grandes superficies. De manière générale, l'utilisation et le développement des drones s'inscrivent dans une tendance générale et, portés par une forte demande et le soutien important des nouvelles technologies, leur développement futur est prometteur.