Les drones sont le nouvel avenir du sauvetage en haute montagne, n’en déplaise aux saint-bernard

Par Markkus Rovito
- 17 Avr 2018 - 7 min De Lecture
University of Warwick unmanned aerial vehicle
Le drone des étudiants, en vol. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Warwick.

On a tous en tête la scène du chien de sauveteur qui ranime les victimes d’une avalanche. Bientôt pourtant, le salut ne viendra plus d’un compagnon à fourrure, mais à fibre de carbone.

Une équipe d’étudiants de la prestigieuse École d’ingénieurs de l’Université de Warwick à Coventry, en Angleterre, a mis au point un drone capable d’apporter assistance immédiate et équipement aux personnes en difficulté, avant l’arrivée des secours.

Souhaitant offrir aux drones une image humanitaire, sept étudiants de quatrième année issus de différentes disciplines du domaine de l’ingénierie ont collaboré dans un environnement réel de développement de produits dans le cadre d’un programme sponsorisé par des acteurs publics et industriels, nommé Horizon (AM), dont le but est de mettre des techniques de fabrication additive au service de l’innovation aéronautique.

University of Warwick engineering students
Ed Barlow (à gauche) travaille à la conception du drone avec d’autres étudiants en ingénierie. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Warwick.

Le directeur de la conception au sein du projet, Ed Barlow (ayant depuis obtenu son diplôme), savait qu’il disposait d’une imprimante 3D grand format. Cela signifiait que l’équipe serait en mesure de concevoir et de fabriquer un drone différent de ceux existants déjà pour les largages d’aides et de fournitures humanitaires, comme ceux utilisés au Rwanda par la start-up américaine Zipline pour livrer du sang et du plasma aux hôpitaux.

« Ils utilisent tous une structure que l’on peut se procurer en magasin. Nous avions besoin de créer notre propre structure, spécialement conçue pour les vols longue distance avec une charge importante » explique Ed Barlow.

Les études conceptuelles résultant de ce postulat de départ ont consisté à trouver le juste milieu entre autonomie et charge utile. Pour commencer, l’équipe a décidé de ne pas employer de fuselage traditionnel pour la coque du drone. « Le fuselage représente une charge non exploitable, poursuit-il, il ne génère aucune portance. Nous avons décidé de fusionner la coque aux ailes et avons obtenu une sorte “d’aile volante”, où le fuselage s’intègre aux ailes afin d’augmenter la portance globale ».

unmanned aerial vehicle prototype
Un des premiers prototypes du drone. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Warwick.

Ce modèle ne comportait aucun aileron de stabilisation, alors l’équipe d’Ed Barlow a dû soigneusement calculer l’amplitude des mouvements des ailes pour éviter de perturber la capacité de vol. « Il y a une quantité astronomique de paramètres géométriques à modifier, explique Ed Barlow, d’où l’intérêt de faire appel au Fusion 360 d’Autodesk, et aux types de simulation et d’optimisation des formes qu’il propose. Nous avons effectué beaucoup de simulations, recommencé plusieurs fois et avons fait en sorte d’obtenir les bons résultats en matière de coefficient de traînée, de capacité de portance et d’optimisation de la forme afin de garantir stabilité et légèreté. »

Assez rapidement, avant de se mettre d’accord sur la forme finale, l’équipe a pu construire un prototype en mousse polyuréthane d’une envergure d’un mètre, sur lequel étaient collés des batteries et de l’équipement radio, pour tester son comportement en vol. « Il a fini en petits morceaux de mousse au fond d’un sac après un vol de 21,2 secondes », confie Ed Barlow.

Le prototype s’est écrasé car il était trop lourd pour voler à une vitesse suffisamment lente pour que l’équipe puisse le suivre dans le ciel. Il lui fallait plus d’envergure pour augmenter sa portance. Celle du modèle actuel est de 2,20 mètres. Il comporte de nombreuses caméras et un système de radiocommande à partir d’un poste de contrôle. Il comprend également deux systèmes de contrôle élaborés avec Autodesk EAGLE : un émetteur manuel traditionnel pour le décollage et l’atterrissage et un système de pilotage automatique contrôlé par un logiciel libre modifié.

UAV controller prototype
Un prototype de la télécommande du drone. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Warwick.

Simon Leigh, professeur agrégé en ingénierie à l’Université de Warwick et spécialiste de la fabrication additive a accompagné Ed Barlow et son équipe tout au long du projet. Il savait qu’ils imprimeraient des moules réutilisables pour les pièces du drone et les utiliseraient ensuite pour infuser à l’aide de résines la fibre de carbone qui, à la fois légère et solide, constituerait le produit fini. Il nous a confié qu’il avait fallu plus d’un mois d’impression continue pour terminer les moules. L’infusion de la fibre de carbone qui a suivi s’est révélée complexe elle aussi.

« Nous avons procédé par infusion à l’aide de résines liquides, injectées sous vide, indique Ed Barlow, en posant un film de mise sous vide de la fibre de carbone sur le moule, puis en injectant la résine entre le film et la fibre de carbone. Cette technique est généralement utilisée à bien plus grande échelle pour des pièces dont la géométrie est plus simple que celles que nous utilisions, ce qui nous a contraint à inventer toute une panoplie d’outils super cools pour y arriver. »

Cependant, Ed Barlow n’a pas pu nous donner plus de détails sur ces inventions en raison de son contrat de partenariat avec l’industriel GKN Aerospace, qui pourrait commercialiser certaines d’entre elles au terme du projet. Devoir faire preuve d’innovation tout en collaborant avec une entreprise aussi expérimentée a représenté une expérience et une opportunité formidables pour les étudiants, commente Simon Leigh. Et cet esprit d’innovation perdure puisqu’ils s’efforcent maintenant de rendre certaines pièces du drone polyvalentes afin d’optimiser le poids de l’appareil.

Unmanned aerial vehicle 3D-printed mold
Le moule de la coque en fibre de carbone du drone, imprimé en 3D. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Warwick.

Par exemple, le rôle principal du drone sera de rechercher des victimes dans la montagne, d’atterrir à proximité à l’aide d’un parachute, puis de leur fournir du matériel. Il serait alors possible d’imaginer des parachutes faits à partir de couvertures de survie que les victimes pourraient utiliser, ou d’intégrer encore d’autres équipements à la structure de l’appareil. Des logiciels sur mesure pourraient également permettre d’adapter le chargement aux besoins de chaque situation d’urgence.

« Le logiciel proposerait le type de chargement le plus approprié et la façon de le répartir afin d’obtenir le bon centre de gravité, ajoute Simon Leigh. Nous avons donc répertorié les différents équipements que nous souhaitions mettre à bord et avons déterminé leurs différents emplacements possibles dans la structure de l’appareil. » Le groupe a également envisagé d’utiliser le logiciel de fabrication additive Autodesk Netfabb pour optimiser certains aspects de la conception du drone et le rendre plus facile à imprimer en 3D et plus léger.

L’objectif d’Ed Barlow pour le drone était une capacité de transport de 5 kilos et une autonomie de 80 kilomètres, mais cela dépasse grandement les limites fixées par la règlementation britannique actuelle pour ce type de drone. Les différents degrés de la règlementation en matière de drones de la Civil Aviation Authority (direction générale de l’aviation civile britannique) et la règlementation en matière de communications sans fil d’Ofcom « nous font avancer en terrain miné » confie Simon Leigh.

Amazon a réalisé sa première livraison par drone au Royaume-Uni en décembre 2016, mais au prix de restrictions importantes. Ed Barlow reste cependant convaincu que la CAA souhaite aménager un niveau d’espace aérien à disposition des drones de petite taille. « Les drones de livraison d’Amazon opéreraient à ce niveau, et ce serait aussi notre espace de travail », conclut-il.

Ainsi, la capacité à faire tomber du ciel britannique des écouteurs, des cartes SD et des Echo Dots en à peine 15 minutes pourrait, par extension, contribuer à sauver des vies.

<!–The Warwick School of Engineering UAV will be part of the Autodesk University Las Vegas 2017 Future of Making Things Experience, November 1416.–>

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