III) Les microdrones
1°) Fonctions du microdrone
Tout d’abord, le microdrone sera utilisé dans l’armée comme œil déporté du fantassin, il lui permettra d’espionner sans risque des zones hostiles, inconnues, impénétrables ou dangereuses. Sa taille réduite sera un avantage pour son transport, le combattant pourra même en emporter plusieurs dans son paquetage.
Les services spécialisés de la police sont intéressés pour s’en servir lors de surveillance rapprochée, notamment en espace clos. Ils pourront donc espionner en toute discrétion dans des bâtiments, bureaux et salles de réunion.
Enfin, le microdrone aura sûrement des débouchés dans les applications structurales que sont les capteurs ou les senseursSenseur
Capteur. Elles pourraient alors devenir l’instrument permettant de donner accès à des mesures jusqu’ici infaisables, voire inimaginables
2°) Caractéristiques du microdrone
Un microdrone est un drone miniature semblable à un insecte, il doit avoir une masse inférieure à un demi kilogramme et une envergure inférieure à un demi-mètre. Il sera maniable à petite comme à grande vitesse et peu bruyant. Sa taille exige une capacité de réserve en énergie –chimique ou électrique- réduite, donc sa propulsion doit être la plus efficace possible. Pour la question du stockage de l’énergie et de son utilisation, plusieurs options sont à l’étude dans de nombreux laboratoires dont les micromachines thermiques, l’actionnement piézoélectriquePiézo-électricité
Apparition de charges électriques à la surface de certains cristaux soumis à une contrainte (effet direct) ; variation des dimensions de ces cristaux quand on leur applique une tension électrique (effet inverse). ou mécanique.
La direction générale de l’armement (DGA) travaille sur plusieurs types de voilureVoilure
Ensemble de la surface portante d'un avion, d'un parachute ; fixe pour l’observation en zone dégagée (première génération) ; tournante pour les environnements urbains (deuxième) et enfin ailes battantes pour les opérations à l’intérieur des bâtiments (troisième).
3°) Un microdrone à l'étude : la libellule
Spécialisée dans la recherche exploratrice, la société SilMach, une spin-off du CNRS et de l’université de Franche-Comté, a travaillé en 2005 sur le projet d’un drone minuscule fonctionnant sur le modèle d’un être vivant ; une libellule. Cette « libellule » a un poids de vingt milligrammes pour une envergure de six centimètres, et est exclusivement composée de silicium. Du côté de son aspect, la « libellule » ressemble fortement à un CD-Rom ; elle est constituée d’un disque composé de quatre couches de matière. Sa base est une galette de silicium de quelques microns d’épaisseur à laquelle on a superposé une couche d’ un demi-micron de nitrure de silicium, une couche de trois microns d’oxyde sacrificiel et une couche de un micron de polycristal de silicium. L’oxyde sacrificiel sert uniquement à soutenir l’ouvrage le temps de sa construction, après il est enlevé.
La libellule possède quatre ailes. Sur le nanodrone de SilMach, chacune des ailes est actionnée par cent quatre-vingt milles muscles. Sortes de poutres d’ un micron d’épaisseur pour une moyenne de quinze microns de longueur, ils sont répartis et distribués en réseaux sur toute la surface de l’aile. Excités sous une tension de cent à cent-cinquante volts, les nanomuscles artificiels s’affaissent, se contractent et se redressent. A leur point d’ancrage, ils génèrent des contraintes de flexion à quelques dizaines de battements par seconde dans la structure des ailes. L’ensemble des efforts combiné produit un battement d’une amplitude de quarante degrés en bout d’aile, conformément au modèle animal.
4°)Les difficultés de conception
Avant de pouvoir parvenir à la réalisation de microdrones, il faut surmonter plusieurs difficultés. Premièrement, l’aspect mécanique. En effet, il est très difficile de faire voler et de contrôler des engins à ailes battantes. Comme nous l’avons vu précédemment, les scientifiques ont étudié le vol des insectes à ailes battantes afin de le comprendre, mais ces insectes battent des ailes très rapidement et sont très légers. La fabrication de systèmes similaires pour les microdrones ne s’avère donc pas simple.
Deuxièmement, il est nécessaire de comprendre l’écoulement des masses d’air selon les battements des ailes afin d’optimiser les mouvements et de minimiser les efforts subis par le microdrone. Il faut donc étudier les sillages et tourbillons créés par les mouvements complexes des ailes. Cet écoulement est bien plus complexe que l’écoulement de l’air autour d’un objet fixe comme un avion. C’est pour cela que l’ONERA mène des simulations dans un tunnel hydrodynamiqueTunnel hydrodynamique
La visualisation de l'écoulement effectuée dans un tunnel hydrodynamique complète le travail en soufflerie en améliorant la compréhension des champs d'écoulement détachés complexes, surtout dans les cas où ils sont dominés par l'écoulement des tourbillons.. Ces simulations permettent d’observer les tourbillons qui se forment lors des battements des ailes et complètent l’étude en soufflerie décrite dans l’expérience a) de la partie II.
Troisièmement, les microdrones devront être réalisés avec des matériaux particulièrement légers, et pourtant très résistants. Il est aussi nécessaire d’étudier les performances de l’actionneur des ailles, semblables à celui des insectes, qui devra être robuste et précis. L’ONERA prévoit de construire un prototype pour vérifier les performances de ce « thorax résonnant ».
5°) Des microdrones pour le futur
Depuis 2006, l’armée de terre est dotée de drones miniatures de première génération à ailes fixes qui correspondent à des aéronefs volants en espace ouvert pour voir au-delà de la colline. Ceux de deuxième génération prévus pour les environnements urbains sont attendus d’ici 2010 et ceux de troisième génération à ailes battantes d’ici 2015-2020.
Avant de parvenir à la réalisation de microdrones à ailes battantes, il faudra que d’importantes recherches complémentaires soient menées dans l’aérodynamique, les composants et le contrôle de la dynamique du vol et de l’intelligence artificielle. C’est d’ailleurs sur ce quoi travaille l’ONERA avec son projet Remanta dont le but est d'améliorer les connaissances en mécanique du vol, contrôle et commande, aérodynamique, matériaux et structure mécanique du vol et du pilotage.
