Un drone en fibre de carbone de 2,65 kg, baptisé Ice Dart, a réussi à se poser et à rester accroché sur des pentes de glace atteignant 58 degrés, sur un glacier du sud-est de l'Islande. Ce drone capable de se percher sur les icebergs a été conçu par une équipe de l'Université de Sherbrooke, au Québec (Canada), et s'agrippe grâce à de petites griffes rétractables placées sur chaque pied.
Les résultats sont publiés dans IEEE Transactions on Field Robotics. Ils décrivent un drone capable de se poser sur des surfaces abruptes et glissantes, comme les icebergs et les glaciers, où il n'existe ni site d'atterrissage plat ni site stable.
Essais sur le Fjallsjökull
Les essais en conditions réelles se sont déroulés au Fjallsjökull, un glacier du sud-est de l'Islande qui se jette dans une lagune remplie d'icebergs. Les conditions comprenaient un vent persistant et des températures comprises entre 0 et 10 °C.
Le drone s'est perché à des vitesses allant jusqu'à 3 mètres par seconde et sur des pentes atteignant 58 degrés. Les chercheurs font état d'un taux de réussite de 100 % avec des vents de 30 km/h. Une pente de près de 60 degrés est plus raide que ce que la plupart des gens pourraient gravir sans équipement spécial.
Ces travaux sont l'œuvre d'un groupe qui a déjà conçu des drones capables de se poser sur des camions, des remorques, des bateaux en mouvement rapide et des toits pentus. La motivation est une limite très concrète à l'exploitation des drones : la disponibilité de sites d'atterrissage sûrs est l'une des principales contraintes sur les lieux et les modalités d'utilisation de ces appareils.
Un train d'atterrissage conçu pour encaisser le choc
Ice Dart possède quatre pattes disposées en X, chacune reliée au corps par une articulation pivotante. Ce train d'atterrissage avait déjà servi dans les précédentes recherches du groupe sur les drones. Il est conçu pour absorber l'impact d'un atterrissage brutal tout en maintenant l'appareil en place.
Les amortisseurs à friction utilisent 38 disques qui génèrent un couple de friction lorsque les pattes montent et descendent à l'impact. Cela abaisse le centre de masse du drone et répartit l'énergie cinétique de l'atterrissage.
L'accroche est assurée par deux griffes rétractables sur chaque pied, l'une pour la tenue en amont de la pente et l'autre pour la tenue en aval. La plus grosse griffe s'engage sur les pieds aval, soumis à une charge plus importante. La plus petite et plus fine s'engage plus facilement sur les pieds amont, même sous de très faibles charges sur des pentes raides. Les griffes ne pénètrent dans la glace qu'à mesure que la suspension se comprime. Cela produit l'accroche et protège aussi les griffes des efforts liés à l'impact.
Isaac Tunney, chercheur postdoctoral en génie mécanique et en robotique à l'Université de Sherbrooke et auteur principal de l'article, explique que la conception s'inspire des griffes du chat, qui ne se déploient qu'en cas de besoin. Il voulait des pieds qui s'enclenchent de façon passive au bon moment, quelles que soient l'orientation du drone, la géométrie de la surface ou l'état de la glace.
Pourquoi se poser plutôt que voler
Alexis Lussier Desbiens, professeur de génie à l'Université de Sherbrooke et coauteur, affirme que se poser plutôt que faire du vol stationnaire change la façon d'employer les drones. Une fois au sol, la consommation d'énergie chute fortement, ce qui permet des périodes d'observation bien plus longues avec un petit appareil. Un drone perché est aussi silencieux. Il peut réduire, voire éliminer, sa signature thermique et radiofréquence en coupant ses principaux systèmes embarqués.
Pour les icebergs, les chercheurs estiment que le perchage permettrait à un drone d'en assurer la surveillance pendant des jours, voire des mois. On obtiendrait ainsi une observation plus détaillée qu'avec un bref survol. Ils y voient une simplification possible par rapport au déploiement par hélicoptère, aux instruments larguées ou aux balises de suivi en forme de fléchette. Cela pourrait ajouter une couche de données à la détection des icebergs par satellite et par navire, et permettre de suivre des icebergs autrement impossibles à pister.
William D. Harcourt, chercheur à l'Université d'Aberdeen, en Écosse, qui étudie les glaciers arctiques, la neige et la glace de mer, n'a pas participé à l'étude. Selon lui, près du front des glaciers à marée, de tels systèmes pourraient mesurer les contraintes et les déformations et aider à expliquer le vêlage. Un drone pourrait servir de récepteur GPS mobile sur la glace. Il relève toutefois un problème : les mesures de variation en trois dimensions exigent généralement que l'antenne soit à l'horizontale, le système devrait donc compenser l'inclinaison. Si ce point est résolu, estime-t-il, le dispositif pourrait servir à suivre les déplacements des icebergs.
La suite et ce que cela signifie
L'équipe prévoit d'ajouter la sélection autonome du site d'atterrissage et une capacité de décollage d'urgence pour les cas où un iceberg se retourne ou se disloque. Le drone doit aussi être déployé en août lors d'une mission dans l'Arctique canadien, où il se posera sur des icebergs, collectera des données et aidera à valider des systèmes de détection d'icebergs embarqués sur navire.
Cette section relève de notre analyse. Les résultats obtenus en Islande montrent qu'un petit drone peut s'accrocher de façon fiable à une glace abrupte et humide après un atterrissage avec impact. C'est l'étape mécanique la plus difficile, et la conception passive est remarquable, car les griffes n'ont besoin ni de capteurs ni d'actionneurs pour s'enclencher. Moins de pièces actives, c'est moins de risques de panne dans des conditions froides et isolées.
La comparaison avec les outils existants découle de ce que citent les chercheurs. Les hélicoptères, les instruments largués et les balises en forme de fléchette posent chacun un dispositif sur un iceberg ou à proximité, tandis que les satellites et les navires observent à distance. Un drone perché se situe entre les deux. Il peut être repositionné et, en principe, repartir puis se reposer, ce qu'une balise larguée ne peut pas faire. Cet argument suppose que le drone puisse redécoller, et la source n'indique pas que cela ait été démontré sur la glace.
Plusieurs points restent à prouver. Les essais en Islande ont eu lieu sur un seul glacier, à des températures de 0 à 10 °C, et la mission dans l'Arctique constituera un test plus exigeant en matière de froid, de variété de glace et de météo. La source ne mentionne pas de durées de perchage sur le terrain : l'idée d'une surveillance de plusieurs jours ou mois reste donc un objectif affiché, non un résultat. La réserve de Harcourt sur l'inclinaison signifie qu'un drone sur une pente de 58 degrés ne peut pas encore tenir lieu de station GPS précise. La sélection autonome du site et le décollage d'urgence relèvent encore du travail à venir, et un iceberg qui se retourne avec un drone accroché est précisément le cas qu'ils doivent couvrir.
La mission d'août, durant laquelle les données du drone serviront à vérifier des systèmes de détection embarqués sur navire, sera le test le plus parlant pour savoir si Ice Dart peut passer du stade d'essai de terrain à celui d'outil opérationnel.