Quelles normes pour la technologie des drones ?

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), autrement dit les drones, se généralisent dans de nombreux secteurs industriels et commerciaux. Certains experts prévoient que d'ici 2030, ils seront aussi courants dans le ciel que les voitures sur les routes. Si les estimations de la taille du marché varient, les chercheurs s'accordent sur l'accélération de la croissance des drones au cours de la prochaine décennie. Les prévisions concernant la capitalisation du marché mondial des UAV oscillent entre 57,8 milliards de dollars américains en 2030 et 68,64 milliards de dollars américains en 2034.

Leur utilité s'étend à des applications aussi diverses que la capture de plans auparavant inaccessibles aux cinéastes, l'analyse aérienne et la fertilisation des cultures, la livraison du courrier ou même les taxis aériens, mais plusieurs développements technologiques favorisent leur adoption.

Parmi ces avancées, l'intelligence artificielle (IA) occupe une place prépondérante. Intégrée de diverses manières, elle permet d'améliorer les performances et les capacités des drones. Des progrès sont également réalisés dans l'alimentation des drones afin de pallier leur principal inconvénient : l'autonomie de vol.

L'IA améliore la précision

Bien que la technologie des drones existe depuis des décennies, elle est restée, pour des raisons de coût, principalement l'apanage des forces armées. La situation a évolué vers 2010 avec l'apparition de drones légers et moins onéreux équipés de caméras. Le lancement de la gamme Phantom par un constructeur chinois à partir de 2013 a dynamisé le marché des drones grand public et professionnels.

Si la capture d'images haute définition par drones a connu un essor considérable, notamment dans des secteurs comme le cinéma, « la maturité pour d'autres applications telles que la cartographie, la topographie et l'inspection était très faible », explique Hendrik Bödecker, directeur financier d'une société d'études de marché et de conseil spécialisée dans l'industrie des drones, basée à Hambourg . « Les logiciels disponibles pour analyser ces données étaient très limités. Pour des applications comme la cartographie ou la topographie, il fallait un logiciel d'optimisation pour extraire des informations précises. »

Ces dernières années, la situation a radicalement changé grâce à l'intelligence artificielle (IA) et à l'apprentissage automatique (AA), utilisés pour analyser de vastes volumes de données issues de capteurs, notamment pour la cartographie, l'analyse spectrale et l'inspection des infrastructures. « Lors de l'inspection d'un pont ou d'une ligne électrique, les méthodes traditionnelles exigeaient un examen manuel complet par des inspecteurs, permettant de collecter des milliers d'images. Aujourd'hui, les modèles d'AA peuvent identifier des anomalies telles que la corrosion ou des défauts structurels à partir d'ensembles de données d'images entraînés », explique Bodecker.

En agriculture de précision, par exemple, le drone, le capteur et le logiciel d'une entreprise américaine peuvent analyser jusqu'à 15 bandes spectrales au-dessus des terres agricoles. « L'IA peut accélérer considérablement le post-traitement, en identifiant les zones des cultures qui nécessitent davantage d'eau, d'engrais ou de traitements antiparasitaires », explique Bill Irby, PDG de l'entreprise. « En automatisant l'analyse, on accélère la prise de décision, ce qui améliore les rendements et contribue à la sécurité alimentaire mondiale. »

L'application de l'IA aux flux vidéo pour la surveillance ou l'analyse « peut considérablement améliorer la reconnaissance avancée de cibles, aidant ainsi les opérateurs à identifier et à classifier les objets au sol plus rapidement et plus efficacement », ajoute Irby. Il y a dix ans, la précision de la cartographie était d'environ dix centimètres. Aujourd'hui, grâce notamment aux progrès logiciels, elle peut atteindre un centimètre, voire mieux.

Un drone au monde, présenté comme le premier du genre grâce à l'intelligence artificielle et combinant des technologies optiques et électroniques de détection du brouillard, promet d'améliorer la visibilité jusqu'à 50 % par temps de pluie ou de brouillard. Cependant, Bödecker souligne que ce type d'IA « repose en réalité sur une analyse de données logicielle et est indépendant de la provenance des données (drone, grue ou autre plateforme) ».

L’IEC et l’ISO ont créé un comité technique conjoint, le SC 42,   afin de normaliser de nombreuses exigences et applications en matière d’IA. L’une de ses séries de normes,  l’ISO/IEC 5259 , traite de la qualité des données pour l’analyse et l’apprentissage automatique.

Le vol autonome n'est pas encore prêt à décoller.

Le développement logiciel est également essentiel pour programmer les vols et piloter les drones à distance, sous réserve de connectivité. Pour les opérations hors de portée visuelle (BVLOS), les utilisateurs doivent avoir une confiance absolue dans la trajectoire de vol programmée entre le point A et le point B. C'est là que se pose le premier défi majeur de l'IA, lié aux systèmes aériens sans pilote (UAS) pour le pilotage du drone en vol. Certaines entreprises affirment disposer de systèmes de communication ou de prise de décision embarqués intelligents, mais ceux-ci se limitent souvent à une vision par ordinateur basique, comme la détection d'obstacles. Même dans ce cas, un drone peut avoir des difficultés à décider de manière autonome de se déplacer à gauche ou à droite dans des environnements complexes.

« Nombre d’entreprises prétendent disposer de “drones dotés d’IA”, mais c’est inexact », explique Bödecker. « Les drones ne sont pas encore capables de voler de manière autonome d’un point A à un point B hors de portée de vue sans supervision humaine. Si vous inspectez une tour située au-delà d’une montagne, par exemple, vous avez toujours besoin d’une connexion internet, d’un contact visuel ou d’un opérateur humain. L’idée de missions commerciales entièrement sans pilote n’est pas encore une réalité ; elle relève encore du marketing. »

L'industrie évolue vers des opérations autonomes, sans pilote, mais selon Irby, la supervision humaine restera toujours indispensable. L'IA peut néanmoins apporter une aide précieuse. « Que ce soit en Europe, aux États-Unis ou ailleurs, les outils d'IA peuvent aider les drones à emprunter les couloirs aériens autorisés et à respecter les paramètres permis, tels que l'altitude et la vitesse, tout en évitant les zones interdites », explique Irby. « Ce type de capacité améliorerait considérablement les opérations de drones à l'échelle mondiale. »

Un concept clé est le contrôle « un-à-plusieurs », où un seul opérateur gère plusieurs drones. L'IA le permet en prenant en charge la navigation, la conformité et les décisions courantes. « D'un point de vue commercial, cela accroît l'efficacité et réduit les coûts », poursuit Irby. « Cela dit, les organismes de réglementation comme la Federal Aviation Administration (FAA) aux États-Unis ou l'Agence européenne de la sécurité aérienne (AESA) continueront probablement d'exiger la présence d'un pilote humain, responsable en dernier ressort de la sécurité. Il faudra encore beaucoup de temps avant que les pilotes ne soient totalement écartés du processus. »

Il ne faut pas confondre technologie autonome et technologie automatisée. Les technologies dites d'essaim ou d'équipe en sont un exemple. En théorie, l'intelligence collective repose sur des drones communiquant et se coordonnant dynamiquement en temps réel. Cela diffère des drones préprogrammés (utilisés notamment pour les spectacles de lumière ) où des centaines, voire des milliers de drones sont coordonnés.

« Il existe des démonstrations de faisabilité, mais aucun système éprouvé et largement déployé », explique Bödecker. « La réglementation constitue également un obstacle majeur. Pour l'instant, la technologie des essaims reste largement du domaine du marketing, en dehors de la recherche militaire, qui est très limitée. »

Comment résoudre le défi du temps de vol

L'autonomie de vol est largement considérée comme l'une des principales limitations du développement des drones. Elle est étroitement liée à la technologie des batteries, au poids et à l'efficacité énergétique. La plupart des drones – plus de 99 % – sont alimentés par batterie (généralement lithium-ion), estime Bödecker.

Le problème des batteries réside dans leur densité énergétique. Plus on peut concentrer d'énergie pour un même poids, plus l'autonomie du drone est longue. Le défi consiste toujours à trouver le juste équilibre entre le poids supplémentaire des batteries et les gains de performance.

Irby affirme que ses systèmes volent actuellement jusqu'à 90 minutes. Si la densité de la batterie était doublée, la durée de vol pourrait théoriquement doubler également. La plupart des drones (environ 97 % selon Bödecker) utilisent des multirotors et fonctionnent de manière similaire aux hélicoptères. Ils peuvent décoller et atterrir verticalement, puis se déplacer horizontalement une fois en vol, ce qui en fait une bonne option pour voler dans des espaces restreints . Cependant, « les multirotors consomment beaucoup d'énergie, notamment pour le vol stationnaire et le décollage, ce qui limite la durée de vol », explique Bödecker.

Sur un avion à voilure fixe, une fois en mouvement, les ailes génèrent de la portance grâce aux flux d'air et aux différences de pression. Selon Irby, dont les produits utilisent une conception à voilure fixe, cela « améliore considérablement l'efficacité ».

Néanmoins, Bödecker reste sceptique quant à la plupart des affirmations des fabricants. En conditions réelles (en tenant compte de facteurs tels que la résistance au vent et la charge utile), la plupart des drones atteignent une autonomie de vol d'environ 25 à 35 minutes, explique-t-il, même si les fabricants annoncent jusqu'à 50 minutes dans des conditions idéales. En pratique, cette limitation est souvent acceptable car de nombreuses applications commerciales ne nécessitent pas une autonomie de vol plus longue.

Pour des applications telles que l'inspection des lignes électriques, une plus grande autonomie de vol serait utile. Dans ce cas, les drones à moteur thermique deux temps peuvent voler jusqu'à deux heures et transporter des charges utiles importantes. Cependant, ils sont coûteux (souvent plus de 100 000 euros), nécessitent un entretien conséquent, sont très bruyants et se heurtent à des problèmes de réglementation liés à leur poids et au bruit.

Normes pour les systèmes hybrides

Les systèmes hybrides combinant des batteries et/ou des cellules photovoltaïques (PV) solaires avec des moteurs à combustion constituent une solution à ce problème : l'énergie des batteries est utilisée pour réduire le bruit au décollage et à l'atterrissage avant de passer à un moteur à combustion en vol.

Reconnaissant le besoin de documents d'orientation spécifiques dans ce domaine, le comité technique qui prépare les normes pour les systèmes photovoltaïques solaires a formé une équipe de projet, IEC TC 82 PT 600 , sur les systèmes photovoltaïques intégrés aux véhicules (VIPV) et prévoit d'élaborer deux nouveaux rapports techniques dans ce domaine.

La sécurité et les performances des cellules lithium-ion utilisées dans les batteries sont normalisées par la IEC. La série de normes IEC 62660 relative aux cellules lithium-ion secondaires destinées à la propulsion des véhicules électriques (VE) est une série en trois parties qui couvre les essais de performance, les essais de fiabilité et les exigences de sécurité. Les batteries de VE elles-mêmes sont normalisées par la norme ISO 124052 .

Les conceptions hybrides, combinant carburant et électricité, peuvent s'avérer plus adaptées aux aéronefs de grande taille, notamment ceux fonctionnant au carburant d'aviation conventionnel, car les systèmes électriques permettent d'allonger l'autonomie de vol. Les configurations hybrides peuvent également être avantageuses pour les applications nécessitant des charges utiles plus importantes, comme l' Hydra 400 , qui utilise des rotors électriques et des turbines à réaction pour le levage et la propulsion de charges utiles allant jusqu'à 400 kg.

L'hydrogène est une voie d'avenir

Grâce à la haute densité énergétique de l'hydrogène , les drones à hydrogène constituent une autre technologie émergente permettant des vols plus longs et des charges utiles plus importantes que les drones à batteries. Un système d'alimentation à pile à combustible à hydrogène pour drones, présenté comme le « premier au monde » à usage commercial, a été lancé l'année dernière. Sa conception conserve des batteries pour plus de redondance. Parallèlement, un développeur ukrainien, à l'origine d'un drone à moteur thermique capable de voler pendant 28 heures lors d'opérations militaires, a récemment repensé sa conception en utilisant l'hydrogène comme carburant pour un moteur électrique. Si cette modification réduit de moitié l'autonomie de vol, elle présente l'avantage d'une « signature thermique négligeable », ce qui la rend indétectable par les capteurs infrarouges.

Les principaux défis liés à l'hydrogène sont l'infrastructure (pour le ravitaillement, par exemple), le poids du stockage (nécessitant d'énormes réservoirs de gaz) et le coût. La technologie progresse et de plus en plus de fabricants l'adoptent, mais elle reste pour l'instant une solution de niche. Il existe des normes pour les applications de l'hydrogène qui pourraient contribuer à la sécurité globale des drones fonctionnant à l'hydrogène.

L'hydrogène étant inodore et invisible, les fuites peuvent être difficiles à détecter et donc potentiellement dangereuses. Le comité technique 31 de la IEC (IEC TC 31) élabore des normes pour les équipements utilisés en atmosphères explosives et dangereuses. Afin de garantir la conformité et la sécurité aux normes du IEC TC 31 à l'échelle mondiale, IECEx , le système d'évaluation de la conformité (CA) de la IEC qui supervise les certifications relatives à l'hydrogène, étend son champ d'action aux essais et à la certification dans le domaine des technologies de l'hydrogène. Le système CA a établi des partenariats avec de nombreuses autres organisations internationales, notamment  l'ISO , avec laquelle il entretient des relations formelles, en lien avec le comité technique 197 de l'ISO (ISO TC/197 ) pour les essais et la certification dans le domaine des technologies de l'hydrogène, et plus récemment avec le comité technique 105 de la IEC pour les piles à combustible. Ce comité technique a publié  la norme IEC 62282-4-202   qui décrit les méthodes d'essai de performance des systèmes d'alimentation par piles à combustible pour aéronefs sans pilote. Cette norme couvre notamment le démarrage, l'arrêt, la puissance de sortie, l'autonomie en fonctionnement continu, l'alerte et la surveillance, ainsi que la compatibilité environnementale.

Des normes supplémentaires sont nécessaires.

D'après un rapport du British Standards Institution (BSI), plus de 650 normes s'appliquent aux drones (UAV/UAS), dont beaucoup ont été initialement développées pour l'aviation habitée et sont soit directement transposables, soit nécessitent une adaptation. Une harmonisation plus poussée est nécessaire pour encadrer pleinement la conception, les essais et l'exploitation des drones.

La IEC compte deux comités techniques, la IEC TC 97 et la IEC TC 107 , dédiés au secteur de l'aviation, qui doivent encore élaborer des normes spécifiques pour les drones. Il est toutefois fort probable que nombre de leurs normes puissent être adaptées à ce marché en pleine expansion.

Le comité technique 129 de la IEC (IEC TC 129) est un comité relativement récent créé pour normaliser la robotique utilisée dans les systèmes de production et de transport d'électricité. Il travaille actuellement à l'élaboration d'une norme pour les drones utilisés pour l'inspection des lignes électriques aériennes, la norme IEC 63439-2-1 . 

Cependant, « la chaîne de valeur des drones est peut-être la plus diversifiée et la plus complexe de tous les secteurs ou consortiums existants au monde », avertit Kishor Narang, architecte et stratège principal en conception au sein d'un cabinet de conseil basé en Inde, qui pilote de nombreuses initiatives de normalisation internationales auprès de la IEC, de l'ISO , de l'UIT et de l'IETF , notamment dans le domaine des villes intelligentes et des véhicules électriques. « L'adoption de normes harmonisées communes représente un défi majeur pour nous tous », ajoute-t-il.

Les principaux domaines où les normes pourraient contribuer à façonner le secteur concernent la sécurité, l'acceptation par le public et le renforcement de la réglementation. Parmi les sous-thèmes spécifiques à aborder figurent l'évaluation des risques opérationnels (ERO), la maintenance, ainsi que la collecte et le traitement des données.

« Certains acteurs du secteur des drones confondent réglementation et normes », explique Narang. « À l’échelle mondiale, on constate un manque de connaissances concernant les normes existantes et celles en cours d’élaboration dans les secteurs de l’aviation et de l’industrie. Ce manque de clarté perçu autour des réglementations de sécurité engendre une incertitude quant aux priorités. Par exemple, il existe une divergence potentielle entre les États-Unis et l’Europe sur certaines normes techniques clés, notamment pour les vols hors vue (BVLOS ). »

Narang souligne également la duplication des normes et des bonnes pratiques entre les organisations au sein de groupes industriels tels que la construction. De plus, certaines réglementations ne s'appliquent qu'à l'utilisation extérieure des drones. Il insiste sur le fait qu'« un système de gestion sophistiqué est absolument nécessaire à mesure que l'utilisation des drones se généralise. Les fonctions essentielles d'un tel système sont la création, la modification et le déploiement des missions, le suivi en temps réel de l'état de chaque drone, ainsi que le stockage et l'analyse des données dans un format structuré. »

Outre ses nombreuses fonctions au sein de la IEC, Narang est expert au sein d'un comité système de la IEC récemment créé, chargé des transports électrifiés. Certains experts estiment que ce comité devrait se charger de la coordination de la normalisation dans ce domaine. Quoi qu'il en soit, la coopération entre les organismes de normalisation est essentielle.

https://etech.iec.ch/issue/2026-02/what-standards-for-drone-tech