Le marché des drones : jalons et débouchés

31/08/2017
Publication REE REE 2006-5
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2006-5:19723
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Le marché des drones : jalons et débouchés

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ïï- L'article învité > Le marché des drones : jalons et débouchés < (le,t, partie) Le marché des drones m jalons et débouchés 1 ère parti'e Catherine FARGEON', Didier PETIT', François LEFAUDEUX DGN IGA 522 1. Introduction L'utilisation des avions télépilotés dans le secteur militaire a commencé historiquement au début du XX " °° siècle. L'arrêt des hostilités à Koweït City a été provoqué par les soldats irakiens qui ont agité un drapeau blanc sur le passage d'un drone. Ces plates-formes beaucoup plus autonomes -autopi- lotées et simplement supervisées hors du champ de vue - constituent aujourd'hui une véritable rupture fonction- nelle, en contribuant à la satisfaction des exigences accentuées d'information en temps réel ou quasi réel des utilisateurs. Pour créer un véritable marché et asseoir la base industrielle européenne dans ce domaine, il est important de fédérer les utilisateurs institutionnels, de recenser leurs besoins et, sur la base de ces données, d'établir et de pro- poser une mise en route jalonnée tant au plan de la régle- mentation que des allocations de fréquences, et aussi de la stratégie d'organisation et de coopération dans le domaine. L'état d'avancement des réflexions fait l'objet de deux articles REE dont celui-ci est le premier. Il est consacré à la description de la segmentation technico- opérationnelle des drones et de quelques applications civiles et militaires ; il aborde enfin un sujet important et d'actualité, celui des liaisons de données et des alloca- tions de fréquences. Le second article portera sur les aspects réglementai- res et leur impact sur les marchés, d'autres points techni- ques à fort impact opérationnel, le coût de ces systèmes, et enfin une proposition d'analyse des modes d'acquisi- tion les plus efficaces au regard des questions d'interopé- rabilité et d'action coordonnée en réseau. 2. Segmentation technico-opérationnelle La première segmentation du domaine est basée sur l'usage individuel (isolé) ou en réseau du drone. L'infrastructure système au plan des liaisons au sol et 1 La différenceentreunemaquetted'aéromodélismeet un drone.définition retenuepour la classificationautitre du MTCR (Missile Technology Control Regime),estcettecapacitéà êtresuperviséhorsdu champdevue. ESSENTIEL SYNOPSIS Cet article est consacréà la description des caractéristiquestech- niques et opérationnelles des drones, la segmentation qui en découle ainsi que quelques applications civiles et militaires ; il aborde le thème des liaisons de données et des allocationsde fréquences, sujet important et d'actualité à l'ordre du jour de la réunion mondialedes Communications(CMR)2007 Le second article portera sur les aspects règlementaires et leur impact sur les marchés,d'autres points techniques à forte inci- dence fonctionnelle, le coûtde ces systèmes et enfin une propo- sition d'analyse des modes d'acquisition les plus efficaces en regarddes questionsd'interopérabilitéet d'action coordonnéeen réseau. This paperaddressesthe technicaland operationaldescription of UAV's,the partitionlng of the UAV sector that can be deduced from it and also illustrates some military and commercialapplica- tions; it highlights the today fundamental concern of data links and bandwidth allocation, havingin mind that this topic should be on the agenda of the next meeting of the International Radio CommunicationCommission (CMR)in 2007 The second paper will debate on regulationsand their impact on the market opening, some other majortechnicalissueswith great functional incidence,the cost of these systemsandfinally an ana- lysisof procurement strategyandconceptsconvenlentto matters like interoperabilityand network oriented coordinated actions. REE ! 5 Mai2006 n thenctwork Coordinated use Standolï 1 iaiisiiissiii j-ela Figure 1. S (giiientation dit doiiiaine d'titilisation des dro ; zes. embarqué sera plus conséquente dans le deuxième cas. En revanche, l'intelligence de comportement de l'aé- ronef à usage individuel doit faciliter un emploi par des utilisateurs moins avertis des questions aéronautiques (aérologie). Par nature, ces drones sont de petite taille et de faible masse, ils volent en dessous de 150 m et sont ainsi affranchis des contraintes réglementaires. Cet avan- tage, combiné à de nombreux besoins déjà exprimés pour la police, les douanes, etc. leur ouvrent un marché immé- diat. Cependant, leur faible capacité d'emport limite leur autonomie et les confine sur des actions ponctuelles de courte durée. Tous les autres tirent une grande partie de leur effica- cité de leur intégration dans un réseau auquel ils fournis- sent des données en temps réel. La seconde dichotomie porte sur la flexibilité de leur programmation en cours de mission. Le drone opportu- niste aura une trajectoire de vol qui s'adaptera aux obser- vations et aux événements. Cette réactivité dans le court terme lui vaut le qualificatif de " tactique " et de voler directement au-dessus de la zone d'intérêt avec en consé- quence, pour les drones militaires, le besoin d'une protec- tion face aux risques associés. Ce segment se décompose lui-même en deux catégories, les engins d'intervention (ou neutralisation pour les militaires) et ceux d'observa- tion-surveillance. Le drone " stand-off' a contrario vole loin de la zone d'intérêt pour être moins vulnérable (militaire) ou plus discret (applications de police et de douanes). On utilise également des drones " stand-off' à haute altitude quand on souhaite couvrir un champ d'observation étendu. Éloignés de la zone d'observation, de plus souvent lourds en raison de la taille des charges utiles permettant l'obser- vation à distance de sécurité, ils n'ont pas la possibilité d'intervention rapide de leurs homologues " tactiques ". Ils ont par contre la capacité de servir plusieurs clients grâce à la diversité de leurs charges utiles. Programmés longtemps à l'avance, et du fait de la nature de leurs mis- sions, ils supportent le qualificatif de " stratégique ". Le dernier aspect de la segmentation est lié à l'éloigne- ment du champ d'opération qui entraîne ou non la néces- sité de relais de communications, soit avionnés, soit terres- tres, soit satellitaires (liaison NLOS - Non Line Of Sight). Cette taxonomie opérationnelle se traduit dans les spécifications-clefs ci-dessous : 3 notions opérationnelles Permanence Temps réel Preuve - Juridiqueetpolitique Solutions Noria Transmissions Délaidemiseen oeuvre Enregistrementà bord 3 notions de domaine de vol Masseemport(CU+carburant) Plagedevitesse(stationnaire,mixterapide - lent) Rayon d'action - Liaisons Figure 2. Les clés des spécifications. Les drones, bien conçus, bien utilisés, permettent une économie significative ainsi qu'une amélioration consi- dérable de la qualité de service. Une première caractéristique importante est la perma- nence sur la zone à couvrir. Une noria organisée de drones d'endurance suffisante permet de maintenir la per- manence de l'observation et le rapatriement de l'image- preuve " enregistrée à bord sans interruption de la surveil- lance. Les satellites défilants n'assurent pas la perma- nence et les satellites stationnaires le font, mais au prix de leur éloignement considérable qui limite, à coût donné, la finesse de l'observation. Le temps réel est une autre caractéristique souvent recherchée. Un drone lié à un bon réseau de transmissions permet l'exploitation en temps réel de l'observation par plusieurs centres de décision et de coordination concernés simultanément, ce qui peut être utile dans nombre de situations, voire quasi indispensable (départs de feux de forêt). 3. Quelques applications civiles et militaires Les missions actuelles et potentielles des drones se synthétisent dans le tableau ci-dessous, qui s'appuie sur la segmentation proposée : La troisième caractéristiqueimportanteestlapossibilitédestockerl'informationàborddudronelui-mêmeendoubluredesatransmissiondirecte,ce qui corresponddansnombred'applicationsà lanécessitédepreuve.La noriaallie le bénéficede lapermanenceet le retourrapidede l'image-preuve. REE Nn 5 Mai2006 - i n vit é > Le marché des drones vitép (Ille drones : jalons et débouchés < partiel Service utilisateur "sécurité globale " Type de drones litaire PoJ ! ce/ Gendarmerie Douanes Pompiers/Sécurité civile Dronede petite taille à usage individuel Combatrapproché Maintien de l'ordre Recherchede personnesdans les bâtiments Prélèvementd'agentsbiologiqueset chimiquesen zonescontaminées Tactiqued'observation Observation,surveillance et reconnaissancetactique Surveillancedetrafics (routes...) Surveillanced'événements pacifiquesou hostiles Dissuasionpréventived'actes de vandalisme Dénombrementde foule Géolocalisation, tracking, sur- veillancevidéo,audio,discrète destrafics maritimes,côtiers, routierset frontaliers Détectionde départsde feu Opérationsde ratissage Tactiqued'intervention Action destructriceou neutral sante Transportet largage de chargesen zonesrisquées Appui en intervention Poursuitede trafiquants Largagede secourspivres, méd caments... Grosporteurle "standoff" Surveillancestratégique Recueil d'informationavant intervention,surveillancede longuedurée Surveillancedes réseaux d'infrastructures Surveillancedestrafics mariti- mes,côtierset frontaliers Toustypes Helaisdestransmissions Service utilisateur'environnement. civil' Type de drones Agriculture Développement durable Equipement Divers Dronede petite taille à usageindividuel Surveillancedes pollens Contrôledesouvragesd'art Photographie Cinéma Tactiqued'observation Surveillance localedesindicateursde nappephréatiqueavantengrais,des réseauxd'irrigation Dénombrementet entretienen sylviculture Etatde santé desforêts Suivides écosystèmeslocaux Entretiendesréseauxeaux, gaz, électricité,etcl Tactiqued'intervention Epandage Grosporteurle "stand off" 1 Evaluationdesrécoltes Surveillance climatique Surveillanceocéanographique(plane tons,fermespiscicoles,...) Cartographie Tableau 1. Missioiis aciiielle. et poiictitelles des drones. 4. Liaisons de données-allocation de fréquences jalons-premier bilan des besoins La gestion du drone lui-même en tant que plate-forme télégérée demande une liaison de " command and control " fiable et sécurisée. Cette liaison bidirectionnelle peut être assurée par deux liaisons unidirectionnelles qui se com- plètent : une liaison montante ou télécommande (TC) pour l'envoi d'ordres (" command ") et une liaison descen- dante ou télémesure (TM) pour la surveillance du vol (" control "). Les besoins fréquentiels pour le guidage des drones en toute sécurité dans les espaces civils contrôlés supposent l'attribution en CMR (Conférence mondiale des radiocommunications) d'une bande sécuritaire de fré- quences dédiées. Pour transmettre leurs données de missions vers les centres d'analyse, les drones utilisent des liaisons de don- nées dites " charge utile " qui exigent des bandes passan- tes importantes. Pour ces applications, qu'elles soient d'ailleurs confiées à des drones ou à des aéronefs habités, l'utilisateur devra obtenir des opérateurs ou gestionnaires de bandes de fréquences une attribution temporaire ou permanente. La prochaine réunion CMR dont plusieurs points d'agenda visent à identifier, au niveau mondial, des ban- des de fréquences pour faciliter le développement des REE No 5 Mat 2006 - L'artiel -9 invitéa BB w t Le marché des drones : jalons et débouchés (lefe partie) drones, aura lieu à l'automne 2007. Les pays européens doivent s'entendre pour préparer cette importante réu- nion. Ainsi, les bandes de fréquence nécessaires au lance- ment des premières applications d'envergure pourraient être allouées dès le 1 er janvier 2008 L'explosion du besoin en bande passante due à la teneur et au nombre des missions, obligera à court terme (années 2010-2020) à repenser totalement la chaîne d'ob- servation, de transmission et d'interprétation, et à placer à bord du drone lui-même un dispositif de compression sémantique des informations, c'est-à-dire à lui demander de ne transmettre que les informations susceptibles d'être intéressantes au regard de la mission assignée. L'Agence Nationale des FRéquences (ANFR) a synthé- tisé le besoin fréquentiel pour la télémesure " charge utile " des drones à court tenne. Comme le montre un exemple d'étude préliminaire (tableau 2), le besoin en bande pas- sante nécessaire à une population de drones très divers, affectés à des missions civiles et opérant simultanément dans un vaste volume aérien, est estimée comme étant supérieur à 700 MHz, et pouvant aller jusqu'à 1 GHz. Les possibilités de réallocation de canaux de fréquen- ces sont d'autant plus importantes que les tranches d'alti- tudes considérées sont basses. Les coefficients de réallo- cations sont indiqués en [XX] sous les niveaux de vols considérés. Il est très probable que, parmi toutes ces mis- sions civiles, l'emploi des drones pour le fret aérien connaîtra le premier un développement significatif. Ce besoin fréquentiel estimé jusqu'à 1 GHz ne concerne que le court terme (années 2010-2020). Il doit trouver des solutions dans les fréquences inférieures à 16 GHz, car la technologie aéronautique n'est actuellement pas disponible dans les fréquences supérieures. Les besoins fréquentiels pour les moyen et long termes (au- delà des années 2020) ne sont actuellement pas quanti- fiés. Les bandes supérieures à 16 GHz pourraient répon- dre à ces besoins. En outre, le besoin fréquentiel pour le guidage des drones en toute sécurité dans les espaces aériens civils contrôlés (" command and control ") n'est pas spécifique- ment quantifié. Cependant, ce besoin est fédéré par l'OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale) et il est pris en compte intrinsèquement dans les schémas de croissance du trafic aérien. L'usage des drones nécessite que leur équipement per- Typesof missions Typical bandwidth VLA LA MA HA VHA Total of aircraft Total bandwidth OnMHz) [10] 141 [31 [2] 111 Ground mapping 16 3 1 2 5 48 1 Bordersurveillance 16 10 6 3 19 112 Crop monitoring 2 20 8 28 16 Disaster assessment 2 1 1 1 3 6 J Seapollution 10 2 4 1 1 1 9 50 Life search 5 10 6 2 18 20 Life rescue 5 6 2 8 10 J Air traffic surveillance 5 5 3 1 10 25 Ground traffic surveillance 5 20 10 30 45 Seatraffic surveillance 5 10 5 2 17 12 Freight carrying 5 6 50 10 66 37 Popular outdoor events surveillance 5 8 4 12 144 J Totalof UAV's in each level 87 145 74 72 19 Afewhundreds/ Totalof spectrum required 712 MHz Tableau 2 (source ANFR). Exeiiiple d'estiiiiation du besoin specii-al coiii-t tei-iiie potii- la léléiiiesiti-e chai-ge litile des di-olles en mi,ssions civiles simultanées sur une vaste zone aérienne. REE N' Mai2006 > L'article i n v ! té > Le marché des drones : jalons et débouchés < (le " - partie) mette le choix aisé des fréquences, soit pour s'adapter aux contraintes d'une opération intercoalisée - par exemple le SPERWER de SAGEM a pu opérer en Afghanistan, car les Canadiens aidés par cette société ont interfacé rapidement les communications du drone avec le système américain - soit que le trajet du vecteur l'amène à transi- ter sur plusieurs régions du globe (notamment du fait du découpage en 3 régions des allocations de fréquence internationales). L'impérieuse standardisation mondiale des équipe- ments de pointe dans le domaine de la télémesure et la télécommande aéronautiques, conjuguée avec la grande variété des théâtres où pourront opérer n'importe quel type de drones, conduit à rechercher, pour ces nouvelles applications, une coordination mondiale dans le domaine des fréquences aéronautiques. Les applications militaires peuvent avoir des exigences supérieures et demander une véritable agilité en fréquen- ces, permettant de faire transiter les infonnations malgré une situation électromagnétique complexe. 5. Objectifs études 2005-2006 Le ministère de la défense, dans le but de trouver des synergies techniques amenant une meilleure efficacité d'investissements et donnant aux industriels des perspec- tives de marché satisfaisantes, a lancé une étude sur les besoins en matière de sécurité, d'environnement et d'applications commerciales. Les auteurs de cet article, co-présidents de l'étude, ont pour mission de recenser ces besoins et de proposer des actions dans l'Europe des 25. A ce titre, ils apprécieront toute information de nature à enrichir cette réflexion (catherine bp ayahoo.fr et fran- cois.lefaudeux@polytechnique.org). 6. Conclusions Les avions sans pilote volent depuis des décennies. La notion de drone perce aujourd'hui parce que cette notion d'avion supervisé depuis le sol, la mer, le ciel, voire l'es- pace, trouve naturellement sa place dans les systèmes glo- baux d'information, et permet de répondre à de nombreux besoins de nos sociétés modernes. La fiabilité et la préci- sion des systèmes de guidage des engins sans pilote per- mettent maintenant de transposer dans le volume aéro- nautique les nouveaux équipements technologiques qui contribuent à une meilleure protection des populations. De plus, les drones viennent occuper une place laissée libre dans l'observation et l'action entre les satellites et les systèmes sol. L'absence du pilote offre différents avantages : moindre signature politique (l'affaire du U2 aurait eu moins de retentissement s'il n'y avait pas eu de pilote), capacité d'emport accrue, endurance plus grande, diminution des coûts de possession et d'attrition (la par- tie perdue n'est pas la plus coûteuse), mais aussi et sur- tout organisation possible de la permanence sur zone, etc. ,01-' """""'.-.'.. U" " ;C 't.rY'. : g'b H e" kmp·. it " r ' : xa r a '. ' . ".'''.'.,..,,,.,c "'i ,",..,. .'...' :j..'Si'<,j Les auteurs Catherine Fargeon, ingénieur Sup'Aéro, docteur-Ingénieur en Automatique et Systèmes, ingénieur au ministère de la défense (responsable stratège techruqueà l'international et coordonnateur nationalde CapTechauprès de IAED2005-2006, directeur pour la Francedu programmede R&T avionsde combat pilotés ou non à 6 nations2003-2004,responsabledu domaine techniquedes drones 1998-2002),experttechniqueauprèsdes institutions civiles, notam- ment de la Commission Européenne. ancienprofesseurde grandes éco ! es d'ingénieurs (ENSTA. SUPELEC,EMSST) et enseignant ponctuel d'université (Vetaneuse). DidierPetitest mi ! itaireen activitédepu s 1979. a une expérience aéro-maritime variée aussi bien dans le domaine technique que pour l'emploi opérationnel des systèmesde combats. D. Petita par- ticipé à plusieurs missions d'embargo aéro-maritimes en Mer Rougeet en Mer Adriatique Ilest actuellement mis à dispositionde IAgence Nationaledes Fréquencequi lui a confié la coordonnation nationaledes travauxrelatifsau point d'agenda 1 5 bescins en télé- mesure et té ! écommande aéronautiques) pour la CMR 07 (ConférenceMondialedes Radiocommunications2007). François Lefaudeux est ingénieur général de l'anmement en deuxième section. II a été adjoint au délégué général pour l'arme- ment, Inspecteurdesconstructlonsnavaleset inspecteurde ladélé- gation généralepour l'armement Il a terminé sa carrièreactive au conseil généralde l'armement, centre de réflexion à la disposition du ministre de ladéfense Il continue à travaillerpour cet organisme comme co-président avec Catherine Fargeon d'une étude sur les applicationsde sécurité des drones à l'échelle européenne. FrançoisLefaudeuxest aussimembrede l'académiedestechnologies REE N- Mai2006