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Les drones

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Un drone est un aéronef sans pilote à bord, contrôlé à distance ou capable de voler de manière autonome grâce à des systèmes embarqués de contrôle de vol. Les drones sont utilisés pour une multitude de tâches, notamment la surveillance, la photographie aérienne, l’agriculture de précision, l’inspection d’infrastructures, la recherche et le sauvetage, et même parfois pour des livraisons.

Il existe plusieurs types de drones, notamment :

  • Drones multirotors 

Quadricoptères : un drone avec quatre hélices.
Hexacoptères : un drone avec six hélices.
Octocoptères : un drone avec huit hélices.

Ces drones sont généralement utilisés pour la photographie aérienne et la vidéographie car ils peuvent rester stables en vol stationnaire. Ces dernières années, avec les progrès de l’électronique, on trouve principalement des quadricoptères sur le marché. Les fabricants suivant fournissent des drones adaptés au secteur de la construction (ou de la rénovation): DJI, Parrot, Autel Robotics, Leica, Drone Volt, Skydio, …

  • Drones à voilure fixe 

Ces drones ressemblent à des avions traditionnels et sont généralement utilisés pour des tâches nécessitant une plus grande endurance et une plus grande distance de vol, comme la surveillance de grandes étendues de terrain. Leur usage sera limité pour le secteur de la construction, si ce n’est pour l’analyse de quartiers ou de sites très grands.

  • Drones hybrides 

Ces drones combinent des caractéristiques des drones multirotors et à voilure fixe, leur permettant de décoller et d’atterrir verticalement tout en volant horizontalement sur de longues distances.

Les capteurs

Les drones peuvent être équipés de diverses technologies, telles que des caméras, des capteurs thermiques, des GPS, des Lidar et d’autres équipements spécialisés en fonction de leurs applications spécifiques.

Souvent, pour la construction, c’est la caméra qui constitue le capteur d’intérêt. On peut facilement capturer des images en hauteur ou dans des endroits difficilement accessibles. C’est utile pour le diagnostic rapide (des toitures par exemple) mais aussi pour la photogrammétrie.

Capture d'une cheminée, difficilement mesurable sans un drone

Drone et photogrammétrie

Avec la méthode de reconstruction 3D par photogrammétrie, un logiciel reconstruit un objet réaliste en trois dimensions au départ de photographies de ce dernier sous différents angles de vue. Il s’agit d’une méthode moderne, rendue possible par l’augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs.

Rappelons que le principe de ce type d’algorithme consiste à identifier des points homologues entre les différentes images afin de ‘comprendre’ comment l’objet photographié occupe l’espace. Les images successives de l’objet doivent donc montrer une similitude suffisante pour que l’algorithme puisse trouver des points homologues.

En d’autres termes, le déplacement de l’appareil photo entre chaque déclenchement doit être minimal. En pratique, on importe l’ensemble des clichés dans un logiciel dédié qui, après une phase de calcul, produit un modèle 3D dont la fidélité dépend du nombre et de la qualité des photos. Cette technique est largement répandue dans le domaine de la cartographie aérienne traditionnelle (par avion), où des modèles de terrains sont réalisés à partir de photographies prises à la verticale ou légèrement en oblique par rapport à la verticale. Le drone ne fait qu’en étendre les possibilités, grâce à ses capacités de vol stationnaire et de manœuvre précise de la nacelle photographique..

Choisir un drone

Pour chaque catégorie de drone, on trouve de nombreux modèles sur le marché, avec une grande diversité de formes et de performances. A titre d’exemple, voici quelques paramètres qui peuvent servir à la sélection d’un modèle pertinent parmi les multicoptères disponibles.

La taille

Là où un petit multicoptère permettra de réaliser des vols discrets, et de limiter les risques pour d’éventuels vols en intérieur, seuls les multicoptères les plus grands pourront embarquer de l’équipement lourd. Les plus gros appareils impliquent toutefois une logistique plus contraignante (en termes de sécurité et de transport, par exemple).

La sécurité

Il existe de nombreux paramètres qui permettent à l’acheteur d’évaluer le niveau de sécurité d’un drone. On peut citer, entre autres, le nombre de moteurs, la redondance électronique, la présence de protections au niveau des hélices, les capteurs d’évitement d’obstacles, ou encore les fonctions de récupération en cas de perte de signal.

La modularité

L’adaptabilité du système de drone est essentielle et varie fortement d’un fabricant à l’autre. Ce critère s’avère particulièrement important lorsque les coûts d’acquisition du drone sont élevés. Certains drones sont conçus comme un assemblage de composants électroniques facilement remplaçables et/ou améliorables; d’autres sont entièrement ‘fermés’ et nécessitent un retour en usine pour toute réparation. . Il importe aussi d’analyser le type et le nombre d’outils que le multicoptère peut embarquer. Certains modèles disposent uniquement d’une caméra non amovible, aucun autre équipement ne pouvant être monté sans risquer de modifier le comportement de vol. A l’autre extrême, des modèles professionnels pourront accepter une large gamme de capteurs, non spécifiques à la marque du fabricant du drone.

L’autonomie

L’autonomie de vol constitue un paramètre crucial. Elle peut aller d’une petite dizaine de minutes jusqu’à près d’une heure pour certains modèles très spécialisés. De manière générale, beaucoup de modèles offrent un temps de vol effectif d’une vingtaine de minutes. Certains modèles permettent d’embarquer plusieurs batteries selon la mission envisagée. 

L’intelligence

Grâce à de nombreuses technologies, il est possible de rendre un drone plus ‘intelligent’, en lui permettant de mieux percevoir son environnement, de mieux se localiser dans l’espace et éventuellement d’adapter son vol en fonction des contraintes rencontrées. Poussée à son paroxysme, cette intelligence électronique offre des drones complètement autonomes, capables de réaliser des missions de manière automatique.

On peut en outre prendre en compte la durée de vie estimée du RPA (en heures de vol), la résistance au vent et aux intempéries, la résistance aux champs magnétiques parasites, les vitesses de déplacement verticale et horizontale, la portée, ou encore le bruit généré par le RPA et perçu au niveau du sol.

La législation européenne

La législation européenne sur les drones a été considérablement modifiée ces dernières années afin d’harmoniser les règles dans l’ensemble de l’Union européenne (UE). 

La nouvelle réglementation classe les drones en trois catégories basées sur le risque : “ouvert”, “spécifique” et “certifié”. Pour la construction, on se trouvera toujours dans des opérations qui relèvent des deux premières catégories. Dans chacune de ces classes, le type de drone que l’on pourra utilisé sera défini, ainsi que les contraintes à respecter (formation, déclarations, etc.). Un mot d’ordre: au plus le drone est lourd, au plus on devra s’éloigner des personnes non-impliquées dans la mission.

La catégorie ‘OPEN’ est conçue pour les opérations de drone à faible risque. Dans cette catégorie, les drones doivent peser moins de 25 kg et opérer à une distance visuelle maximale du pilote (VLOS). Le tableau repris ici permet de voir si l’opération envisagée peut y rentrer.

Il y a trois sous-catégories dans ‘OPEN’: A1, A2, et A3. La sous-catégorie A1 permet le vol au-dessus des personnes, mais pas au-dessus des foules, avec des drones légers. La A2 permet de voler à proximité des personnes non impliquées, avec certaines restrictions et une formation supplémentaire pour le pilote. La A3 concerne le vol loin des personnes, dans des zones éloignées ou faiblement peuplées. Pas de formation spéciale n’est requise au-delà de l’exigence d’un certificat de compétences de base pour les pilotes.

La catégorie ‘SPECIFIC’ couvre les opérations de drone qui présentent un risque moyen, ne pouvant être intégrées dans la catégorie ‘OPEN’. Pour opérer dans cette catégorie, les opérateurs doivent obtenir une autorisation spécifique de l’autorité nationale compétente, basée sur une évaluation des risques de l’opération proposée. Cette évaluation est souvent réalisée en suivant une méthode standardisée connue sous le nom de “SORA” (Specific Operations Risk Assessment). Les opérations dans la catégorie ‘SPECIFIC’ peuvent impliquer des vols BVLOS (Beyond Visual Line of Sight), des opérations au-dessus de zones peuplées, ou l’utilisation de drones plus lourds. Les pilotes doivent également détenir des certifications plus avancées et les drones peuvent nécessiter des équipements spéciaux ou des fonctionnalités de sécurité supplémentaires.

 
Au delà de la règle générale, il faudra toujours analyser les règles locales en place. En effet, il existe un grands nombre de zones géographiques disposant de leur règles propres. A proximité des aéroports, il faudra par exemple souvent déclarer son vol à l’avance, limiter la hauteur de l’opération, ou encore prévenir la tour de contrôle du début et de la fin du vol. Un site regroupe toutes ses informations sous la forme d’une carte interactive:
 
 

Il est important de noter que l’utilisation de drones est réglementée aussi en termes de droit à l’image. Les obligations liées à l’assurance sont également à prendre en compte.

Les 'mini' drones

Vu la nouvelle réglementation européenne, et les contraintes opérationnelles associées, un nouveau type de drone devient particulièrement attrayant : les mini drones. On entend par là les drones de moins de 250g et disposant d’une labellisation C0. Avec de tels ‘mini’ drones, on peut effectuer un vol en catégorie ‘Open A1’, ce qui entraine le moins de contraintes réglementaires.

Les facilités opérationnelles on malheureusement un revers: le poids des caméras embarquées est également limité sur les mini-drones. On peut globalement considérer que la qualité des photos et vidéos que l’on pourra en tirer seront similaires à ce que l’on pourrait obtenir d’un bon smartphone. Ce cas d’étude montre un exemple de réalisation pratique.

 

Documents et liens

Buildwise a publié un document sur l’utilisation des drones dans la construction en 2019:

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Samuel Dubois