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Spécialiste des drones multirotors,

Ce livre très illustré détaille tout ce qu’il faut savoir sur les

Frédéric Botton est journaliste en

drones de loisir : panorama de l’offre sur le marché et orienta-

nouvelles technologies depuis plus de

tion du choix, principes d’utilisation, pilotage, prises de vue et

15 ans. Cofondateur et animateur du

de vidéo avec un drone, sécurité, législation... Il regorge d’as-

site Helicomicro.com, il y dévoile au

tuces et de conseils pratiques : comment faire durer sa bat-

quotidien les nouveaux produits en

terie, réaliser un panorama à partir d’une vidéo, équilibrer une

les passant au banc d’essai et aide les

hélice, voyager avec un drone, etc. Écrit par le cofondateur et animateur du site Helicomicro.com, l’un des principaux sites de référence sur les drones de loisir, il s’adresse à tous les hobbyistes, passionnés d’aéronautique, geeks, amateurs de photo et vidéo aérienne, jeunes télépilotes… et leurs parents.

dronistes à mieux comprendre la réglementation. Il a par ailleurs participé à l’élaboration de la notice de la DGAC destinée aux pilotes de drones de loisir en France.

À qui s’adresse ce livre ?

www.helicomicro.com

Aux dronistes en herbe, aéromodélistes, makers ou simples

Frédéric Botton

Un guide 100% pratique

Au sommaire

www.serialmakers.com

G14219_LesDronesDeLoisir_CV_EXE.indd 1

Couverture : Studio Eyrolles/ Stanislas Zygart © Éditions Eyrolles Photographie : © Infotron

22 E

Code éditeur : G14219 ISBN : 978-2-212-14219-8

Drones et multirotors — Les définitions • L’histoire des drones de loisir • Comment ça marche ? — Les généralités • Les frames • Les contrôleurs de vol • Les moteurs et les ESC • Les hélices • Les batteries • La partie radio • Apprendre à piloter — Faut-il apprendre à piloter ? • Les exercices pour progresser • Les différents types de voltiges • Les vols automatisés • Les vols en immersion • Filmer depuis un drone de loisir — La caméra • Les généralités • Les types de caméras • Les nacelles de stabilisation • Le retour vidéo • Réglementation, sécurité et bon sens — Les textes pour les drones de loisir • Les 10 règles à respecter • La sécurité • Le bon sens • Devenir un professionnel • Choisir un drone de loisir — Quelles machines pour quels usages ? • RTF ou DIY ? • Où acheter ? • Annexes — Glossaire • Ressources utiles.

Les DRONEs de loisir

curieux de cette technologie

Frédéric Botton

LES DRONES de loisir

10/08/2015 11:20


Extraits du livre

Les drones de loisir De Frédéric Botton Publié aux Editions Eyrolles

Plus d’informations sur SerialMakers http://serialmakers.com


CHEZ LE MÊME ÉDITEUR

Dans la collection « Serial Makers » C. Platt. – L’électronique en pratique 2. N° 14179, 2015, 336 pages. C. Platt. – L’électronique en pratique. N°13507, 2013, 344 pages. E. Bartmann. – Le grand livre d’Arduino (2e édition). N°14117, 2015, 612 pages. C. Bosqué, O. Noor et L. Ricard. – FabLabs, etc. Les nouveaux lieux de fabrication numérique. N°13938, 2015, 216 pages. M. Richardson et S. Wallace. – À la découverte du Raspberry Pi. N°13747, 2013, 176 pages. B. Pettis, A. Kaziunas France et J. Shergill. – Imprimer en 3D avec la MakerBot. N°13748, 2013, 226 pages. M. Berchon. – L’impression 3D (2e édition). N°13946, 2014, 232 pages. R. Jobard. – Les drones. La nouvelle révolution. N°13976, 2014, 190 pages. J. Boyer. – Réparez vous-même vos appareils électroniques. N°13936, 2014, 384 pages. A. Kaziunas France et al. – Pratique de l’impression 3D N°13924, 2014, 228 pages.


FRÉDÉRIC BOTTON

LES DRONES DE LOISIR


ÉDITIONS EYROLLES 61 bd Saint-Germain 75240 Paris Cedex 05 www.editions-eyrolles.com © 3Drobotics pour les figures 2-15, 6-8 © Adsgroup35 pour la figure 2-17 © Aero-Tek pour la figure 6-19 © Aeryon Labs pour la figure 1-2 © AIP-Drones pour les figures 5-11 à 5-13, 5-15, 5-16, 5-19 à 5-23, 5-25 à 5-30 © AirDog pour la figure 3-30 © Avsar Aras pour la figure 2-24 © Boscam pour les figures 4-32, 4-41 © Cheerson pour la figure 6-3 © Curtis Youngblood pour la figure 6-13 © Dewalt pour la figure 2-23 © DGAC pour les figures 5-17, 5-18 © Diatone pour la figure 2-12 © DJI pour les figures 1-11, 1-12, 2-9, 2-14, 3-9, 6-5, 6-14 © FFAM pour la figure 3-8 © FoxTechFPV pour la figure 4-40 © FPDC pour la figure 5-45 © Fpv-Fly pour la figure 6-20 © FPV-Vision pour la figure 4-34 © Freescale Semiconductor pour la figure 2-18 © Google pour la figure 5-9 © GoPro pour la figure 4-6 © HJ pour la figure 1-1 © HobbyKing pour les figures 2-4, 2-28, 2-29, 2-37, 3-22, 3-23, 5-38 © Horizon Hobby pour les figures 1-9, 2-22, 2-52, 6-2, 6-7, 6-10, 6-12, 6-16, 6-22 © Hubsan pour les figures 6-1, 6-17 © ImmersionRC pour les figures 4-30, 4-39, 6-21 © IPACS pour la figure 3-19 © Kypom pour la figure 2-39 © La Fabrique Circulaire pour les figures 4-36, 4-37 © Lily pour les figures 3-27, 3-28, C-1, C-3 © Mikus pour la figure 4-3 © Ministère de l’intérieur pour la figure 6-40 © Parrot pour les figures 1-8, 3-6, 6-6 © Porket pour la figure 6-18 © Roskill Modellers Club pour la figure 2-50 © Shenzen Ruifeng Huizhi Technology pour la figure 5-41 © SIA pour la figure 5-10 © Silverlit pour la figure 1-7 © Sky-Hero pour la figure 2-7 © SkyRC pour la figure 2-49 © Squadrone System Inc pour la figure 3-29 © StudioSport pour la figure 6-38 © Syma pour la figure 6-4 © Traxxas pour les figures 2-38, 6-11 © U.S. Air Force pour la figure 2-19 © U.S. Army pour la figure 2-51 © Walkera pour les figures 1-10, 2-11, 6-15 © Yuneec pour la figure 6-9 © Les figures 1-4 et 2-53 sont dans le domaine public. © Isabelle Compoint et Frédéric Botton pour toutes les autres figures de l’ouvrage.

Le code de la propriété intellectuelle du 1er juillet 1992 interdit en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or cette pratique s’est généralisée notamment dans les établissements d ’enseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd ’ hui menacée. En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de l ’éditeur ou du Centre Français d’Exploitation du Droit de Copie, 20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris. © Groupe Eyrolles, 2015, ISBN : 978-2-212-14219-8


REMERCIEMENTS

Je dédie ce livre à Gérard, mon papa, qui aurait adoré s’amuser avec toutes ces petites choses volantes. Merci à Colette, ma maman, et à André, mon oncle, de m’avoir tous les deux donné le goût d’écrire. Merci à Isabelle, ma compagne, pour sa patience, sa complicité et ses superbes photos. Merci à Laurent, avec qui j’ai partagé la découverte du monde des multirotors. Merci à David, ami et capitaine des Phantomistes, et à Olivier, sans qui je n’aurais jamais pu décrypter la moindre carte aéronautique Merci à vous qui m’avez apporté votre soutien : Aero-Tek, Airgonay, Arcadrone, DJI, Drone Volt, la Fabrique Circulaire, la FFAM, la FPDC, Freeway Prod, Futurheli, Gulliver Modèles, Hommell, Miniplanes, Net Loisirs, Parrot, la Porco team et, last but not least, StudioSport… Merci à Polka, qui sait surveiller mes vols d’un œil attentif mais bienveillant.

REMERCIEMENTS

V


TABLE DES MATIÈRES

AVANT-PROPOS...................................................................... 1 De quoi traite ce livre ?..........................................................

1

Comment est-il structuré ?.....................................................

1

À qui s’adresse-t-il ?...............................................................

2

Chapitre 1. DRONES ET MULTIROTORS......................... 3 Les définitions.........................................................................

3 Drone ou pas drone ?............................................................ 4 Militaires, civils, de loisir ?...................................................... 4

L’ histoire des drones de loisir...............................................

6 Le boom de l ’électronique.................................................... 6 Du Picooz au Blade mQX....................................................... 6 Du Blade mQX au Ladybird................................................... 9 Du Ladybird au Phantom....................................................... 9

Chapitre 2. COMMENT ÇA MARCHE ?............................ 13 Les généralités........................................................................

13 Comment vole un multirotor ?............................................... 13 Les différents types de multirotors........................................ 15 Les classes............................................................................ 17 La théorie et la pratique........................................................ 19 Comment contrôler le multirotor ?......................................... 19

Les « frames ».........................................................................

20 Secrets de fabrication........................................................... 20

Les contrôleurs de vol............................................................

22

Les différents types de contrôleurs de vol............................. 22 Les contrôleurs de vol open source....................................... 23 Les capteurs et leur usage..................................................... 23

TABLE DES MATIÈRES

VII


Les moteurs et les ESC...........................................................

28 Contrôler la vitesse des moteurs............................................ 28

Les hélices...............................................................................

30

Les dimensions...................................................................... 30 Les matières.......................................................................... 31 Hélices à pas variable............................................................ 32 Hélices abîmées.................................................................... 33 Horaires et antihoraires......................................................... 33 Les hélices autobloquantes................................................... 35 Prudence !............................................................................. 35

Les batteries...........................................................................

36 Cellules, tensions, capacité, charge et décharge.................... 36 Équilibrage des cellules......................................................... 38 Les différents connecteurs.................................................... 40 Les différents chargeurs........................................................ 42 Les précautions indispensables............................................. 43

La partie radio........................................................................

44 Que faut-il en retenir ?........................................................... 45 Peut-on voler à plusieurs simultanément ?............................. 45 Les marques et compatibilités............................................... 46 Que contrôle-t-on avec une radiocommande ?...................... 47

Chapitre 3. APPRENDRE À PILOTER............................... 51 Faut-il apprendre à piloter ?..................................................

51

Les assistances au pilotage................................................... 51 Faut-il faire confiance à l’assistance ?.................................... 54 C’est quoi, un fly-away ?........................................................ 55 Piloter avec un smartphone................................................... 56

Les exercices pour progresser...............................................

58 Le stationnaire, la théorie et la réalité.................................... 58 Ça veut dire quoi, « trimmer » ?............................................. 60 Apprendre à être doux et précis............................................ 61 Gérer l’orientation................................................................. 61 Se mettre en situation de désorientation............................... 63 Suivre des parcours............................................................... 65 Piloter et filmer en même temps............................................ 65 Pratiquer à l’aide d ’ un simulateur de vol................................ 66

VIII

LES DRONES DE LOISIR


Les différents types de voltiges.............................................

66

Les pirouettes automatisées.................................................. 67 Les pirouettes manuelles....................................................... 67 La haute voltige.................................................................... 68

Les vols automatisés..............................................................

70 Les itinéraires préprogrammés.............................................. 71 Les Follow-me....................................................................... 72

Les vols en immersion............................................................

75 Les différences avec le vol à vue............................................ 75 Les aides au pilotage en immersion....................................... 78

Chapitre 4. FILMER DEPUIS UN DRONE DE LOISIR.. 81 La caméra................................................................................

81

Les généralités........................................................................

81

Les types de caméras.............................................................

86 Les caméras de type GoPro................................................... 86 Les caméras de type keychain............................................... 87 Les innombrables imitations de GoPro.................................. 89 Les caméras spécialisées....................................................... 91 Des techniques pour les prises de vues................................. 94

Les nacelles stabilisées..........................................................

96

Comment cela fonctionne ?................................................... 96 Le cas particulier du Bebop de Parrot................................... 97 L’effet Jello........................................................................... 99

Le retour vidéo....................................................................... 101 Ça fonctionne comment ?..................................................... 102 Le matériel pour s’équiper..................................................... 103 Fréquences et puissances...................................................... 105 Les écrans pour le cadrage.................................................... 107 Des lunettes pour les vols en immersion................................ 108 Comment améliorer la portée vidéo ?.................................... 109

Chapitre 5. RÉGLEMENTATION, SÉCURITÉ ET BON SENS........................................................................... 115 Les textes pour les drones de loisir....................................... 116 Arrêté du 11 avril 2012 No 1..................................................... 116

Arrêté du 11 avril 2012 No 2..................................................... 120 TABLE DES MATIÈRES

IX


Le code des transports.......................................................... 128 Le code de l’Aviation civile.................................................... 131 Le code des postes et des communications électroniques..... 132 L’ARCEP................................................................................ 133 Les parcs nationaux et réserves naturelles............................. 135 Les zones sensibles............................................................... 136

Les dix règles à respecter...................................................... 138 Que faut-il faire en cas de doute ?......................................... 140 Insertion dans l’espace aérien, exemple 1............................... 140 Insertion dans l’espace aérien, exemple 2.............................. 142 Insertion dans l’espace aérien, exemple 3.............................. 144 Insertion dans l’espace aérien, exemple 4.............................. 145 Insertion dans l’espace aérien, exemple 5.............................. 146

La sécurité............................................................................... 147 Les précautions à prendre au sol........................................... 147 Les assurances...................................................................... 152

Le bon sens............................................................................. 152 Les principaux commandements du bon sens…..................... 153 Savoir s’abstenir.................................................................... 155 Un tracker pour retrouver un multirotor................................. 155

Devenir un professionnel........................................................ 157 Savoir voler avec un objectif.................................................. 157

Les démarches pour devenir pilote professionnel.................. 158 Les formations...................................................................... 160 Les débouchés...................................................................... 161

Chapitre 6. CHOISIR UN DRONE DE LOISIR................. 163 Quelles machines pour quels usages ?.................................. 163 Pour bien débuter................................................................. 163 Pour la photo et la vidéo....................................................... 166 Pour la voltige....................................................................... 169 Pour les semi-pros................................................................. 171 Pour voler en immersion........................................................ 172

RTF ou DIY ?........................................................................... 176 Faut-il préférer le RTF ou le BnF ?......................................... 176 Le montage d ’ un multirotor DIY............................................ 177 Ça s’entretient, un multirotor ?.............................................. 184 Une seconde vie pour un multirotor fatigué ?........................ 185

X

LES DRONES DE LOISIR


Recycler les multirotors......................................................... 187

Où acheter ?............................................................................ 188 En boutique ou sur Internet ?................................................ 188 En France ou à l’étranger ?.................................................... 190 Le cas particulier du crowdfunding........................................ 192 Acheter d ’occasion............................................................... 193

CONCLUSION........................................................................... 195 Annexe A

GLOSSAIRE....................................................... 197

Annexe B

RESSOURCES UTILES.................................... 203

Constructeurs.......................................................................... 203 Magazines............................................................................... 203 Sites spécialisés en France..................................................... 203 Revendeurs français................................................................ 204 Livres....................................................................................... 204

INDEX.......................................................................................... 207

Table des matières. Table des matières

XI


Extraits du livre

Les drones de loisir De Frédéric Botton Publié aux Editions Eyrolles

Plus d’informations sur SerialMakers http://serialmakers.com


CHAPITRE 3 APPRENDRE À PILOTER « Nous devons voler et tomber... voler et tomber... jusqu’à ce que nous puissions voler sans tomber ! » Attribué à Otto Lilienthal

Les drones partagent énormément de technologies avec les appareils électroniques de notre quotidien : smartphones, tablettes, box Internet, ordinateurs. À tel point que l’assistance au pilotage s’occupe de presque tout, du décollage jusqu’à l’atterrissage. Ceci mène à la question suivante…

Faut-il apprendre à piloter ? Les outils d’assistance rendent-ils le pilotage si facile qu’on le dit ? Oui. Pourtant la réponse à la question « faut-il apprendre à piloter ? » tient en un seul mot : oui ! C’est indispensable pour assurer des vols en toute sécurité.

LES ASSISTANCES AU PILOTAGE Le contrôleur de vol et les capteurs à bord d’un drone facilitent la tâche du pilote. L’une des aides les plus répandues est l’ autoleveling, ou « remise à plat automatique ». Si vous donnez l’ordre d’avancer à votre drone, il prend de l’inclinaison. Sans cette aide, il continuerait à rester incliné lorsque vous relâchez la commande. Cela permet de voler sans devoir continuellement compenser l’inclinaison du drone. Une autre aide est le position hold. Le contrôleur de vol s’efforce de maintenir l’appareil sur sa position, avec l’aide du GPS et parfois d’une caméra placée à la verticale. Cette aide permet en théorie de lâcher les commandes du drone, même quand il y a un peu de vent.

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

51


Figure 3-1. Même lorsqu’il y a du vent ou que le pilote est brusque dans ses ordres, la remise à plat permet de conserver le contrôle du multirotor.

À quoi ça sert ? À réaliser une prise de vues sans devoir piloter, par exemple – une pratique fortement déconseillée. Cela permet aussi de se concentrer sur le pilotage d’une caméra et réussir ses cadrages. Une autre aide est le mode headless, aussi appelé Intelligent Orientation Control (IOC). Il permet de piloter sans se soucier de l’orientation du drone. Même s’il est tourné de 180°, auquel cas les commandes sont théoriquement inversées, il se pilote comme s’il était orienté dans le bon sens. C’est là une fonction pratique pour les débutants qui n’ont pas encore acquis la maîtrise de l’orientation de l’appareil. Elle peut aussi se révéler salvatrice quand l’engin est éloigné, trop pour que le pilote parvienne à distinguer son orientation. Le mode IOC permet de le faire revenir en tirant le manche de direction vers l’arrière. Enfin, la fonction Return To Home (RTH) peut s’avérer salutaire : le contrôleur de vol prend en charge le pilotage du drone depuis l’endroit où il se trouve pour revenir à son point de décollage et atterrir tout seul. C’est utile lorsque la liaison radio vient à être coupée, par exemple parce que la limite de portée est dépassée, à cause de parasites ou en raison d’un dysfonctionnement de la radiocommande. Le multirotor revient alors se poser tout seul. Pratique ! Le constructeur DJI propose trois modes de fonctionnement pour ses contrôleurs de vol Naza : GPS, ATTI et manuel. Le premier est la combinaison de l’ autoleveling et de la position hold : l’appareil est stabilisé d’une part, maintenu à sa position avec l’aide du GPS ou d’autres capteurs d’autre part. Vous pouvez, en théorie (parce que c’est totalement déconseillé), poser la radiocommande au sol et partir boire un café, l’appareil ne bougera pas jusqu’à ce que la batterie soit vide. Si vous déplacez l’appareil en mode GPS avec la radiocommande, il oublie sa position GPS et en mémorise une nouvelle lorsque vous arrêtez de le piloter. Il se fige alors dans sa nouvelle position. Mais si vous le tirez physiquement sur quelques mètres (attention, ce n’est pas sans danger), il détecte le changement de position et revient tout seul là où il se trouvait.

52

LES DRONES DE LOISIR


Figure 3-2. Les multirotors haut de gamme offrent une assistance au pilotage avec l’IOC et le RTH.

Dans le mode ATTI, le maintien de la position disparaît, mais la stabilisation est opérationnelle. S’il y a du vent, il reste stable mais se met à dériver, et c’est à vous de le faire revenir. Enfin, le dernier mode est le manuel : il n’est pas toujours configuré en usine, c’est donc un réglage à effectuer vous-même. Ce mode supprime le positionnement GPS et la stabilisation. Il est donc à réserver aux pilotes expérimentés. Il permet de pousser le multirotor pour aller plus vite et même réaliser des acrobaties. Il n’est plus disponible sur les modèles récents. Certains constructeurs chinois ont repris la même signalétique que DJI pour leurs produits : GPS, ATTI, manuel…

Figure 3-3. Les modes GPS et ATTI du Phantom de DJI ont été repris par la plupart des constructeurs.

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

53


FAUT-IL FAIRE CONFIANCE À L’ASSISTANCE ? Grande est la tentation de recourir aux aides électroniques pour faciliter le pilotage. Mais il faut s’astreindre à piloter autant que possible sans ces outils pour être prêt, en cas d’incident, à contrôler un appareil dont l’assistance est en panne. Il est impératif d’apprendre à se poser manuellement, sans l’aide d’un GPS. On peut être tenté de ne plus jamais se poser en pilotant et laisser l’électronique à bord déclencher automatiquement le retour au point de départ. Mais cette fonction doit uniquement être considérée comme une aide en cas de problème. Éruptions solaires et GPS Le soleil est capable de perturber le positionnement par GPS. Pour être plus exact, ce sont les éruptions solaires qui sont en cause. L’activité géomagnétique, à qui l’on doit par exemple les aurores boréales et australes, est en mesure de fausser les signaux reçus par les GPS. On mesure cette activité à l’aide de l’indice KP, gradué de 1 (faible) à 9 (élevé). Lorsque l’indice augmente, la précision des GPS diminue, en théorie. La plupart du temps, la perte de précision est peu significative. Il peut arriver qu’elle soit suffisante pour tromper les appareils qui reposent sur une position GPS exacte. Il existe des sites pour surveiller l’indice KP, comme SolarHobby (http://www.solarhobby.net) ou Space Weather Prediction Center (http:// www.swpc.noaa.gov/products/planetary-k-index). Peut-on décoller avec un drone lorsque l’indice KP est élevé ? Oui, mais pour respecter le principe de précaution, il est préférable d’éviter d’activer ou d’utiliser les fonctions qui reposent sur l’usage du GPS.

Figure 3-4 . SolarHobby indique les éventuelles perturbations susceptibles de diminuer la précision des GPS.

54

LES DRONES DE LOISIR


De la même manière, l’IOC est pratique pour récupérer le contrôle de l’appareil quand on se trouve un peu trop loin pour le distinguer correctement. Mais il est à éviter le reste du temps, car la fonction, qui repose sur un bon calibrage de la boussole électronique et sur le GPS, n’est pas vraiment sûre. Si elle ne fonctionne pas correctement, la perte de contrôle est assurée…

C’EST QUOI, UN FLY-AWAY ? C’est un comportement anormal d’un drone qui consiste à échapper au contrôle de son pilote. Les Phantom du constructeur DJI sont réputés souffrir de cette anomalie, à tel point qu ’il s’agit d’une plaisanterie récurrente de la part des détracteurs de la marque. Mais ce serait réducteur de penser que les fly-aways sont une exclusivité des contrôleurs de vol Naza-M de DJI. Il est plus probable que le nombre d’incidents soit proportionnel au nombre de ventes. Or le Phantom est un énorme succès commercial.

Figure 3-5. Mauvaise surprise pour des possesseurs de Phantom de DJI, qui ont vu l’appareil échapper à leur contrôle.

Les raisons de ces fly-aways ne sont pas totalement expliquées. Il est probable qu’elles résultent d’un enchaînement malheureux de dysfonctionnements, comme dans le cas des crashs aériens. Le comportement généralement constaté est que le multirotor se met à accélérer dans une direction avec un fort angle, donc en prenant rapidement de la vitesse, et ne répond plus aux commandes. On peut imaginer que le contrôleur de vol décide de prendre en charge le pilotage en estimant que la liaison avec la radiocommande est perdue, et que dans le même temps, les informations en provenance du GPS se trouvent erronées ou mal interprétées. Le résultat est un retour automatisé à un faux point de décollage… On peut aussi supposer que la boussole électronique communique des valeurs erronées, elle aussi. Certains témoignages de fly-aways indiquent que le contrôle de l’appareil a pu être récupéré en forçant le mode manuel. Mais la plupart ont assuré que cela n’avait rien changé. Il faut être prudent CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

55


avec ces affirmations : lorsque survient un fly-away, le pilote est dans un état de stress qui le conduit souvent à une mauvaise prise de décisions. Et la plupart des Phantom ne sont pas configurés pour le mode manuel, il faut pour cela activer la fonction en connectant l’appareil à un ordinateur. Comment faire pour éviter un fly-away ? Répondre à cette question est difficile puisque les raisons de ces incidents ne sont que des suppositions. Pour limiter les risques, il faut activer la prise de contrôle en mode manuel et… apprendre à piloter dans ce mode ! Cela n’est pas simple quand on est habitué à piloter avec les assistances électroniques. Il faut toujours être patient à l’allumage de l’appareil et attendre que les diodes indiquent que la captation des satellites est opérationnelle avant de décoller. Il faut éviter les sources de parasites pour les signaux GPS : des obstacles comme les arbres ou les immeubles, un téléphone mobile GSM ou la proximité d’un tracker GPS. Il en va de même pour tout ce qui peut perturber la boussole électronique. Il est déconseillé de décoller depuis une plaque d’égout en métal, par exemple.

PILOTER AVEC UN SMARTPHONE C’est une pratique qui a été imaginée par le constructeur français Parrot, spécialiste des accessoires pour la téléphonie mobile. Comment ça fonctionne  ? La radiocommande est remplacée par un smartphone ou une tablette, qui communique les ordres de vol au drone via une liaison sans fil Wi-Fi (ou Bluetooth pour des appareils de petit format). On note trois usages possibles des appareils mobiles pour remplacer la radiocommande. Le premier simule les joysticks sur l’écran tactile. Le deuxième consiste à utiliser les capteurs de l’appareil mobile (gyroscope, accéléromètre) pour guider le drone. Incliner le mobile vers l’avant permet d’avancer, sur la droite de glisser vers la droite, etc. Le troisième usage est le GroundStation. Il ne s’agit plus vraiment de pilotage, mais de programmation du vol à l’avance en indiquant un itinéraire à l’écran, en surimpression d’une carte de type vue satellite.

Figure 3-6. FreeFlight 3 de Parrot est une application pour smartphones qui permet de piloter sans radiocommande.

56

LES DRONES DE LOISIR


Voyons maintenant les avantages du pilotage avec un smartphone. Le taux de pénétration de ces appareils mobiles est tel que nous en avons tous un, ou presque. Il permet par conséquent de faire l’économie d’une radiocommande. De plus, la prise en mains brille par sa simplicité, il suffit en effet de quelques minutes pour être opérationnel. Par ailleurs, l’écran permet de visualiser l’image captée par la caméra à bord du drone, sans avoir besoin d’un dispositif d’affichage supplémentaire. Enfin, l’écran peut afficher des données de télémétrie, c’est-à-dire des mesures effectuées par les capteurs à bord  : hauteur, vitesse, orientation, position GPS, état de la batterie, température des moteurs, etc. Et pour ce qui est de leurs inconvénients, tout d���abord, la portée du Wi-Fi est assez faible, généralement inférieure à 50 mètres, et moins encore s’il y a des obstacles. Ensuite, la précision du contrôle avec un smartphone est bien inférieure à celle obtenue avec une radiocommande. On constate aussi une diminution de la réactivité avec la distance : l’appareil répond avec du retard lorsqu’il est éloigné. Et le retour vidéo est encore plus perturbé par la distance et les obstacles. Ainsi, sans l’aide d’un répéteur de signal Wi-Fi, l’image est saccadée au-delà de 30 mètres, puis se dégrade rapidement pour se figer définitivement après 50 mètres. Un autre inconvénient des smartphones et tablettes, c’est que leur autonomie chute rapidement lorsque les fonctions multimédia sont activées – ce qui est le cas pendant le pilotage d’un drone. Enfin, l’obsolescence logicielle de ces appareils est rapide. Par exemple, l’application qui permet de tirer parti des fonctions vidéo de l’Inspire 1 de DJI ne fonctionne pas avec l’iPhone 5, qui n’est « vieux » que de trois ans.

Figure 3-7. Le retour vidéo en Wi-Fi sur un smartphone se révèle saccadé et ne fonctionne qu’à très courte distance. Ici sur avec CX-30W de Cheerson sur iPhone.

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

57


Les exercices pour progresser Apprendre à piloter ne s’acquiert pas en une journée – même si les publicités pour des formations le laissent entendre. N’hésitez pas à pousser la porte d’un club de radiomodélisme ou plutôt à vous renseigner sur Internet : il en existe désormais de nombreux qui accueillent avec bienveillance les pratiquants de multirotors. Le site web de la Fédération française d’aéromodélisme (FFAM) est le bon endroit pour débuter les recherches, mais les bons conseils de pilotes vétérans ne sauraient remplacer la pratique. Il est en effet indispensable de piloter de manière intensive, surtout dans les premiers temps, pour acquérir et conserver les bons réflexes. Il ne faut pas se décourager, même si les premiers vols sont difficiles, car en une semaine de pratique soutenue, les bases du pilotage peuvent être maîtrisées.

Figure 3-8. La Fédération française d’Aéromodélisme (FFAM) permet de rencontrer des pilotes instructeurs pour être conseillé lorsque l’on débute.

LE STATIONNAIRE, LA THÉORIE ET LA RÉALITÉ Un vol en stationnaire consiste à rester sur place, en bougeant le moins possible. La pratique est plutôt facile avec un multirotor, mais un peu moins avec un hélicoptère. Rares sont les drones capables de voler en stationnaire sans aucune intervention du pilote. Il y a toujours un déséquilibre qui pousse l’appareil dans une direction, un courant d’air qui le fait dévier. Il faut donc agir sur les commandes pour contrer la dérive et maintenir l’engin. En extérieur, les drones dotés d’un GPS sont en mesure d’assurer leur vol stationnaire tout seuls. Mais il faut s’attendre à des oscillations d’une amplitude qui peut atteindre plusieurs mètres : elle dépend de la précision du GPS, de la vitesse du vent et de la faculté de l’appareil à réagir rapidement. Certains drones sont capables d’un vol stationnaire automatisé en intérieur : l’AR.Drone, le Bebop et le Rolling Spider de Parrot ainsi que le Phantom 3 et l’Inspire 1 de DJI, qui utilisent tous une caméra placée à la verticale. Les stationnaires automatisés ne sont pas toujours réussis, mieux vaut donc avoir les mains sur la radiocommande (ou le smartphone) pour prendre le contrôle en cas de souci.

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Figure 3-9. L’Inspire 1 de DJI est l’un des rares appareils capables de voler en stationnaire en intérieur sans aucune intervention du pilote.

L’effet de sol Lorsqu’un multirotor est très proche du sol, les hélices propulsent l’air vers le bas en créant une zone de surpression. Cela produit des turbulences assez fortes qui sont capables de faire osciller l’appareil, voire de le déséquilibrer. Les débutants ont tendance à rester près du sol, par peur de perdre le contrôle de leur engin. Pourtant, ce n’est pas une bonne idée, puisqu’ils risquent d’être confrontés à un comportement erratique et difficilement contrôlable. Il suffit de pousser un peu les gaz pour que l’appareil se stabilise. À quelle hauteur se débarrasse-t-on de l’effet de sol ? Avec un multirotor de petite taille, il disparaît à 20 cm de hauteur. Avec un drone 250 ou plus, il faut grimper à un bon mètre pour en être délivré.

Figure 3-10. Il faut dépasser sa crainte du décollage lors des premiers vols et monter pour se soustraire à l’effet de sol, susceptible de déséquilibrer le multirotor.

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

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ÇA VEUT DIRE QUOI, « TRIMMER » ? En argot français, cela signifie « travailler dur ». Mais en radiomodélisme, c’est un mot d’anglais aéronautique qui veut dire « équilibrer ». Imaginons le premier décollage avec un tout nouveau multitrotor. Au lieu d’obtenir un vol stationnaire avec très peu de dérive parasite, il préfère filer vers l’avant et vers la droite. Il suffit de compenser avec les joysticks, mais ce n’est pas très agréable. Trimmer permet de compenser cette dérive. Sur la plupart des radiocommandes, chaque joystick est entouré par des curseurs ou des boutons  : ce sont les trims. Ils correspondent aux trois commandes principales : direction, aileron, profondeur. Pour trimmer, il faut décoller, regarder comment se comporte l’appareil et le poser tout de suite. Dans notre exemple, il part vers l’avant et vers la droite. Il faut donc compenser en ajoutant du trim vers l’arrière, par petites touches successives. Il faut redécoller et vérifier si la manipulation améliore le comportement de l’appareil, puis reposer immédiatement pour ne pas se laisser entraîner trop loin si la dérive est forte. Si le drone part encore vers l’avant, il faut continuer à compenser. S’il part vers l’arrière, il faut diminuer la compensation.

Figure 3-11. Toutes les radiocommandes, ou presque, sont dotées de trims, même celles des multirotors d’entrée de gamme.

Lorsque la dérive vers l’avant est corrigée, il suffit de procéder de la même manière pour corriger celle vers la droite – en trimmant vers la gauche. Il est préférable de faire des sauts de puce à chaque fois et d’éviter de trimmer pendant le vol. Si les trims ne suffisent pas pour obtenir un vol stationnaire correct, c’est qu’il y a un souci. Celui-ci peut être soit matériel, comme un moteur endommagé, soit logiciel, comme un calibrage à réaliser. Toutes les radiocommandes sont dotées de trims, mais une exception confirme la règle  : celles des gammes Phantom de DJI en sont dépourvues. Comment compenser une éventuelle dérive, dans ce cas ? Réponse : on ne peut pas, il faut tout simplement recalibrer l’appareil. L’électronique de bord s’occupe du reste.

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APPRENDRE À ÊTRE DOUX ET PRÉCIS Quels que soient l’appareil et la radiocommande que vous utilisez, il faut apprendre à piloter économiquement, c’est-à-dire à faire le minimum. Lorsque l’on est en difficulté, on est tenté de rétablir la situation en donnant de grands coups de joystick. Le résultat est une danse incontrôlée, qui se termine souvent par un crash. Remuer les joysticks frénétiquement est décrit comme «  faire de la mayonnaise  » dans le jargon du radiomodélisme. Il faut impérativement faire preuve de self-control pour agir le moins possible sur les manettes. Un conseil : plutôt que contrôler des joysticks avec les pouces, un geste naturel mais peu précis, mieux vaut les tenir entre le pouce et l’index.

Figure 3-12. Le pilotage avec les pouces est naturel, mais il est préférable de saisir les joysticks entre le pouce et l’index.

GÉRER L’ORIENTATION C’est l’une des principales difficultés du pilotage : il faut être capable de contrôler le multirotor quelle que soit son orientation. Quelques explications s’imposent. Lorsque l’on voit l’arrière du multirotor, c’est qu’il est positionné dans le sens de la marche. Si on lui ordonne d’avancer, il avance. À droite ? Il va vers la droite. Si on voit l’avant de l’appareil, c’est qu’il fait face. Dans ce cas, certaines commandes sont inversées. Monter et descendre sont inchangés, mais aller vers la droite déporte sur la gauche et avancer fait reculer. Pour s’en sortir, il faut pratiquer une gymnastique intellectuelle qui n’est pas du tout évidente lors des premiers essais.

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Figure 3-13. Lorsque l’appareil se trouve dans le même référentiel que le nôtre, les commandes réagissent normalement.

Figure 3-14. Lorsque l’appareil fait face, toutes les commandes sauf les gaz sont inversées.

Le secret consiste simplement à persévérer et surtout à ne pas se décourager. C’est à force d’ essayer de piloter avec le multirotor face à soi que l’on acquiert les bons réflexes. Ce qui est important, c’est de ne pas devoir réfléchir pendant le pilotage ! Procéder par des vols sauts de puce permet de rester concentré sur une seule difficulté. En cas de perte de contrôle de l’appareil, il ne faut pas chercher à le reprendre à tout prix. Mieux vaut le poser tant bien que mal et recommencer. Tenter des manœuvres pour le faire revenir se solde souvent par un crash dont l’issue est très incertaine.

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La méthode est un peu longue, un peu rébarbative, mais elle a le mérite d’être efficace. Elle permet en outre d’éviter de détruire prématurément le multirotor : il est préférable de subir de petits crashs sans conséquence que de lourdes chutes qui nécessitent des réparations. Il vaut mieux également éviter de réaliser cet apprentissage avec un appareil onéreux et de grande taille ! Un petit engin, de type micro quadricoptère, est parfait pour supporter les mauvais traitements des essais d’orientation : il est suffisamment solide pour tenir plusieurs dizaines de crashs et peut être doté de protections d’hélices. Mieux vaut aussi choisir une surface amortissante pour pratiquer : une pelouse est parfaite pour cela ! Une fois le pilotage avec l’appareil qui fait face maîtrisé, il faut le tourner de 90°. On voit alors son flanc. Selon l’orientation, aller vers la droite fait avancer ou reculer. Là encore, il faut prendre le temps de comprendre comment réagit l’appareil jusqu’à ce que la gymnastique intellectuelle devienne un réflexe. Combien de temps faut-il pour devenir opérationnel et maîtriser l’orientation de l’appareil ? C’est très variable selon l’expérience passée du pilote, selon sa faculté à maîtriser l’espace 3D et à gérer sa motricité. Généralement on parvient à de bons résultats en moins d’une semaine de pratique assidue. Mais alors, comment savoir si on est opérationnel ?

Figure 3-15. Lorsque l’appareil est tourné de côté de 90°, il faut s’habituer au fait que la profondeur (pour avancer et reculer) déclenche une glissade vers la gauche ou la droite.

SE METTRE EN SITUATION DE DÉSORIENTATION C’est assez simple : il suffit de décoller, de se placer en vol stationnaire, puis de faire tourner le multirotor sur lui-même plusieurs fois et d’arrêter brusquement le mouvement. Le challenge consiste à réorienter l’appareil, puis à le ramener à son point de décollage. Si la manipulation pose problème ou si elle demande des efforts de réflexion pour donner les ordres avec la radiocommande, c’est que les réflexes ne sont pas encore suffisamment acquis.

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Figure 3-16. Récupérer le contrôle du multirotor quelle que soit son orientation, sans réfléchir, c’est signe que le pilotage est maîtrisé.

En reprenant les exercices, il faut y ajouter la pratique des trajectoires de type « avion ». Le principe est simple  : il suffit d’imaginer que le multirotor ne puisse aller que vers l’avant, comme un avion. Le but est de s’entraîner à réaliser des vols circulaires en pointant toujours l’avant du multirotor dans le sens de la marche. La suite de l’exercice consiste à dessiner des 8 dans un sens, puis dans le sens contraire. Cet exercice permet de situer rapidement et sans réfléchir l’avant de l’arrière, ce qui permet de réagir rapidement et efficacement à une situation de danger.

Figure 3-17. Pratiquer des 8 en conservant toujours l’avant de l’appareil pointé dans la direction du vol permet de s’entraîner à mixer les commandes.

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SUIVRE DES PARCOURS Cette discipline est très formatrice pour bien maîtriser le contrôle d’un multirotor. Elle se pratique en intérieur avec un petit appareil, ou en extérieur – mais il faudra trouver des objets pour matérialiser des obstacles. En effet, le principe est d’imaginer un parcours à suivre avec l’appareil. La difficulté est à doser selon le niveau. Il est conseillé de faire d’abord au plus simple avec un parcours composé de deux pylônes, puis de corser le jeu en réalisant un 8 autour de ces pylônes. L’ étape suivante consiste à passer des obstacles plus complexes  : sous une chaise ou entre les marches d’une échelle. Il suffit de quelques objets du quotidien pour s’inventer un parcours du pilote débutant et progresser rapidement avec des vols de précision.

PILOTER ET FILMER EN MÊME TEMPS Filmer avec une caméra à bord, c’est facile, il suffit de lancer l’enregistrement. Oui ! Mais le résultat ne sera sans doute pas formidable si on n’a pas prêté un peu d’attention au vol. Les vidéos n’ont en effet d’intérêt que si elles montrent quelque chose. Filmer un arbre est un exercice simple. Un excellent exercice consiste à décoller et voler le plus doucement possible pour conserver une image stable, monter le long de l’arbre, puis en faire le tour tout en maintenant le nez du multirotor pointé vers l’arbre. La pratique est beaucoup plus complexe qu’elle n’en a l’air. Il faut doser les commandes pour rester à une distance constante de l’arbre : trop loin, on perd le focus, trop près, on risque de le toucher. Voler autour d’un arbre par conséquent se révèle très formateur. Cela permet en outre de bien estimer les distances et de savoir quand arrêter un vol avant de perdre le multirotor de vue, soit parce qu’il est trop loin, soit parce qu’il est caché par un obstacle.

Figure 3-18. Pour réussir des vidéos filmées à bord d’un multirotor, il est indispensable de maîtriser son pilotage.

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PRATIQUER À L’AIDE D ’ UN SIMULATEUR DE VOL Les simulations informatiques sont impressionnantes de réalité, du moins visuellement parlant. Avec les logiciels RealFlight, Phoenix RC, AeroFly, on peut prendre les commandes d’avions et d’hélicoptères radiocommandés pour s’entraîner sans risque. L’avantage du pilotage virtuel, c’est que les crashs le sont aussi. Une pression sur une touche et l’appareil est réparé et redécolle. Les simulateurs de vol ne sont cependant pas parfaits. Tout d’abord, les simulations de multirotors sont encore rares. Il faut bien vérifier que le simulateur que l’on choisit comporte quelques appareils, et veiller à ce qu’il ne faille pas les acheter dans des packs supplémentaires. Ensuite, il faut savoir que la simulation n’est pas la réalité, même si elle s’en approche. Les simulateurs les plus évolués permettent de parfaire l’illusion de la réalité en ajoutant des bourrasques de vent, mais le pilotage est généralement aseptisé. Résultat ? On peut devenir un pilote chevronné sur simulateur et pourtant être en difficulté aux commandes d’un vrai appareil. Ce qu’il faut en retenir, c’est que les simulateurs de vol sont d’excellents outils pour acquérir les réflexes de pilotage, notamment l’inversion des commandes et le vol sans assistance de stabilisation. Mais rien ne remplace la réalité.

Figure 3-19. Une capture d’écran du simulateur de vol AeroFly RC 7, avec pour modèle un Phantom de DJI entièrement modélisé en trois dimensions.

Les différents types de voltiges C’est une bonne nouvelle : la voltige est possible quel que soit le niveau de pilotage, y compris lorsque l’on débute ! Plus on progresse et plus on peut se permettre des vols sans assistance au pilotage. Et à la fin, on peut se lancer dans des figures impressionnantes qui défient la gravité.

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LES PIROUETTES AUTOMATISÉES Il s’agit de la pratique de la voltige la plus simple, et pour cause  : les constructeurs ont prévu des fonctions totalement – ou presque totalement – automatisées. Comment ça fonctionne ? Lorsque l’on appuie sur une touche, le contrôleur de vol gère automatiquement une accélération brusque de deux des quatre moteurs pour que le quadricoptère se lance dans un tonneau (sur le côté) ou un looping (vers l’avant ou l’arrière). Une fois la figure terminée, et elle ne dure qu’une fraction de seconde, la stabilisation électronique reprend le contrôle de l’appareil et le remet à plat. L’AR.Drone2 et le Bebop de Parrot procèdent ainsi.

Figure 3-20. Le Bebop offre plusieurs types de pirouettes, à déclencher automatiquement en tapant deux fois rapidement sur l’écran du smartphone ou de la tablette.

Sur d’autres appareils, c’est au pilote de donner la direction de la cabriole : il faut appuyer sur le bouton pour lancer la pirouette, incliner le joystick vers la gauche et l’appareil fait son tonneau vers la gauche. C’est ainsi que procèdent la plupart des multirotors d’entrée de gamme, les modèles nano, micro, mini. Ils sont presque tous équipés de cette fonction ! Celle-ci est très amusante les premières fois, elle permet même « d’épater la galerie » en faisant croire à d’impressionnants talents de pilote. Mais la trop grande simplicité des manœuvres les rend ennuyeuses. Après une douzaine de pirouettes, on se lasse…

LES PIROUETTES MANUELLES Pour pratiquer la « vraie » voltige, il n’est plus question d’appuyer sur une simple touche. Ou plutôt si, celle qui désactive l’assistance à la stabilisation. Cette fonction n’est pas disponible sur tous les modèles. Son principe, c’est que l’appareil ne se stabilise plus tout seul lorsque vous relâchez les joysticks. La pratique est très perturbante quand on s’est habitué à des vols assistés par l’électronique. Il faut en effet « se battre » constamment pour ne pas laisser l’appareil partir en embardée, piquer du nez, déraper. Bref, il faut faire le boulot de stabilisation à la place du contrôleur de vol !

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À quoi ça sert  ? À avoir le contrôle complet de la machine sans autostabilisation, ce qui permet de faire partir le multirotor dans des positions qui ne sont pas compatibles avec la gravité, comme des vols sur le dos, des cabrages à la verticale, etc. Évidemment, ces figures sont de très courte durée, une à deux secondes au maximum, puisque la gravité reprend toujours ses droits, tôt ou tard. Les premiers essais, quand on est habitué aux vols stabilisés, sont assez catastrophiques : le multirotor part dans des glissades qui se terminent au sol. Pour se lancer dans la voltige manuelle, il faut d’abord se former aux vols sans assistance de stabilisation, ce qui prend un peu de temps… et coûte éventuellement un peu d’argent en réparations.

Figure 3-21. Le Jpay Spider d’Aero-Tek est puissant avec ses six rotors, il permet de pratiquer des figures acrobatiques…

LA HAUTE VOLTIGE Il s’agit là d’une pratique encore plus complexe à maîtriser. Elle est directement inspirée de la voltige 3D, une discipline très prisée dans le domaine des hélicoptères radiocommandés pour la compétition. Les appareils qui proposent la voltige sont ceux qui sont en mesure de voler sur le dos (à l’envers, donc). Évidemment, cette pratique est réservée à des pilotes très expérimentés capables de s’accommoder d’une inversion des commandes. Vous vous en doutez, il faut des mois d’entraînement pour parvenir à gérer les vols 3D. Comment ces vols sur le dos sont-ils possibles ? Il existe deux méthodes pour y parvenir. La première est celle utilisée par les hélicoptères dits « 3D » : il s’agit du pas variable. En anglais, on dit collective pitch. Le principe de fonctionnement est assez simple. Une hélice classique est figée avec un pas, c’est-à-dire une inclinaison qui lui permet d’agir comme une vis dans l’air. Plus la vitesse de rotation est élevée, plus la traction est forte. Dans le cas du pas variable, l’inclinaison des pales est modifiable à volonté. Si elles sont à l’horizontale, il n’y a pas de traction. On obtient cette traction en inclinant les pales, « en donnant du pas » dans le jargon radiomodéliste. L’avantage de cette solution, c’est d’une part que la vitesse de rotation peut rester constante, d’autre part que le pas peut être inversé, ce qui permet le vol sur le dos ! Il y a donc une différence entre les hélices normales (à pas fixe) et celles à pas variable : ces dernières sont forcément constituées de pales indépendantes.

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Figure 3-22. L’Assault Reaper 500 de HobbyKing fonctionne sur le principe d’hélices à pas variable.

Figure 3-23. La mécanique employée dans les multirotors à pas variable se révèle complexe et fragile.

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Sur le papier, le fonctionnement en pas variable est simple, mais dans la pratique il requiert une mécanique de haute précision et des réglages très fins. C’est d’autant plus vrai avec des multirotors puisque la complexité du mécanisme est multipliée par le nombre de rotors. Cette technologie permet de voler sur le dos, mais aussi de réaliser des pirouettes qui défient complètement la gravité. Les figures peuvent être les mêmes que celles pratiquées avec les hélicoptères  3D. Les modèles de multirotors capables de fonctionner en pas variable se comptent sur les doigts d’une seule main. Le premier appareil commercialisé a été le Stingray 500 du constructeur américain Curtis Youngblood. Il existe une autre technologie pour pratiquer les vols sur le dos en multirotor : l’inversion du sens des moteurs. En une fraction de seconde, le contrôleur de vol ordonne aux moteurs de tourner dans le sens inverse. C’est ce qui permet de passer sur le dos et d’y rester. Il faut que les moteurs soient en mesure de supporter des changements de sens de rotation rapides. Il faut aussi que les ESC (dans le cas de moteurs brushless) soient capables de supporter de brusques pics de consommation électrique, et il faut des hélices dont les bords soient symétriques, c’est-à-dire que les deux côtés puissent faire office de bord d’attaque. Le mécanisme est moins complexe que celui des hélices à pas variable, ce qui permet d’obtenir des appareils au coût plus léger. Le Blade 200QX de Horizon Hobby n’est pas prévu, à l’origine, pour les vols sur le dos. Mais il suffit d’une mise à jour du logiciel interne de l’appareil et du remplacement des hélices d’origine par des hélices 3D pour qu’il en soit capable ! Le Blade nano QX 3D, du même constructeur, est un tout petit multirotor capable de voler sur le dos dès sa sortie de la boîte et de pratiquer des figures 3D. C’est un appareil étonnant, parfait pour s’entraîner…

Figure 3-24. Tout petit, le Blade nano QX 3D de Horizon Hobby est capable de voler sur le dos en inversant ses moteurs.

Les vols automatisés Plus de pilote ! C’est ainsi que se conçoivent les vols automatisés. Le contrôleur de vol peut prendre tout en charge, depuis le décollage jusqu’à l’atterrissage, en passant par toutes les

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étapes du parcours, ou bien ne se charger que d’une partie du vol. La technologie repose sur tous les capteurs à bord du multirotor, notamment le GPS. Il existe deux catégories de vols automatisés, celle pour laquelle un itinéraire est prévu à l’avance, et celle qui fonctionne sur le principe d’un parcours dynamique dont le tracé est modifié en temps réel. C’est le cas, par exemple, des vols Follow-me…

LES ITINÉRAIRES PRÉPROGRAMMÉS De nombreux contrôleurs de vol sont capables d’être programmés avec des points de passage, appelés waypoints en anglais. C’est le cas des APM, par exemple le Pixhawk du constructeur  3Drobotics. Certains contrôleurs du constructeur DJI en sont capables, avec ou sans module supplémentaire, tout comme celui de l’AR.Drone 2 de Parrot équipé d’un accessoire spécialisé. Les points de passage sont indiqués à l’écran d’un ordinateur, d’une tablette ou d’un smartphone, sur une carte de type Google (la version avec les photos prises depuis un satellite). Les interfaces pour la saisie de ces points se révèlent particulièrement faciles à prendre en main puisqu’il suffit de cliquer sur l’écran. Certaines d’entre elles sont même capables de calculer un itinéraire avec des courbes douces à partir d’un dessin réalisé à main levée !

Figure 3-25. Avec le logiciel DroidPlanner pour Android, les parcours sont créés en indiquant des points de passage à l’écran.

En théorie, il suffit de cliquer sur l’icône Start à l’écran. Il n’en faut pas plus pour que le vol préprogrammé puisse débuter. Le multirotor décolle suivant le plan de vol, va de point de passage en point de passage, puis se pose sur le dernier point. Mais dans la pratique, il faut faire preuve de beaucoup de prudence. Tout d’abord il faut prendre garde à l’environnement, car sur une carte satellite, on a rarement conscience du relief. S’il y a un arbre sur le chemin du multirotor, son vol s’arrêtera brusquement. C’est aussi ce qui arrivera s’il y a un bâtiment, des fils électriques ou téléphoniques, ou si le relief est accidenté. Il faut donc passer du temps à vérifier minutieusement l’itinéraire.

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

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À chaque waypoint sont associés de nombreux paramètres : la hauteur par rapport au sol, l’orientation de l’appareil, le temps qu’il doit passer sur le point de passage, s’il doit effectuer une action supplémentaire comme prendre une photo, déclencher l’enregistrement d’une vidéo ou le stopper, pointer la caméra dans une direction. Il faut peaufiner le trajet, si possible en vérifiant sur place, pour que le vol puisse se dérouler sans souci. Il faut disposer des cartes sur l’ordinateur, la tablette ou le smartphone, soit en profitant d’un accès à Internet par la téléphonie mobile, soit en les préchargeant. Il faut aussi prendre en compte la réglementation française, qui autorise des vols de ce type, mais à condition que l’appareil reste toujours en vue directe et que son pilote soit en mesure de reprendre le contrôle à tout moment.

Figure 3-26. Pour être certain d’obtenir un vol automatisé sans risque de perdre l’appareil, il est indispensable de vérifier les caractéristiques de chaque point de passage, ici sur Mission Planner pour PC.

LES FOLLOW-ME Les Follow-me sont un nouvel usage des multirotors encore peu répandu : ce sont des appareils prévus pour vous suivre et vous filmer (ou vous photographier). Se filmer soi-même pendant une activité sportive, c’est amusant. Mais lorsque l’on utilise une perche pour tenir une caméra GoPro, on la voit apparaître dans le champ. La solution, c’est d’équiper un multirotor d’une caméra et de le laisser suivre son sujet en le filmant. Quelle est la technologie employée pour automatiser le vol  ? Le multirotor est doté d’un GPS, il connaît donc sa position. Avec ses capteurs, il est aussi capable de savoir dans quelle direction il pointe. Le sujet filmé est équipé d’un smartphone… qui dispose, lui aussi, d’un GPS. Il suffit que le smartphone et le multirotor communiquent sans fil en Bluetooth ou en Wi-Fi pour que la fonction Follow-me soit possible. En effet, le multirotor peut calquer ses coordonnées sur celles du smartphone (donc du sujet), en gardant une distance de sécurité de quelques mètres et s’orienter automatiquement dans la bonne direction.

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Figure 3-27. Plus de pilote, plus de radiocommande : le multirotor suit son propriétaire à la trace et le filme. Ici, c’est un prototype du Lily.

La technologie Follow-me pose plusieurs problèmes dont la plupart sont liés à la sécurité. Aucun des modèles du moment ou annoncés pour 2015 ne dispose d’outils d’évitement des obstacles. Imaginez être confortablement assis sur un télésiège et voir arriver vers vous et à votre hauteur, à grande vitesse, un multirotor en train de suivre un skieur dix mètres plus bas. Même sans spéculer sur des situations catastrophes, les appareils sont pour l’instant incapables d’éviter un sapin, un poteau ou un fil électrique. Les premiers modèles Follow-me ne sont même pas capables de gérer un dénivelé, ce qui limite beaucoup leur intérêt. Il faudra pour cela attendre que les sonars soient suffisamment efficaces et rapides pour indiquer la hauteur au contrôleur de vol de manière opérationnelle, lequel pourra alors la régler automatiquement. Il faut aussi compter avec la précision, ou plutôt le manque de précision des GPS. Celui qui est à bord du multirotor dispose d’une position assez exacte dans la mesure où il se trouve en hauteur. Il est susceptible de bien capter les signaux des satellites. Mais pour la personne au sol, obtenir une position précise est bien plus aléatoire, surtout dans le cas d’un smartphone glissé dans une poche ! Certains constructeurs prévoient des bracelets GPS, Bluetooth ou Wi-Fi pour améliorer la qualité du positionnement, avec l’avantage de pouvoir les rendre étanches. Le dernier souci est la réglementation française, qui demande que l’appareil en vol soit toujours en vue directe de son pilote et qu’il se trouve en mesure d’en reprendre le contrôle à tout moment (voir chapitre 5). C’est à l’évidence impossible pour un sportif en pleine action. La solution consiste à ce qu’un autre pilote soit en charge du vol, et qu’il soit suffisamment proche pour reprendre la main sur le multirotor. Voilà qui réduit les chances de pouvoir utiliser un appareil Follow-me seul, en France.

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Figure 3-28. Le multirotor Lily est livré avec une balise GPS à placer au poignet. Elle sert à déterminer avec précision la position de la personne à suivre.

Quels sont les appareils capables de pratiquer le Follow-me ? Début 2015, la plupart des appareils dotés d’un contrôleur de vol de type APM disposent de cette fonction, avec un fonctionnement plus ou moins efficace. C’est le cas de l’Iris+ et du Solo de 3Drobotics, par exemple. Le Q500 Typhoon du constructeur Yuneec en est aussi capable. Mais le résultat se révèle un peu décevant : le Q500 ne dépasse pas la vitesse d’un jogger, le dispositif utilisé pour la position du suivi est une énorme radiocommande et le contrôleur de vol n’est pas capable d’orienter automatiquement la caméra vers sa cible.

Figure 3-29. Le multirotor Hexo+, imaginé par des Français, est destiné à suivre des sportifs pendant leurs efforts.

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On espère beaucoup de deux projets lancés sur des sites de financement participatif et qui sont attendus courant 2015. Le premier est AirDog (www.airdog.com), proposé par des ingénieurs lettons et basé sur un bracelet GPS. Le deuxième est Hexo+ (www.hexoplus.com), un puissant hexacoptère imaginé par des Français. Un dernier projet de drone autonome et Follow-me : Lily (www.lily.camera), qui devrait être commercialisé au début de 2016.

Figure 3-30. Le multirotor AirDog, élaboré par une équipe lettone, repose sur un bracelet pour suivre son porteur et le filmer.

Les vols en immersion Ils sont souvent appelés les vols en FPV, First Person View (vue à la première personne). La caméra à bord filme et la vidéo est transmise en temps réel par un émetteur vers un récepteur au sol, lequel envoie l’image dans des lunettes spéciales. Le résultat, c’est que le pilote profite d’une vue comme s’il était assis à bord de son multirotor.

LES DIFFÉRENCES AVEC LE VOL À VUE Avec les vols en immersion, la sensation est très différente : le seul repère dont on dispose quand on pilote, c’est l’image filmée à bord. L’expérience est étonnante, puisqu’on touche du doigt le rêve de beaucoup d’entre nous : piloter en vrai. Les caractéristiques techniques d’ un multirotor sont telles qu’il peut évoluer sans contrainte (à la différence d’un avion), on éprouve ainsi une sensation de liberté et on se sent un peu comme un oiseau. Le pilotage est presque plus simple qu’en vol à vue, puisqu’on est virtuellement à l’intérieur de l’appareil, donc dans le même référentiel. Il n’y a pas à se préoccuper des inversions de commandes.

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

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Figure 3-31. Le pilotage en immersion est devenu une discipline à part entière, très prisée des amateurs de sensations fortes.

En revanche, l’appréciation de distances, notamment de la hauteur par rapport au sol, est très difficile puisqu’elle est modifiée par la lentille – forcément déformante – d’une caméra. Les premiers vols mènent à des atterrissages un peu lourdauds, parfois même à des rebondissements difficiles à contrôler. Ce n’est qu’avec de l’expérience que l’on parvient à piloter correctement en immersion. Les aides au pilotage comme l’IOC (Intelligent Orientation Control) ne sont pas utilisables en immersion, puisqu’elles sont liées à un référentiel en vue directe. Il faut aussi savoir que la connexion sans fil entre l’émetteur et le récepteur vidéo est sujette à de nombreux parasites, parfois à des coupures temporaires de l’image. Ces ennuis se révèlent très gênants en vol : une seconde sans vidéo semble une éternité quand on est en l’air ! La réglementation française limite la puissance des émetteurs vidéo, mais nombreux sont les pilotes qui se permettent d’utiliser des matériels un peu plus puissants – mais illégaux – pour obtenir une meilleure portée. Le plus souvent, ce n’est pas pour aller plus loin et plus haut, mais tout simplement pour disposer à tout moment d’une image sans trop de parasites. Les vidéos de vols en immersion diffusées sur YouTube sont d’une qualité superbe. Elles sont enregistrées avec une seconde caméra, type GoPro ou Mobius. Ce n’est pas du tout ce que voit le pilote pendant le vol : l’image qu’il obtient est très dégradée… Certaines vidéos montrent des accélérations fulgurantes lors de vols en immersion. Or quand un multirotor accélère, l’arrière se soulève. L’engin peut même se retrouver à la verticale pendant la phase d’accélération. Cela se traduit, vu de la caméra à bord, par une vue dirigée vers le sol qui est très perturbante. L’une des solutions pour limiter le problème consiste à incliner la caméra de quelques degrés vers le haut. Incliner les moteurs avec des cales est une autre solution.

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Figure 3-32 et Figure 3-33. Quand la liaison est correcte, l’image que voit le pilote est de qualité suffisante pour contrôler son appareil. Mais quand elle se dégrade, il risque de ne plus rien voir !

CHAPITRE 3. Apprendre à piloter

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Figure 3-34. Incliner la caméra vers le haut permet de compenser l’inclinaison de l’appareil lorsqu’il accélère fortement… et c’est le cas lors des courses de FPV racing.

LES AIDES AU PILOTAGE EN IMMERSION

Figure 3-35. Avec un OSD, de préférence discret pour ne pas occuper tout l’écran, on peut disposer des données de vol en temps réel.

Quand on est en vol, il est très difficile de savoir si on monte ou si on descend, car l’horizon ne donne aucune indication à ce sujet. On perd aussi très vite ses repères d’altitude, puisque les éléments du décor auxquels on se fie d’ordinaire ne se présentent plus de la même

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LES DRONES DE LOISIR


manière. Le résultat, c’est qu’on se retrouve beaucoup trop haut, ou en descente trop rapide, ou tout simplement perdu. La solution consiste à adopter un OSD, On-Screen Device. Ce terme anglais désigne l’incrustation de données à l’écran, en surimpression de l’image. Cette technique suppose la présence de capteurs à bord, dont les informations sont envoyées à l’ émetteur vidéo. Parmi ces données, on peut profiter d’un horizon artificiel qui permet de connaître l’inclinaison de l’appareil, un altimètre qui affiche la hauteur, ainsi qu’un indicateur de montée ou de descente. On peut aussi être informé de la tension de la batterie et de sa consommation par une alarme visuelle se déclenchant en fin de batterie. Si l’appareil est doté d’un GPS, il est possible d’en afficher les coordonnées – ce qui ne présente de l’intérêt que si on enregistre la vidéo. Cela permet de retrouver l’endroit où le contrôle a été perdu en cas de crash. Et il y a plus intéressant : on peut afficher une flèche indiquant la direction vers le point de décollage et la distance à laquelle il se trouve. Même la qualité de la liaison de la radiocommande peut être indiquée à l’écran, ce qui évite de se mettre en danger de coupure lorsque l’on s’éloigne un peu trop. Altitude et hauteur Ces deux mots sont souvent utilisés comme des synonymes, mais ils n’ont pourtant pas la même signification. L’altitude est la hauteur mesurée par rapport au niveau de la mer, alors que la hauteur est généralement exprimée par rapport au sol. Est-ce important ? Oui, car si, par exemple, vous vous trouvez dans une station de ski et que vous programmez un vol automatisé en lui indiquant une altitude de 50 mètres, le décollage risque d’être catastrophique. Le multirotor va en effet tenter de descendre ! Les termes aéronautiques parlent d’altitude AMSL (au-dessus du niveau moyen de la mer), ASL (au-dessus du niveau de la mer), de hauteur AGL (au-dessus du sol), ASFC (au-dessus de la surface) et AAL (au-dessus de la surface de l’aéroport). Il s’agit de subtilités complexes qui ne servent pas à grand-chose dans le cas du radiomodélisme… sauf lorsqu’il s’agit de décrypter une carte aéronautique.

Figure 3-36. Les deux multirotors sont à une altitude de 100 mètres. Celui de gauche est à une hauteur de 100 mètres, celui de droite est à une hauteur de 50 mètres.

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Extraits du livre

Les drones de loisir De Frédéric Botton Publié aux Editions Eyrolles

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