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[Crazy labs] Découvrez la plateforme de Météo France dédiée aux drones

[Crazy labs] Découvrez la plateforme de Météo France dédiée aux drones

© Fabrice Julien / Météo France

Depuis une dizaine d’années, une équipe du Centre National de Recherches Météorologiques utilise des drones pour mesurer les aérosols atmosphériques. Une plateforme pionnière, que nous vous proposons de découvrir à l'occasion de notre tour de France des labos atypiques. De modèles ultralégers à un drone bardé de capteurs pouvant voler dix heures à très basse altitude, les chercheurs et ingénieurs ne manquent pas d’ingéniosité pour collecter des données inédites, qui permettront d’améliorer les modèles météo, voire climatiques.

Ballons-sondes, avions, satellites, bateaux...Météo France sort l’artillerie lourde pour scruter l’atmosphère. Moins connus du grand public, les drones complètent désormais l’arsenal des météorologues. Pour les trouver, il faut pousser la porte du Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM), un laboratoire de recherche toulousain sous la tutelle du CNRS et de Météo-France, et plus particulièrement se tourner vers l’équipe de Microphysique des Nuages et Physico-Chimie de l’Atmosphère (MNPCA). Un groupe d’environ huit personnes s’attache à utiliser les drones pour scruter les particules de l’atmosphère. « C’est le recrutement de Greg Roberts, expert en drones et miniaturisation des capteurs, qui nous a donné l’opportunité de nous tourner vers les drones il y a une dizaine d’années », raconte Sébastien Barrau, ingénieur d’exploitation dans l’équipe. Il a fallu s’adapter : si aujourd’hui l’équipe totalise plus de 100 heures de vols, les membres se sont formés sur le tas au pilotage et à la conception de drones lors d’un premier projet avec l’Ecole Nationale de l’Aviation Civile (ENAC). Et s’apprête aujourd’hui à partir faire voler un drone à l’avant d’un cyclone à La Réunion.

Ce qui intéresse les prévisionnistes de Météo France, ce sont les aérosols de l’atmosphère. Sur ces petites particules, de nature variée, des gouttelettes se forment et conduisent à la naissance de nuages. La quantité d’aérosols dans l’atmosphère et leur granulométrie sont donc des données importantes pour les modèles de prévision météo, et climatiques. Mieux connaitre leur répartition dans l’atmosphère, c’est l’objectif de l’équipe MNPCA. « Les aérosols anthropiques sont assez bien mesurés, mais nous avons très peu de données au-dessus de la mer par exemple », détaille Sébastien Barrau. Les avions de recherche ne peuvent pas voler aussi bas, et les bateaux perturbent les flux atmosphériques et parcourent moins de distance. En 2013, leur premier objet d’étude est le brouillard avec le projet VOLTIGE. Le premier drone qu’ils développent est ultraléger – il pèse un kilo et embarque 200 grammes de charge utile – et est équipé de quelques capteurs adaptés et d’un système de navigation autonome open-source développé par l’ENAC, appelé Paparazzi. Les relevés du compteur de particules dans le brouillard sont cruciaux, et permettent aux chercheurs de mieux comprendre son cycle de vie. Des modèles de drones plus performants sont rapidement conçus par l’ENAC dans le but d’embarquer une instrumentation plus élaborée. Avec le projet STRAP, débuté en 2014, les chercheurs espèrent pouvoir faire voler des drones dans les panaches volcaniques pour améliorer les modèles de dispersion des cendres dans l’atmosphère. Et finalement, le projet phare MIRIAD, initié en 2015, aboutit à une collaboration industrielle autour d’un drone de haute volée.

Un vol de 1000 km en autonomie à dix mètres au-dessus des mers

Cinq kilos de charge utile, endurance de dix heures, 1000 kilomètres de distance franchissable et une vitesse de croisière de 70 à 130 km/h : le Boréal affiche de belles performances. « Ce drone, commercialisé depuis 2015, a été développé au départ comme une plateforme de test pour répondre aux besoins des scientifiques », détaille Fabien Pollina, responsable de production pour la société Boréal. Une aubaine pour les chercheurs qui traquent les particules de l’atmosphère. Pour améliorer les modèles climatiques, ils ont besoin de mieux comprendre les échanges entre la mer et l’atmosphère. A très basse altitude, des sels marins arrachés à la mer se retrouvent dans l’atmosphère et participent à la formation de nuages. Pour collecter les précieuses données, le drone embarque des capteurs spécialement développés par l’équipe MNPCA en collaboration avec le Laboratoire d’Aérologie de l’Université de Toulouse : deux capteurs d’aérosols, une sonde de turbulence pour la mesure du vent, des capteurs de pression, humidité, température et radiation, et une caméra infrarouge qui mesure la température de surface de la mer. Pour la société Boréal, créer un drone capable de voler en autonomie à dix mètres au-dessus de la mer est un challenge. « Pour le projet MIRIAD, nous avons dû intégrer un radar altimétrique pour voler à très basse altitude, en sécurité, raconte Michel Gavart, Directeur Général de l’entreprise. La difficulté est d’établir des lois de commande pour s’adapter à l’état de la mer. Nous avons également développé un système de retransmission d’images en temps réel, même à très grande distance, pour garantir la sécurité des tiers. » De plus, prouesse pour un engin de cette taille, le drone est capable de résister à des vents très forts, jusqu’à 90 km/h.

Le défi relevé par les collaborateurs, outre scientifique, est bien technologique. Les capteurs embarqués sont allégés, miniaturisés et adaptés - apport d’énergie, acquisition de données - pour pouvoir être intégrés dans des drones à très grandes capacités de vol. « La prochaine étape du projet MIRIAD est de faire voler le drone à l’avant d’un cyclone au large de l’ile de La Réunion, en janvier 2019 », rapporte Sébastien Barrau du MNPCA. A plus long terme, l’objectif est une mise en opération de ces drones pour Météo France. « On pourrait envisager un déploiement systématique de drones dans des conditions extrêmes, par exemple pour mieux prévoir l’intensité des orages cévenols ou encore pour assister les aéroports en cas de formation de brouillard. » Chez Météo-France, les drones n’ont pas fini de faire la pluie et le beau temps...


© Météo-France


© Météo-France
Des drones ultralégers embarquent des capteurs pour mieux comprendre le cycle de vie du brouillard dans le cadre du projet VOLTIGE (collaboration CNRM / ENAC / ENM).


© Météo-France
L’équipe du CNRM a développé une sonde de turbulence qui permet de mesurer la force et la direction du vent sur les trois axes. Des trous dans le nez de l’avion abritent des capteurs de pression.

 


© Météo-France
Le drone Boréal peut embarquer cinq kilos de charge utile : pour le projet MIRIAD, il est bardé de capteurs météorologiques miniaturisés et allégés (pression, température, humidité, sonde de turbulence, aérosols, radiations, caméra infrarouge). Le radar altimétrique lui permet de voler à dix mètres au-dessus de la mer.


© Boréal SAS
Le drone AJS3 conçu par la société Boréal est utilisé dans le cadre du projet MIRIAD pour ses performances : 10h ou 1000 km de vol en autonomie, une charge utile de 5 kilos, pour une envergure de 4 mètres et une masse inférieure à 25 kilos.

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