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Aucun engin volant n'est aussi fascinant qu'un quadricoptère. Pourtant, tout a commencé très modestement il n'y a pas si longtemps. Les premiers modèles réduits d'hélicoptères ont été développés par des experts en électronique ingénieux et optimisés en collaboration avec des passionnés d'aéromodélisme expérimentés.
Depuis l'apparition sur le marché des premiers coptères qui volaient bien, le secteur a connu un essor incroyable. Mais les particuliers passionnés d'aéromodélisme ne sont pas les seuls à avoir compris les avantages de la technologie des drones.
Entre-temps, de plus en plus d'entreprises, de sociétés et même d'administrations utilisent ces appareils volants pratiques à leurs fins. En effet, grâce à une stabilisation intelligente de la position de vol et à une navigation GPS précise, il suffit d'une courte formation pour pouvoir piloter en toute sécurité des drones, même grands et complexes.
En raison des possibilités d'utilisation extrêmement diversifiées, il existe désormais un coptère adapté à chaque application et à chaque budget. Il est d'ailleurs parfois surprenant de voir la technologie géniale qui est déjà proposée dans la catégorie d'entrée de gamme.
Un quadricoptère est un modèle volant semblable à un hélicoptère, capable de décoller et d'atterrir à la verticale. Contrairement à un hélicoptère, qui possède une mécanique techniquement complexe, quatre hélices disposées horizontalement suffisent à un quadricoptère. .
Chacune de ces hélices est entraînée par son propre moteur. Les composants mécaniques sont donc limités au minimum. L'électronique, avec ses capteurs de position et d'accélération, est nettement plus complexe. Mais ce n'est que grâce à ces capteurs intelligents qu'un quadricoptère est en mesure de planer de manière stable dans l'air.
Les plus gros drones-coptères avec une capacité de charge élevée sont parfois équipés de six ou huit hélices. Dans ce cas, ces appareils volants sont réciproquement appelés hexacoptères ou octocoptères. Mais les appellations drone, multicoptère quadricoptère ou simplement multicoptère sont également courantes.
Pour qu'un quadricoptère puisse voler, quatre hélices disposées horizontalement génèrent un flux d'air dirigé vers le bas. Si le flux d'air est suffisamment fort, le modèle s'élève dans les airs.
Cependant, une hélice ou un rotor en rotation génère également un couple sur le moteur ou sur l'aéronef complet. Si l'hélice a un sens de rotation vers la gauche, l'appareil veut tourner vers la droite. C'est aussi la raison pour laquelle les hélicoptères ont besoin d'un rotor de queue ou d'autres dispositifs de compensation du couple.
La rotation du rotor principal (flèches bleues) crée un couple sur le fuselage (flèches rouges). L'action du rotor de queue (flèche verte) permet de compenser ce couple.
Selon l'importance de la compensation, le rotor de queue permet également de contrôler la rotation ciblée de l'hélicoptère.
Compensation du couple de rotation d'un quadricoptère
Cet effet de couple se produit également avec un quadricoptère ou un multicoptère. C'est pourquoi on a recours à une astuce simple mais géniale :
Vues d'en haut, deux hélices tournent dans le sens des aiguilles d'une montre et les deux autres hélices tournent dans le sens inverse. Ainsi, les couples qui agissent sur le modèle s'annulent mutuellement et le quadricoptère n'a pas besoin d'une flèche avec rotor de queue pour se stabiliser. De plus, les hélices sont disposées en diagonale l'une par rapport à l'autre, avec le même sens de rotation.
Seul inconvénient : Deux modèles d'hélices différents sont nécessaires pour que l'air soit toujours dirigé vers le bas, quel que soit le sens de rotation. En particulier lors de travaux de maintenance ou lorsque les hélices ont été dévissées pour le transport, il faut faire très attention au sens de rotation des moteurs ou des hélices lors du montage.
En outre :
La position angulaire des différentes hélices les unes par rapport aux autres ne joue aucun rôle. En effet, en vol, les moteurs n'ont jamais le même régime, ce qui fait que les positions angulaires changent continuellement. Il est bien plus important que les hélices soient équilibrées avec précision et qu'elles tournent sans vibrations.
Lorsque les quatre hélices sont accélérées de manière égale, le drone décolle à un certain régime d'hélice. Si la vitesse de rotation est ensuite légèrement réduite, le quadricoptère plane à une altitude constante.
En continuant à modifier le régime en vol stationnaire, le quadricoptère monte ou baisse son altitude. Les capteurs de position et d'accélération intégrés détectent les moindres modifications de la position de vol et ajustent immédiatement la vitesse de rotation des moteurs respectifs. Ainsi, le multicoptère peut toujours maintenir sa position de vol horizontale et stable.
Hélices colorées
En raison de la structure symétrique, il n'est souvent pas facile de reconnaître correctement l'orientation momentanée du modèle en vol.
Surtout si le modèle est petit et éloigné.
C'est pourquoi les fabricants utilisent volontiers des hélices de différentes couleurs.
Sur l'illustration ci-contre, les hélices avant, y compris le dispositif de protection, sont colorées en bleu et les hélices arrière en blanc.
Le vol dans une direction donnée, l'altitude de vol souhaitée ainsi que la rotation du quadricoptère sont contrôlés à l'aide des deux manches de l'émetteur de la télécommande ou du contrôleur. Certains drones offrent en outre la possibilité de se connecter à un smartphone via WiFi. Dans ce cas, le smartphone peut également être utilisé pour contrôler le drone.
Pour voler vers l'avant à partir du vol stationnaire, par exemple, la vitesse de rotation des hélices avant (A et B) est légèrement réduite et la vitesse de rotation des hélices arrière (C et D) est légèrement augmentée. De ce fait, le drone s'incline d'abord légèrement vers l'avant. Le flux d'air des hélices est ainsi légèrement dirigé vers l'arrière et pousse le quadricoptère vers l'avant.
Pour un vol vers l'arrière, les changements de vitesse des hélices sont exactement opposés. Les vitesses de rotation des hélices avant (A et B) augmentent et les hélices arrière (C et D) ralentissent. Le drone recule alors.
La commande vers la droite et vers la gauche se fait selon le même schéma. Sauf que maintenant, pour les deux hélices de gauche (A et C) et de droite (B et D), une modification commune des vitesses de rotation est effectuée.
Pour que le quadricoptère puisse voler sur place dans les airs, il suffit de modifier de manière synchrone les vitesses de rotation des hélices ayant le même sens de rotation.
Si la vitesse de rotation des hélices tournant dans le sens des aiguilles d'une montre (A et D) est augmentée et que la vitesse de rotation des hélices tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (B et C) est diminuée dans la même proportion, la force de portance totale reste la même. Le quadricoptère restera à la même altitude.
Mais en raison des différences de vitesse entre les paires d'hélices tournant à droite et celles tournant à gauche, les couples générés qui agissent sur le quadricoptère ne sont plus équilibrés. Il commence donc à virer à gauche. Ce mouvement de rotation autour de l'axe vertical (ligne im1aginaire qui traverse le quadricoptère de haut en bas) est également appelé "lacet". Si les changements de vitesse des hélices se produisent dans l'autre sens, le drone tourne vers la droite.
S'initier au monde fascinant des quadricoptères est déjà possible sans nécessiter un grand investissement. Les quadricoptères pour débutants sont souvent utilisés comme cadeaux pour les enfants. Il est important que la télécommande soit adaptée aux petites mains des enfants et que les hélices soient équipées d'arceaux de protection. En outre, un adulte devrait surveiller le vol afin de pouvoir intervenir le cas échéant. Souvent, les modèles d'entrée de gamme possèdent déjà une caméra intégrée. Il est ainsi possible de faire ses premières expériences avec des photos et des vidéos aériennes.
Cependant, dans la plupart des cas, la résolution de la caméra n'est pas très élevée et les vidéos sont facilement floues en raison d'un style de vol instable. Mais malgré tout, filmer et photographier est un excellent complément au plaisir du pilotage. Et pour que les jeunes pilotes y prennent plaisir, de nombreux drones pour débutants peuvent effectuer des tonneaux (flips) spectaculaires.
Quadricoptères de loisirs
Aujourd'hui, les quadricoptères sont également utilisés pour prendre de superbes photos ou vidéos d'activités de loisirs. Les quadricoptères offrent une très bonne qualité d'image et sont faciles à piloter. En raison de leur poids plus élevé, ils ont une position de vol nettement plus stable que les modèles d'entrée de gamme moins chers. Les systèmes de stabilisation de la caméra (nacelles) garantissent des photos et des vidéos sans tremblement.
Grâce à la réception du signal des satellites de navigation, les appareils volants peuvent s'orienter dans l'espace et planer sur place de manière autonome, même en cas de vent. Il est même possible d'effectuer des manœuvres de vol autonomes et des fonctions de suivi spectaculaires.
Particulièrement astucieux : certains quadricoptères de loisirs peuvent en outre être pliés de manière compacte et ne prennent ainsi que très peu de place dans les bagages de vacances ou dans le sac à dos.
Drones industriels
Le nom est un peu trompeur car ces aéronefs haut de gamme sont également utilisés avec un succès extrême dans l'artisanat et l'agriculture, ainsi que par les autorités. Mais les photographes et les reporters travaillent aussi très volontiers avec ces systèmes. L'intérêt principal des drones agricoles ou des quadricoptères industriels est de pouvoir placer une caméra dans une position qui serait difficile, voire impossible, à atteindre depuis le sol. L'inspection précise de constructions ou de cheminées devient ainsi un jeu d'enfant. Il n'est plus nécessaire de monter des échafaudages ou de faire de l'escalade.
Mais les trépieds volants pour appareils photo ou caméras sont également parfaits pour le cinéma et la photo. La combinaison de différents modes de vol et de tournage permet de réaliser des prises de vue époustouflantes qui ne seraient autrement possibles qu'au prix d'un effort extraordinaire. Comme l'utilisateur se concentre en général entièrement sur les images de la caméra, le vol est pour ainsi dire secondaire. C'est pourquoi le pilotage est en grande partie assuré par l'électronique du drone. Pour le vol autonome, on trouve à bord, en plus d'un récepteur GPS, une boussole et de nombreux capteurs pour la détection de la situation et des obstacles. La conception en tant que multicoptère avec plus de 4 hélices assure en outre une sécurité de fonctionnement maximale en cas de panne d'un moteur d'entraînement.
Drones de course
Les drones de course sont des appareils purement ludiques qui exigent beaucoup de doigté et des nerfs solides. En effet, ces drones se déplacent à la vitesse maximale sur une piste de course équipée de portes et de pylônes.
Pour ce faire, les drones de course sont équipés de caméras qui transmettent leurs images en direct vers les lunettes FPV des pilotes. Les pilotes vivent alors la course quasiment du point de vue du cockpit. Mais même les spectateurs qui regardent plus ou moins l'action de l'extérieur sont toujours fascinés par la vitesse et l'agilité de ces bolides.
Pour les débutants, des modèles déjà montés sont disponibles, avec lesquels on peut déjà vivre de véritables sensations de course. Dans le milieu, il est courant de monter soi-même l'appareil de course avec des composants de haute qualité. Cela permet de trouver la meilleure configuration pour une course. Ces drones de course à monter soi-même sont en outre extrêmement stables, de sorte qu'ils sortent étonnamment indemnes des accidents de course et des crashs.
But d’utilisation et domaine d’application
Pour les personnes qui souhaitent simplement tester le vol avec un quadricoptère, les modèles pour débutants sont parfaits. Il convient toutefois de noter qu'en raison de leur sensibilité au vent, les petits drones légers ne sont que partiellement adaptés à une utilisation en extérieur.
Lorsqu'il s'agit d'un drone destiné à des activités de loisirs ou même à un usage professionnel, il n'est malheureusement pas aussi simple de choisir le bon modèle. Il faut réfléchir précisément à l'usage qui sera fait du drone et aux fonctions nécessaires. Alors que les randonneurs et les alpinistes préfèrent des modèles plutôt compacts, un couvreur ou un ramoneur veillera davantage à la simplicité d'utilisation et à la précision du vol stationnaire. Les photographes et les vidéastes, quant à eux, privilégient la qualité de l'image et la durée du vol.
Caméra intégrée
Les caméras des drones pour débutants ne répondent pas souvent aux souhaits relatifs à la qualité vidéo ou à l'orientation de l'objectif. Si l'on attache de l'importance à la qualité, il faut choisir un modèle avec stabilisation électronique de l'image. C'est encore mieux si la caméra elle-même est stabilisée mécaniquement par une nacelle. Ainsi, les éventuels mouvements de balancement du drone ne sont pas transmis au support de la caméra.
Outre la résolution de l'appareil photo, le stockage des photos et des vidéos joue également un rôle important. Si le stockage n'est pas effectué sur une carte SD embarquée, les erreurs de transmission peuvent se traduire par des perturbations de l'image.
Fonction GPS
La fonction s'appelle certes GPS, mais en plus des satellites de navigation du système de géolocalisation GPS, les signaux des satellites de navigation russes Glonass sont souvent reçus et évalués. Cela permet aux quadricoptères de maintenir très précisément leur position de vol stationnaire, même en cas de vent, et d'effectuer des manœuvres de vol autonomes si nécessaire.
Les drones sans GPS possèdent certes aussi un système de stabilisation, mais il ne concerne que l'orientation horizontale en vol.Ils ne peuvent pas détecter s'ils sont déplacés latéralement sous l'effet du vent, par exemple.
Important : Le GPS ne fonctionne qu'à l'extérieur. En cas d'utilisation en intérieur, les signaux des satellites sont occultés, ce qui rend les fonctions basées sur le GPS peu ou pas fiables.
Détection d’obstacles
Une bonne détection des obstacles joue un rôle de plus en plus important. Surtout lorsque des manœuvres de vol automatiques sont utilisées, comme la fonction de suivi ou la fonction de retour automatique.
Mais cette fonction est aussi souvent très utile dans le cadre d'une utilisation régulière en vol. En effet, à partir d'une certaine distance, il est très difficile d'estimer correctement la profondeur spatiale et donc la distance réelle par rapport à un obstacle.
Autonomie de batterie
Les temps de vol réalisables sont souvent le point sensible des modèles d'entrée de gamme. En effet, les modèles plutôt petits ne sont pas en mesure de porter des batteries lourdes et volumineuses. Ainsi, le plaisir de voler prend souvent fin au bout de 5 minutes et la batterie de vol doit être rechargée. C'est pourquoi il est recommandé de choisir un modèle dont les batteries peuvent également être rechargées en dehors du modèle. Il est ainsi possible de continuer à voler avec un accu de rechange pendant que l'accu utilisé précédemment fait le plein d'énergie sur le câble de recharge.
Les plus grands drones ont généralement des temps de vol plus longs et des batteries supplémentaires sont parfois incluses dans la livraison. Si ce n'est pas le cas, des batteries supplémentaires sont disponibles en tant qu'accessoires optionnels.
Prix d'achat
Un autre critère d'achat à ne pas sous-estimer est le prix. Mais c'est à vous de décider si vous pouvez renoncer à certaines caractéristiques au profit d'un prix plus avantageux.
Qu'est-ce qu'une nacelle ?
Une nacelle est un support de caméra stabilisé. Ainsi, les mouvements de balancement du drone lors de changements rapides de direction en vol ne sont pas transmis à la caméra. Le guidage stable de la caméra ainsi créé garantit alors des vidéos absolument sans tremblement.
Que signifie FPV ?
L'abréviation FPV signifie "First Person View", c'est-à-dire "vue depuis le cockpit". Pour ce faire, des caméras orientées vers l'avant sont intégrées dans les modèles et transmettent leurs signaux à des lunettes à écran ou FPV. L'utilisateur pilote alors son modèle en fonction des images de la caméra et a l'impression d'être lui-même assis dans le cockpit.
Que signifie la fonction Headless ?
Lorsque le quadricoptère est en vol stationnaire, les directions de mouvement changent du point de vue du pilote du modèle. Cela est particulièrement visible lorsque l'avant du drone est tourné vers le pilote après un demi-tour. Si, à ce moment-là, l'émetteur est dirigé vers la gauche, le modèle se déplace vers la droite du point de vue du pilote.
En mode "headless", la direction vers laquelle l'avant du modèle est orienté n'a pas d'importance. Si l'émetteur est piloté vers la gauche, le quadricoptère vole toujours vers la gauche du point de vue du pilote.