Voler en altitude, donne accès à de merveilleux paysages pour nos prises de vues mais induit certaines contraintes, souvent méconnues du grand public, qui n’a pas les bases aéronautiques pour être paré à voler dans cet environnement qui pousse nos machines dans leurs retranchements.
Nous allons donc essayer de faire la lumière sur le vol en altitude, ses conséquences sur la motorisation et l’alimentation, et les précautions à prendre afin d’effectuer un vol en sécurité dans ces conditions plutôt extrêmes pour un drone.
A cette question beaucoup répondront : 150 mètres. C’est l’altitude maximale réglementaire établie par la direction générale de l’aviation civile.
Cette altitude est dite AGL (Above Ground Level) Au dessus du niveau du sol.
Mais on peut se poser la question de l’altitude ASL (Above Sea Level) au dessus du niveau de la mer. Si on voulait, par exemple, décoller depuis le mont blanc.
Etant donné la multitude de configurations possibles d’un drone multirotor, aucune donnée précise n’est disponible. Contrairement à un avion de ligne, comme l’A380 pour lequel le « absolute ceiling » ou « max operating altitude » ont été déterminés par le fabricant.
Même pour un des multirotor les plus vendu au monde comme le DJI S800, aucune info disponible sur l’altitude maximale.
Chez Microdrones, quelques infos Max Take-off altitude : 4000m ASL et sur leurs page FAQ ils disent avoir volé avec succès à 5000m ASL et pouvoir aller plus haut en utilisant d’autres hélices.
La limite des batteries
Les accus lithium sont sensibles à la température, plus spécifiquement quand le mercure baisse, et nécessitent une température minimale de fonctionnement pour que la réaction des divers éléments chimiques se fasse de façon optimale.
Voici un graphique qui nous montre la décharge d’une cellule de 800mAh en fonction de la température ambiante :
Prenons par exemple un failsafe batterie (tension minimum de sécurité de fonctionnement) réglé sur la valeur classique de 3,6V par élément, l’alarme batterie et/ou le retour automatique interviennent à des moments bien différents selon la température :
- A une température de 25°C il faut consommer 800mA pour déclencher le failsafe
- A 0°C la même sécurité s’active après 500mA
- A -10°C ce sont seulement 300mA qui pourront être utilisés avant la mise en failsafe
On voit bien que le froid, a une réelle influence sur l’autonomie de nos machines.
A l’inverse une température jusqu’à 60°C n’a que très peu d’effet sur la durée du vol.
Heureusement nos batteries chauffent lorsqu’elles sont en utilisation et l’autonomie de nos machines n’est pas celle donnée par ce graphique mais néanmoins la température de l’accu, surtout en début de vol, va faire varier sensiblement la durée de celui-ci.
L‘impact de l’altitude sur la portance des hélices du drone
Sur une voilure fixe (avion, Ulm, planeur) le principe de vol s’applique grâce à leurs ailes qui, avec leur profil aérodynamique, créent une force verticale appelée portance (P).
Nos multirotors ne se maintiennent dans l’air uniquement grâce à leurs hélices qui créent de la portance. Chacune de ces dernières peut être comparée à une aile
Le paramètre qui va nous intéresser dans cette formule est la masse volumique de l’air (Rho) qui varie en fonction de l’altitude et donc fais varier la portance de nos hélices.
En altitude, la densité de l’air diminue donc la portance se voit également diminuée.
Les hélices devront tourner plus vite pour produire assez de poussée et maintenir l’appareil dans l’air.
La vidéo d’un vol en drone à 6500m
La vidéo montre un drone quadri-rotors qui vole à plus de 6000m au dessus du niveau de la mer au dessus d’une montagne du Mera Peak au Népal
Un drone DJI au dessus du Kilimanjaro
Découvrez le dernier drone de DJI le Mavic 2
Dans cette vidéo un drone DJI Phantom réalise un vol au dessus de la montagne la plus haute d’Afrique : le Kilimanjaro qui culmine à presque 5600m. Haute altitude, températures extrêmement basses, et des vents forts rendent les drones presque impossible à opérer et pourtant les drone de DJI nous montrent encore les exploits qu’ils réalisent.
Aujourd’hui des drones professionnels techniques comme le DJI Matrice 210 seraient plus adaptés à ce type de missions.
L’altitude diminue le temps de vol maximum du drone
Dans l’exemple qui suit j’ai déterminé un type de matériel standard pour un drone de 400mm et j’ai fait varier les conditions environnementales afin de déterminer une autonomie à trois altitudes différentes allant de 500m à 5000m.
Source : eCalc configuration : Châssis 400mm, Masse du modèle 1,2kg, Moteur t-motor2212 780kv, ESC 30 Ampères, Batterie LiPo 5000mAh, 65C, Hélice 10×4.7
On peut alors simplement constater que lorsqu’on vole à 5000m, à configuration équivalente, l’autonomie est presque diminuée de moitié par rapport à la plaine.
Ce sont bien évidemment des valeurs théoriques qui vont varier selon les conditions de vent, l’usure de vos batteries, l’humidité de l’air…
Voler à haute altitude avec un drone : les précautions à prendre
La réglementation sur l’altitude de vol des UAV
En France la limite de vol pour les drones civils professionnels est fixée à 150m AGL . Cette distance correspond à une altitude d’élévation par rapport au point de décollage de la machine.
Il est alors possible d’effectuer un décollage à partir de n’importe quelle altitude, en respectant simplement cette valeur d’élévation.
Les batteries devrons être stockées a des températures supérieures à quinze degrés voir préchauffées avant le décollage. La solution la plus simple étant de les mettre dans votre poche ou à l’intérieur d’une veste, si la taille le permet, pendant quelques minutes.
Les batteries de l’aéronef
Certains modèles avancés possèdent un système de circulation d’air permettant une préchauffe ou le refroidissement des accus, garantissant un maximum de sécurité.
Il existe également des sacs de transport chauffants.
Assurez-vous également de la charge complète de vos batteries.
Les réglages du drone
On s’assurera de régler les paramètres de surveillance et les alarmes batterie du drone en fonction des conditions de vol, notamment le paramètre « failsafe » qui permet d’effectuer un retour automatique au point de décollage de la machine. On choisira alors une autonomie suffisante pour permettre de couvrir la distance retour.
Mieux vaut poser avec encore un peu de « carburant » que laisser sa machine sur une pente enneigée !
Le vol
Effectuez des vols calmes pour ne pas trop tirer sur les batteries et soyez prêt à réagir a des baisses de tension soudaines.
Evitez de traverser des nuages ou de la brume pour éviter les problèmes de givre sur les hélices.
Les hélices du drone multirotors
Pour pallier la perte de portance en altitude, il convient d’adapter le pas et la taille de vos hélices. Il faudra augmenter ces valeurs dans les limites tolérées par l’ensemble de propulsion (ESC et moteur).
Il peut arriver également que du givre se forme sur les hélices en fonction des conditions d’humidité et de température. Ce phénomène peut être très perturbateur car il peut engendrer des vibrations qui vont provoquer des anomalies sur la centrale inertielle (gyroscopes et accéléromètres) qui conduisent généralement au crash.
