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Même si le nom ne fait pas forcément vendeur en français, le nouveau drone de Northrop Grumman est loin d’être fade. Il s’appelle TERN, pour Tactically Exploited Reconnaissance Node (oui, il n’y a pas que la DGA qui peut trouver des acronymes) et a été développé pour le compte de la DARPA et de l’ONR (Office of Naval Research). Ce nouvel appareil – drone MALE pour Medium Altitude, Long Endurance – est destiné à être transporté sur des navires militaires, pour conduire des missions de reconnaissance et de soutien.4

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Première particularité, il peut décoller verticalement comme un hélicoptère, avant de basculer comme un « tilt rotor » et de passer en propulsion horizontale – l’atterrissage se fait également en mode vertical. Il possède un rayon d’action d’environ 1110 km – bon, c’est ce qui est prévu car l’oiseau est encore en phase de développement. Le drone possède une capacité de transmission de données par liaison satellitaire, et embarque une charge utile pouvant peser jusqu’à 450kg – les concepteurs imaginent bien entendu des capteurs variés, des systèmes de guerre électronique, mais aussi des charges militaires comme l’emport de missile pouvant procurer à l’engin des capacités d’appui de troupes au sol, ou à la mer.

L’idée d’un décollage vertical puis d’une transition en propulsion classique et d’un atterrissage vertical (VTOL pour vertical take-off and landing) à partir d’un navire n’est pas nouvelle – voir par exemple ci-dessous le célèbre Convair XFY-1, surnommé « pogo » qui s’est révélé trop complexe à piloter, mais qui jetait déjà les bases d’un concept tilt-rotor/VTOL. Mais le TERN présente aujourd’hui nombre de caractéristiques similaires au XFY-1, comme son aile delta et ses hélices contrarotatives. Néanmoins, à la différence d’un « tilt rotor » classique, c’est le mouvement de l’avion qui lui permet de passer à l’horizontale, et non l’inclinaison des propulseurs.

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Le programme est aujourd’hui dans sa troisième phase (voir la video ci-dessous) mais les concepteurs ne souhaitent pas révéler ses caractéristiques finales (envergure, vitesse, …). La Marine américaine le décrit simplement comme le « plus gros appareil capable de rentrer dans le hangar d’un destroyer ».

Même si les dimensions finales ne sont pas connues, j’ai trouvé cette photo qui représente le hangar de Scaled Composites (une filiale de Northrop Grumman) avec un prototype de TERN en cours d’assemblage qui donne une idée de taille – et au passage indique que le véhicule est construit en matériaux composites.

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Le TERN est capable de décoller de n’importe quel vaisseau muni d’une plate-forme de type Helipad, mais la DARPA a souhaité également pouvoir le faire embarquer sur d’autres navires, et pour cela a développé un concept original de bras opérateur robotisé, une innovation en soi. Le système s’appelle SideArm (ci-dessous), et est destiné à équiper des navires non munis de plates-formes hélicoptères.

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Le principe est simple : le bras robotisé est muni d’un rail pour déployer et propulser le drone. Il est également muni d’un filet pouvant récupérer un engin pesant jusqu’à 500 kg (le rail jouant en ce cas le rôle d’amortisseur)– ce qui nécessitera donc une adaptation pour l’utiliser avec le TERN. La vidéo ci-dessous présente le concept, également en cours de développement.

La robotique est donc bien en passe de révolutionner les opérations, puisque l’on voit apparaître des systèmes de robots, combinant leurs automatismes pour fournir une nouvelle capacité. Il est certain que les prochaines années verront le développement de concepts qui pouvaient autrefois paraître surréalistes, mais qui, aujourd’hui, convergent pour accompagner et soutenir les opérations conventionnelles. Une nouvelle ère s’ouvre.

 

 

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Nous avons déjà parlé dans ce blog d’essaims de drones (voir par exemple cet article sur le programme Gremlins de l’US Air Force, ou celui-ci traitant des drones CICADA). Cette fois ci, il s’agit de la démonstration de la viabilité du concept par une expérimentation en grandeur nature.

Rappelons déjà ce que c’est qu’un essaim de drones : il ne s’agit pas simplement de mettre de nombreux drones ensemble, mais surtout de les faire fonctionner de manière intelligente, adaptative et coordonnées. C’est une problématique étudiée depuis longtemps : dans les années 1990, de nombreux travaux – notamment ceux du Pr Rodney Brooks au MIT (Massachussetts Institute of Technology) – traitaient de la robotique en essaim.

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L’idée est de s’inspirer des capacités des animaux sociaux, et notamment des insectes. Elle consiste à considérer que chaque individu est relativement simple dans son comportement, mais capable de communiquer et de se coordonner avec ses congénères pour produire un comportement complexe et coopératif.  Les avantages de l’adaptation d’une telle approche sont nombreux : la simplicité des unités élémentaires (et donc leur coût), la redondance, la capacité à couvrir des zones importantes (par exemple pour réaliser de la surveillance, ou de la saturation de communications).

L’US Air Force vient d’annoncer qu’ils ont mené le plus grand test d’essaim à ce jour : 3 avions F18/SuperHornet ont ainsi largué 103 (!) drones Perdix pour une simulation de mission coopérative de surveillance. Et avec succès.

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Le drone Perdix est un drone simple, développé lors du programme PERDIX doté de 20 millions de dollars (donc un petit programme) – il est aujourd’hui dans sa sixième version. Chaque drone, d’une envergure de 30 cm, pèse 300g environ et est construit en kevlar et en fibres de carbone. A l’origine conçu par le MIT, le Perdix (sans « r ») est capable de voler à 112km/h, et est doté d’une micro-caméra et d’une batterie au lithium. Le drone est développé à partir de composants sur étagère (composants de smartphones, en particulier) et est fabriqué en utilisant des techniques de fabrication additive (impression 3D).

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Le Perdix ne possède pas d’intelligence « locale » : un système distribué réparti leur confère une intelligence collective, chaque drone se synchronisant ensuite avec ses voisins immédiats. Si la mission est donc claire, la manière de la remplir dépend de la configuration de l’essaim, et s’adapte en conséquence (ci-après, une image de l’une des configurations). C’est d’ailleurs la seconde expérimentation : lors de la première, 90 drones avaient montré avec succès leur capacité au vol collaboratif.

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Comme on le voit dans la vidéo ci-après, la démonstration a montré avec succès que l’essaim pouvait adopter différentes configurations de vol correspondant à une simulation de mission de surveillance.

Au-delà de l’exercice lui-même, le programme Perdix est innovant, car il s’appuie sur le DIUx (Defense Innovation Unit eXperimental), une structure créée il y a deux ans dans la Silicon Valley par le Secrétaire d’Etat à la défense actuel, Ashton Carter (lui-même ancien chercheur en physique théorique). La structure cherche d’ailleurs aujourd’hui un industriel capable de produire plus de 1000 drones Perdix.

SD visits in California

DIUx est un poste avancé de la défense américaine en Silicon Valley, chargé de s’assurer que des technologies critiques n’échappent pas à la Défense américaine. Il rassemble des spécialistes en technologies, des industriels et des investisseurs en capital risque. DIUx répond à la difficile question du financement de l’innovation de défense, en s’assurant que des start-ups innovantes peuvent accéder à des programmes gouvernementaux sans en subir les inconvénients (notamment la longueur des cycles). La démarche est intéressante et mérite d’être étudiée pour notre pays – reste à voir si, aux Etats-Unis, elle survivra à la prochaine présidence…

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Dans les films « techno thrillers », on trouve souvent une scène emblématique dans laquelle les gentils, assemblés devant un écran géant dans le poste de commandement, observent un micro-drone envoyé furtivement dans l’antre des terroristes (je vous recommande à ce sujet l’excellent film « Operation Eye in the Sky » avec Alan Rickman et Helen Mirren). Dans la réalité, les choses sont plus complexes, même si des drones insectes ou drones colibri (comme celui de la DARPA) sont en cours de développement, sans parler du célèbre Black Hornet, qui est toutefois assez volumineux pour être repéré. Jusqu’à maintenant, les plus petits drones comme le Robobee (ci-dessous) développée par l’Ecole d’Ingénierie de Harvard, nécessitait une connexion permanente filaire pour lui fournir l’énergie nécessaire. Un peu compliqué pour une opération antiterroriste, ou alors il faut une très grande rallonge ( !).

Voici donc Piccolissimo (du nom de son inventeur, Matt Piccoli, étudiant en thèse au sein du laboratoire ModLab de l’Université de Pennsylvanie. C’est aujourd’hui le plus petit robot volant auto-propulsé, contrôlable, ne nécessitant pas de connexion permanente filaire. Et il porte bien son nom : le robot pèse 4,5 g et mesure environ 3,5cm. Il est composé de deux parties : un corps généré par impression 3D et un propulseur (en gros une hélice). On peut le voir comme une hélice carénée par le corps du robot.

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Le principe de propulsion est lui-même innovant : les deux composants tournent en sens opposé, à des vitesses différentes : 800 rps (rotations par seconde) pour l’hélice, 40rps pour le corps. Avec une petite subtilité : le propulseur n’est pas situé au centre de gravité du robot. Le résultat est que le centre de la poussée subit également une rotation de 40rps. En modulant cette rotation, on peut faire tourner le robot comme on le souhaite.

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Pour ce faire, les concepteurs utilisent une liaison infrarouge, qui permet d’accélérer ou de décélérer l’hélice, de telle manière que le corps soit orienté dans la direction voulue.

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Bon, il s’agit évidemment d’un travail de recherche, et pour l’instant la liaison IR doit encore être très proche. Mais le concept est novateur, et ce robot sera bientôt doté d’un senseur embarqué : une caméra capable de générer une image panoramique grâce à la rotation du corps (avec la difficulté de garder le poids de la charge utile en-dessous du gramme).

Piccolissimo illustre bien le savoir-faire du ModLab de l’Université de Pennsylvanie : des robots « frugaux », stabilisés de manière passive sans actuateurs coûteux et utilisant la force de gravité pour se diriger. Les concepteurs imaginent ainsi des essaims de micro-robots capables de couvrir une zone, notamment pour la recherche de survivants après une catastrophe naturelle, ou l’inspection de zones contaminées. Et ce, pour un coût modique, puisque la majorité des composants sont imprimés en 3D.

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Dans le domaine de la lutte anti-drones, il y a autant de stratégies que d’acteurs, et cela va de l’utilisation d’oiseaux de proie dressés à leur interception (si,si), à l’envoi de drones chasseurs de drones, en passant par l’utilisation d’armes à énergie dirigée (voire l’utilisation de carabines). Avec un effet recherché constant : capturer ou faire chuter le drone, ce qui pose de nombreux problèmes notamment en cas de survol de zones habitées.

Dans cette course à l’armement, l’allemand Deutsche Telekom et son partenaire DeDrone ont adopté une stratégie qui peut faire penser à l’Iron Dome de défense antimissile israelien: constituer un dôme virtuel de protection, appelé Magenta Drone Protection Shield, implémentant une panoplie de contre-mesures anti-drones allant du plus anodin au plus critique.

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Dans un premier temps, l’objectif est de détecter et d’identifier un drone pénétrant dans l’espace aérien sensible. En soi, c’est déjà une tâche complexe. Elle nécessite une combinaison de capteurs ; en l’occurrence des caméras dans le visible et l’infrarouge, des scanners de fréquence (conçus par Rhode & Schwartz), des réseaux de microphones – y compris dans le spectre ultrasonique (construits par Squarehead), des radars (Robin).

De la même manière qu’un sonar (ou un logiciel antivirus), chaque drone se voit ainsi attribuer une « signature » caractéristique, constituée d’une combinaison de ces détections. Cette signature unique, baptisée « DroneDNA » par la société, est hébergée sur un serveur Cloud,  et permet non seulement la détection, mais surtout l’identification du drone et de ses caractéristiques par un système de reconnaissance et de classification automatique. Inutile de le préciser : le système discrimine évidemment entre un drone, un oiseau ou un hélicoptère…

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Une fois le drone identifié vient le temps des contre-mesures. Au-delà des actions classiques (aveuglement par laser, ou brouillage des fréquences qui sont des solutions éprouvées), DroneTracker implémente également une panoplie d’actions plus… ésotériques. Pour l’instant, en analysant la solution, il semble que ces contre-mesures soient déléguées à des systèmes tiers, mais deux d’entre elles ont retenu mon attention.

La première, c’est l’émission d’un signal de type EMP courte portée dirigé. Pour mémoire, l’EMP (ElectroMagnetic Pulse – IEM en français) est une émission d’ondes électromagnétiques brève (pulse) et de très forte intensité qui peut détruire de nombreux appareils électriques et électroniques et brouiller les communications. L’effet EMP (ou effet Compton) a été observé pour la première fois lors des essais nucléaires menés par les Etats-Unis dans l’espace en 1962, et baptisés Starfish Prime (photo ci-après). Lors de l’explosion d’une bombe de 1,44 mégatonnes à 400km d’altitude, 300 lampadaires d’Hawaï ont été éteints (ils se situaient à plus de 1400 km), les alarmes des maisons et des véhicules ont été déclenchées, les systèmes avioniques ont été endommagés, et les réseaux de communication neutralisés.

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Utiliser une impulsion EMP pour neutraliser un drone n’est donc pas véritablement anodin (il faut espérer qu’aucun hélicoptère ne se trouvera dans les parages). Mais les armes à énergie dirigée de type EMP existent bien, et dans un prochain article, nous ferons un focus sur celles-ci. Reste ensuite à examiner si leur emploi (soumis de toutes façons à autorisation) est bien adapté à une telle situation. Sans parler des risques occasionnés par la chute de l’objet.

Mais les concepteurs ont imaginé un autre mode d’action : le déni d’image en connectant un système domotique au DroneTracker. Faisons simple : pour ne pas prendre d’image ou de vidéo, il suffit (d’après les concepteurs) de fermer automatiquement… les fenêtres, les volets, les portes. Ce qu’on pourrait appeler une fausse bonne idée. Imaginons comment des pirates pourraient ainsi s’amuser à faire voler des drones près des installations ciblées aux seules fins de perturber le fonctionnement des portes et des fenêtres.

Un mode d’action qui peut d’ailleurs aller plus loin : des hackers ont ainsi réussi à pirater des ampoules connectées à l’aide d’un drone.  Bon, il s’agissait de chercheurs de l’institut Weizmann qui faisaient une expérience sur les vulnérabilités de l’Internet des objets. En l’occurrence, le drone a été envoyé près d’un immeuble dans lequel se trouvaient des ampoules connectées Philips Hue.

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En exploitant une vulnérabilité du logiciel de ces ampoules (car, on ne le répétera jamais assez, les objets connectés sont plus vulnérables, et moins régulièrement mis à jour d’un ordinateur classique), ils ont injecté un programme malicieux (malware) dans une première ampoule. Le malware a été ensuite transmis par la première ampoule aux ampoules adjacentes, créant ainsi un réseau qui a pu être contrôlé à distance par les hackers. En ce cas, la vulnérabilité était davantage dans les standards utilisés pour la connexion des objets que dans le firmware de l’objet lui-même. La vidéo ci-dessous est assez impressionnante, d’autant que le coût d’une telle attaque est de quelques centaines d’euros.

La course aux armements entre systèmes de drones et systèmes anti-drones est donc en train de s’enrichir d’un troisième acteur : l’internet des objets qui peut à la fois constituer un effecteur… et une cible.

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Dans ce blog, nous parlons régulièrement des objets connectés et de leurs vulnérabilités (voir cet article sur la voiture connectée, ou celui-ci sur des armes « hackées »), et de fabrication additive (voir cet article sur la fabrication d’une arme par impression 3D). Voici que ces deux domaines se rejoignent : une équipe de chercheurs de l’Université Ben Gourion du Negev, de l’université SUTD de Singapour et de l’University of South Alabama vient de montrer que le piratage des outils de fabrication additive pouvait avoir des conséquences très concrètes, dans le monde réel.

Leur travail est intitulé « dr0wned – Cyber-Physical Attack with Additive Manufacturing » et consiste à effectuer une attaque Cyber Physique sur un matériel de fabrication additive. On rappelle que l’on désigne par le terme « Cyber Physique » un système où des éléments informatiques collaborent pour le contrôle/commande d’entités physiques.

Le principe est de voir comment, en s’intégrant à un processus de conception et de fabrication additive, un pirate peut introduire un défaut critique au cœur du processus. En l’occurrence, il s’agit de s’attaquer à l’ordinateur de contrôle de l’imprimante 3D. L’idée est de s’intégrer au processus (« workflow ») présenté ci-dessous.

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Ce workflow montre, avec un certain niveau d’abstraction, les étapes et multiples acteurs qui collaborent au sein d’un processus de fabrication additive. Il s’agit dans un premier temps de s’insérer dans les fichiers de conception d’un composant critique (ici l’hélice servant à la propulsion d’un drone), en utilisant des techniques classiques de « phishing » (envoi d’un mail anodin avec une pièce jointe infectée). Cette pièce jointe permet de créer une voie d’accès vers les fichiers de CAO contenus dans l’ordinateur infecté (un peu d’ingénierie sociale permet de cibler le bon utilisateur au préalable).

En utilisant des logiciels classiques de CAO, le pirate peut alors introduire des défauts en prenant soin que ces derniers soient invisibles à l’œil nu – en l’occurrence, les chercheurs ont introduit des zones creuses, donc fragiles, au sein de la structure de l’hélice qui doit être « imprimée » (près de l’axe). Le fichier est alors remplacé dans l’ordinateur de la victime, qui servira de configuration pour l’impression 3D. Et le défaut est bel et bien invisible: dans l’image ci-dessous, l’hélice en haut est normale, alors que l’hélice du bas est sabotée.

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Le résultat ? L’hélice est imprimée avec son défaut caché, qui, après quelques minutes de vol, provoque la chute et la destruction du drone.

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Rien de révolutionnaire ici, si ce n’est la nature même de l’attaque. La fabrication additive (comme d’ailleurs l’Internet des Objets ou la robotique) permet de « donner des bras et des jambes » à Internet. Autrement dit, toute modification dans le cyber-monde a des effets très réels et très concrets sur le vrai monde. A ce sujet, je ne saurais trop vous conseiller de visualiser cet excellent film, ci-après, qui présente les dangers et vulnérabilités du monde merveilleux des objets connectés.

Comme le virus Stuxnet responsable de la destruction des centrifugeuses supposées servir au programme nucléaire militaire iranien l’a montré, un simple programme informatique peut donc provoquer une destruction physique. Il est donc nécessaire de s’intéresser à ce problème (en prenant en considération la généralisation des systèmes industriels de type SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition, frameworks industriels d’instrumentation), et en particulier en anticipant les problèmes liés à la fabrication additive. Car aujourd’hui, on peut tout imaginer : après tout, on imprime d’ores et déjà des missiles à 80% en utilisant des techniques de fabrication additive (voir cet article). L’intérêt de ce travail est de montrer la maîtrise complète du processus, d’une attaque de phishing au sabotage des fichiers, provoquant la modification et la destruction physique du système rendu vulnérable.

L’article original est disponible ici.

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Au moins, je suis certain que le titre est accrocheur. Mais le sujet est bien sérieux : le géant britannique de la Défense BAE systems vient d’annoncer un partenariat avec une petite société, Cronin Group PLC, basée à Glasgow, afin de développer une technique de génération de véhicules autonomes mariant impression 3D et ingénierie chimique. Un « chaudron à faire pousser des drones », en quelque sorte…

L’objectif sous-jacent est de trouver une technique pour assembler des objets techniques complexes, de manière automatique, avec une intervention humaine minimale. Le drone s’y prête bien : il s’agit d’un objet technique extrêmement complexe, car nécessitant un assemblage de pièces structurelles évoluées (matériaux composites, etc…) et d’une électronique embarquée intimement liée à la structure de l’aéronef.

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D’où l’idée du « Chemputer ». Son créateur, le Pr Lee Cronin, dirige une équipe de 45 chercheurs à l’université de Glasgow, dans le domaine de l’élaboration de molécules complexes. L’idée du Chemputer avait déjà fait parler d’elle, puisqu’il s’agissait de permettre à un utilisateur de fabriquer lui-même ses propres médicaments. Mais c’est en s’alliant à l’équipe du Pr Nick Colosimo (BAE Systems Global Engineering) que le concept du « creuset à drones » a émergé. Dans une vidéo largement inspiré des meilleures séquences de Terminator, un drone émerge ainsi d’une cuve, généré par un processus chimique de construction moléculaire.

Pour faire simple : au lieu de faire de l’impression 3D (fabrication additive), il s’agit d’utiliser des molécules de base, et de les faire croître de manière contrôlée à l’aide d’additifs, afin de concevoir des structures complexes. Une fabrication par synthèse chimique donc.

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Bien qu’il ne s’agisse pas d’une technologie mature, le concept a été développé dans le cadre d’une démarche d’innovation ouverte (« open innovation ») visant à mettre en lumière des coopérations technologiques et scientifiques entre BAE Systems, des universités et des start-ups. Evidemment, aujourd’hui, il s’agit plus d’un concept d’ingénierie à un stade de maturité technologique (TRL) bas. L’objectif est ambitieux et non atteignable dans l’immédiat, mais BAE a annoncé vouloir investir en R&D afin de développer industriellement cette approche. Ce n’est évidemment pas pour demain mais cela devrait donner naissance à des études et expérimentations qui feront nécessairement progresser le domaine.

Le concept futuriste est présenté en ce moment au salon aéronautique de Farnborough.

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Si le salon Eurosatory fut, du point de vue professionnel, un succès incontestable, ce fut également une grande source de frustration, n’ayant pu passer du temps pour explorer le salon à la recherche d’innovation technologique de défense. Un comble.

La seule innovation que j’ai pu voir était présentée sur le stand du CV90 et paraissait quelque peu fragile aux côtés de l’énorme véhicule blindé. Il s’agit pourtant d’une réelle innovation, dont le directeur de la STAT (Section Technique de l’Armée de Terre), le général Charles Beaudouin, m’avait parlé il y a quelques semaines.

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La société norvégienne ProxDynamics a en effet poussé jusqu’au bout le principe du nano-drone de reconnaissance, en allant au-delà du concept théorique. Le Black Hornet PD 100 est un drone de reconnaissance, à voilure tournante. Mais ce sont ses caractéristiques qui sont impressionnantes : un rotor de 120mm de diamètre, un poids plume de 18g, une durée de vol de 25mn avec une vitesse maximale de 5 m/s et à 10m d’altitude, et un système de stabilisation automatique en vol. Mais c’est surtout un véritable système opérationnel : liaison de données numérique avec une portée de 1.5km, système de préparation de mission, et navigation GPS automatique (routes préprogrammées), ou guidage visuel par l’opérateur.

Le Black Hornet est équipé de caméras orientables (pan/tilt) permettant de filmer simultanément l’avant du drone, le sol, ainsi qu’une caméra orientable à 45 degrés. Il peut être également équipé sur demande d’un capteur thermique, d’une caméra infrarouge, ou d’un capteur chimique. Le système complet comprend 2 drones, une manette de pilotage appelée « pad » et un écran de contrôle (tablette durcie) de 800×480 pixels, le tout dans un facteur de forme utilisable par un fantassin et ne pesant « que » 1,3 kg.

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Et le Black Hornet est parfaitement silencieux grâce à sa motorisation électrique : une caractéristique essentielle pour ses emplois opérationnels : reconnaissance, contrôle de foule, inspection, surveillance de périmètre ou exploration d’environnements confinés.

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Il ne s’agit pas d’un jouet puisque l’on parle d’un prix d’acquisition de l’ordre de 40 000 dollars pièce (contre 195 000$ pour les exemplaires initiaux). Mais le système semble d’une redoutable efficacité, et le commandement des opérations spéciales (COS) aurait annoncé son intention d’en acquérir plusieurs dizaines. Car le Black Hornet est « combat proven » : il a été déployé avec succès par l’armée britannique en Afghanistan. Cette dernière a indiqué que le nano-drone avait déjà permis de débusquer « des tireurs isolés et des explosifs improvisés sur le terrain ». En revanche, le mode de pilotage par GPS semble difficilement utilisable en intérieur, et l’on peut se poser la question de l’efficacité du pilotage à vue par l’opérateur, par liaison de données, au sein d’un bâtiment.

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Un bel engin néanmoins, qui allie pertinence opérationnelle, et respect des contraintes liées à l’allègement du combattant. A suivre, donc – surtout si la STAT s’en mêle. Les lecteurs de ce blog seront sans doute preneurs d’un retour d’expérience. A bon entendeur…