Un drone en vol stationnaire a l’air de ne rien faire. En réalité, son logiciel estime l’état, compare la consigne et ajuste les moteurs des centaines de fois par seconde. La stabilité visible est une boucle de contrôle qui corrige avant que le pilote voie le mouvement.

La centrale inertielle combine gyroscopes et accéléromètres. Les gyroscopes mesurent la vitesse de rotation; leur intégration donne une orientation, mais un petit biais dérive avec le temps. Les accéléromètres mesurent la force spécifique, incluant la gravité; ils donnent une référence d’inclinaison à long terme, mais vibrent avec les moteurs et confondent mouvement et gravité pendant une accélération.

Le GPS fournit position et vitesse absolues plus lentement. Le baromètre estime l’altitude à partir de la pression. Le compas donne un cap, sensible au métal et aux courants. Une caméra vers le sol ou un capteur de distance améliore le maintien près du sol.

IMU + GPS + compas + baromètre + vision
                  ↓
          filtre d'estimation
                  ↓ état: position, vitesse, attitude + incertitude
consigne → contrôleur → mélange moteurs → poussée → mouvement
    ↑                                            ↓
    └────────────── nouvelle mesure ─────────────┘

Un filtre de Kalman étendu est une façon de fusionner ces sources. Il prédit le nouvel état à partir de l’IMU, augmente son incertitude, puis corrige lorsqu’une mesure GPS ou barométrique arrive. Une mesure incohérente avec son incertitude peut être rejetée. Le filtre ne choisit pas « le meilleur capteur » une fois pour toutes; il combine les erreurs différentes et maintient une estimation de confiance.

Les boucles de contrôle sont souvent imbriquées. Une boucle rapide stabilise la vitesse angulaire, une autre commande l’attitude, puis des boucles plus lentes gèrent vitesse et position. Un contrôleur PID simplifié calcule :

erreur = consigne - mesure
commande = Kp × erreur + Ki × somme(erreur) + Kd × variation(erreur)

Un gain proportionnel trop faible donne une réponse molle; trop fort produit des oscillations. L’intégrale corrige un biais, mais peut s’accumuler lorsque le moteur est déjà au maximum. La dérivée amortit, tout en amplifiant le bruit si elle n’est pas filtrée. Le réglage dépend du poids, des hélices et de la fréquence de boucle.

Dégrader avant de perdre le contrôle

Le système surveille l’innovation des capteurs, la qualité GPS, la vibration, la batterie, la liaison radio et la réserve de poussée. Une panne demande une politique connue :

1. compas douteux : limiter les modes qui dépendent du cap;
2. GPS perdu : passer au maintien d’attitude/vision si possible;
3. liaison perdue : rester, revenir ou atterrir selon mission et espace;
4. batterie faible : réserver l’énergie du retour et atterrir avant le seuil critique;
5. estimation divergente : abandonner la mission automatique et reprendre manuellement;
6. obstacle ou zone interdite : arrêter le trajet plutôt que forcer le waypoint.

Le retour automatique n’est sûr que si son altitude franchit les obstacles, son point d’origine est bon et la batterie permet le chemin. Sous un pont ou dans un bâtiment, monter automatiquement peut être la pire action. La mission configure le failsafe selon l’environnement au lieu d’accepter le défaut du fabricant.

Avant un usage sérieux, je définis le produit attendu — photo, mesure, inspection ou carte — puis je rejoue la mission en simulation et au sol. Je teste une perte GPS, une liaison coupée et un retour avec vent contraire. Les journaux conservent mesures, état estimé, modes et commandes pour expliquer une déviation sans exposer inutilement les images captées.

La pratique utile est de surveiller la confiance de l’état, pas seulement la position affichée. Un drone peut rester parfaitement à niveau pendant que le GPS dérive vers un obstacle. Le pilote garde une sortie, des seuils et le pouvoir d’interrompre; l’automatisation stabilise le véhicule, elle n’approuve pas la mission.