Aérostabiles : microtreillis volants

Contrairement aux robots terrestres, les véhicules aériens sans pilote ont l’avantage majeur de pouvoir circuler sans égard à la configuration du sol, tout en offrant une meilleure perception de l’environnement ; leur pilotage est rendu à la fois plus aisé et plus confortable par l’altitude. Cependant, ceux qui sont actuellement les plus populaires, notamment les quadricoptères, sont handicapés par une faible autonomie et un niveau élevé de bruit, des caractéristiques mal adaptées à l’interaction avec des usagers. 

L’autre grande catégorie de véhicules aériens est représentée par les aérostats et les dirigeables. Utilisé depuis plus d’un siècle, le dirigeable est considéré comme une technologie mature, mais qui ne s’est que très peu développée dans les dernières décennies. Elle a connu un regain d’intérêt depuis quelques années, grâce à de nouveaux champs d’application et à l’apparition de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies de contrôle. Par rapport aux quadricoptères et aux véhicules apparentés, le dirigeable présente plusieurs avantages majeurs, notamment un temps de vol nettement supérieur et un faible rapport poids/​charge utile, ce qui le rend particulièrement adapté pour de nombreuses applications et près du sol à faible vitesse. Il est également très sécuritaire d’utilisation, ce qui revêt une importance particulière pour les applications impliquant des interactions avec des êtres humains.

Face aux nombreuses contraintes technologiques, nous avons décidé d’explorer le concept d’engins volants aérostatiques à enveloppe rigide, auquel nous avons donné le nom d’aérostabiles. Comme pour tout aérostat, l’essentiel de la masse se concentre au niveau des surfaces de l’enceinte contenant le gaz, qui se doit de posséder une densité surfacique très faible. Cela ne présente aucun problème pour une membrane souple, mais la réalisation d’enveloppes à la fois étanches, rigides et suffisamment légères n’est envisageable que depuis quelques années, et ce grâce à l’apparition de matériaux de haute technologie. Les micro-treillis appartiennent à cette catégorie. Les micro-treillis métalliques ont de faibles densités grâce à un réseau de tiges métalliques creuses interconnectées qui offrent des rapports rigidité (résistance) / poids et une absorption d’énergie supérieurs à tous les autres types de matériaux ultralégers. Nos premières études laissent supposer que les microtreillis seraient très efficaces dans ce type d’application, moyennant certaines conditions, parmi lesquelles le principe d’une maille variable tient une place prépondérante, suivie de près par l’ajustement fin de la densité et de la topologie du treillis aux contraintes locales.