Les avions autonomes transformeront-ils les cieux ?

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Au-dessus d'un champ de trèfle dans la vallée de San Joaquin en Californie, un petit avion de pulvérisation agricole vole à une hauteur effrayante au-dessus du sol. Cependant, il existe peu de risques pour les humains, car l'avion est sans pilote.

« Nous pouvons en réalité descendre plus bas qu'un pilote humain », déclare Russ Marotzke, alors que l'appareil survole les cultures.

Voler plus bas signifie moins de dérive de pulvérisation et donc moins de produits chimiques nécessaires par rapport à la pulvérisation agricole traditionnelle, explique-t-il.

L'avion sans pilote appartient à Pyka, où Marotzke travaille en tant qu'ingénieur en tests de vol.

Basée dans un hangar converti de la Seconde Guerre mondiale dominant la baie de San Francisco, la start-up fabrique des avions autonomes sans cockpit, conçus soit pour pulvériser les cultures, soit pour livrer des marchandises.

Elle fait partie d'un petit groupe d'entreprises qui concourent pour introduire des avions fixes autonomes en service commercial.

Les taxis aériens urbains, appelés avions à décollage et atterrissage verticaux électriques (eVTOL), ont suscité beaucoup d'attention autour de l'aviation autonome.

Mais une course plus discrète est aussi en cours pour déployer des avions autonomes, d'abord pour des tâches comme la pulvérisation de cultures et le transport de marchandises – et finalement, espèrent de nombreux fabricants, pour transporter des passagers également.

« Une opération de passagers à grande échelle et ubiquitaire est le Graal », déclare Michael Norcia, co-fondateur et PDG de Pyka, qui imagine une flotte importante d'avions Pyka de capacité minibus transportant des passagers le long des côtes est et ouest des États-Unis.

« Il y a une chance raisonnable que nous atteignions ce point avant l'industrie eVTOL. »

Je me trouve à l'un des sites de test des pulvérisateurs agricoles de Pyka, à environ 80 km (50 miles) à l'est de l'usine de l'entreprise, accessible par une route en terre cahoteuse.

Aujourd'hui, Marotzke et un collègue testent une mise à jour logicielle sur un avion démonstrateur.

Une douzaine d'appareils Pyka sont déjà en exploitation au Brésil, où ils sont utilisés pour pulvériser des cultures telles que le coton et le soja, des tâches auparavant accomplies par des pilotes humains.

L'avion de pulvérisation agricole est entièrement électrique, sa batterie se trouvant dans le nez. Il peut voler pendant environ 35 minutes et transporte jusqu'à 300 litres de pulvérisation dans un réservoir au centre de l'appareil.

Les avions de Pyka sont parfois appelés des drones de grande taille, mais cela semble sous-estimer : ils ont tous une envergure de 11,5 mètres.

À l'intérieur d'un conteneur à côté du champ, les ingénieurs sélectionnent sur un ordinateur la zone qu'ils souhaitent pulvériser. Le logiciel planifie ensuite la trajectoire, en tenant compte d'obstacles tels que les lignes électriques à proximité déjà cartographiées.

Le décollage, le long d'une piste à côté du champ, est fluide. Quinze minutes plus tard, après avoir détecté qu'il manque de pulvérisant – de l'eau pour l'instant – l'avion atterrit lui-même pour un remplissage manuel et un changement de batterie démonstratif. Il reprend ensuite l'air pour reprendre la pulvérisation exactement là où il l'avait laissée.

Le vol autonome diffère du pilote automatique.

Le pilote automatique assiste, tout comme le régulateur de vitesse et les fonctions de maintien de voie dans une voiture.

Les systèmes autonomes visent à gérer l'ensemble du vol, y compris le décollage et l'atterrissage, avec peu ou pas d'intervention humaine, en utilisant des algorithmes pour traiter les données des capteurs et contrôler l'appareil.

Les avions autonomes se sont développés plus lentement que les voitures autonomes, malgré l'environnement généralement considéré comme plus structuré et prévisible.

Cela est en partie dû au fait que les grandes entreprises technologiques « ont misé » sur les voitures, investissant des sommes colossales dans la technologie, explique Mykel Kochenderfer, expert de l'autonomie aérienne sûre à l'Université Stanford.

Mais c'est aussi parce que les avions sont soumis à des normes de sécurité plus strictes que les voitures, créant une barre bien plus élevée pour le déploiement.

« Les conséquences des accidents aériens peuvent simplement être si graves », déclare Kochenderfer.

L'intérêt militaire a aidé à propulser la technologie. De nombreuses entreprises ont des contrats de défense pour démontrer et tester leurs systèmes, souvent avec moins d'obstacles réglementaires que du côté civil, et certaines fournissent même déjà des clients militaires externes.

Aux États-Unis, le plus grand avion fixe autonome approuvé pour un usage civil commercial à ce jour est le pulvérisateur agricole de Pyka, qui a obtenu l'autorisation l'an dernier.

Bien que les opérations soient limitées à un environnement agricole étroitement défini et nécessitent un opérateur au sol et un observateur visuel. Il a précédemment obtenu une approbation similaire au Brésil, où les règles sont plus perméantes.

Pyka vise à augmenter sa production de quelques douzaines d'avions par an actuellement à 1 000 d'ici 2030. Chacun se vend 550 000 $, les clients étant formés à leur utilisation.

Le Royaume-Uni n'a pas encore approuvé de telles opérations à long terme, bien que la société britannique Windracers cherche l'autorisation de lancer un service autonome de fret dans les Shetland et les Orcades. Ses avions, conçus pour transporter des marchandises vers des zones isolées, effectuent également des missions en Ukraine.

« Cela serait le premier service de fret aérien lourd par drone certainement au Royaume-Uni et probablement n'importe où ailleurs », déclare Stephen Wright, fondateur et président de Windracers.

Les partisans affirment que les avions autonomes pourraient résoudre le manque de pilotes, éloigner les gens des travaux dangereux comme la pulvérisation agricole, améliorer l'efficacité – par exemple en permettant aux avions de transporter plus de fret – et réduire les coûts si un seul opérateur peut superviser plusieurs avions.

Ils soutiennent également que l'automatisation pourrait rendre le vol plus sûr, en citant les baisses passées d'accidents avec l'introduction de systèmes automatisés.

Les groupes de pilotes restent prudents.

L'Association des pilotes des lignes aériennes américaines (ALPA) appelle à l'élimination des pilotes « un pari sérieux sur la sécurité et un pas trop loin ».

L'Association nationale américaine de l'aviation agricole, qui représente les pilotes de pulvérisation, déclare que de petits avions non équipés sont difficiles à voir pour ses aviateurs. Les avions pilotés, ajoute-t-elle, peuvent pulvériser une zone bien plus grande plus rapidement.

Pyka et Windracers construisent des avions depuis zéro, arguant que cela permet de concevoir l'autonomie dès le départ et d'adapter les avions à la tâche.

D'autres réaménagent des avions existants plus grands.

Soutenu par le bras d'investissement de Boeing, l'entreprise américaine Reliable Robotics teste actuellement son système sur le Cessna 208B Grand Caravan, un avion cargo à un pilote pouvant transporter environ 1 360 kg de fret sur des centaines de kilomètres.

Le réaménagement d'appareils certifiés permet à l'entreprise de se concentrer exclusivement sur la preuve de la sécurité du système autonome plutôt que de devoir également obtenir l'approbation d'un nouvel avion, explique Robert Rose, son co-fondateur et PDG.

Merlin Labs, également basée aux États-Unis, a progressivement travaillé sur des avions militaires plus grands et applique maintenant son système au Lockheed Martin C-130J militaire à deux pilotes, avec des avions cargo civils à plusieurs membres d'équipage ensuite.

« C'est un cerveau d'autonomie commun pouvant passer d'un avion à un autre », explique Matt George, fondateur et PDG de Merlin.

Les entreprises diffèrent également dans leur approche de l'IA.

Reliable l'évite complètement, arguant qu'elle compliquerait la certification.

Merlin, quant à lui, adopte une approche bien plus centrée sur l'IA.

La division est évidente dans les systèmes de détection et d'évitement.

L'un des plus grands défis du vol autonome est de reproduire la capacité d'un pilote à détecter et manœuvrer en toute sécurité autour d'autres avions et d'obstacles, et il n'y a pratiquement aucune marge d'erreur.

Comme aucune solution parfaite n'est encore trouvée, les entreprises ajoutent différents systèmes de capteurs ainsi que dupliquent ceux déjà standards pour fournir une sauvegarde supplémentaire.

Reliable a ajouté un radar aérien avant pour détecter d'autres avions à plus de huit kilomètres, avec un logiciel suivant des règles fixes pour décider comment l'avion doit réagir.

C'est « meilleur que les yeux d'un pilote », déclare Rose.

Merlin, quant à lui, utilise des caméras alimentées par l'IA pour détecter et classer les objets.

Pyka a utilisé la lidar dès le départ pour détecter les arbres, les véhicules, les grands oiseaux et le terrain. Mais sa portée est courte, donc l'entreprise prévoit d'ajouter des caméras alimentées par l'IA, son premier usage réel de l'IA à bord.

« Pour beaucoup de choses, il n'y a pas besoin d'utiliser l'IA… mais pour déterminer que six pixels à l'horizon sont un avion plutôt qu'une tache, c'est le territoire idéal », déclare Norcia.

Le dilemme de l'IA s'étend également à la communication avec le contrôle aérien.

Dans l'espace aérien partagé, les avions doivent pouvoir recevoir, interpréter et répondre aux instructions radio, généralement émises par le contrôle aérien.

La solution de Reliable est d'avoir un pilote à distance au sol, initialement entièrement formé, pour gérer les communications et prendre les décisions critiques en matière de sécurité.

Merlin prévoit d'utiliser de l'IA générative, formée sur des milliers d'heures d'échanges enregistrés, pour interpréter les instructions et répondre lui-même.

« Notre problème est plus difficile… mais nous voulons aller au-delà du pilote à distance », déclare George.

Merlin prévoit de réduire progressivement le nombre de pilotes, de deux à un et finalement à zéro.

Pyka, selon Norcia, est satisfait de laisser d'autres « tracer la voie » pour trouver la meilleure manière d'opérer dans l'espace aérien partagé.

Pendant ce temps, même si le vol autonome de passagers reste éloigné, beaucoup s'attendent à ce que la technologie pionnière pénètre progressivement l'aviation commerciale, potentiellement rendant le vol piloté plus sûr.

Cela, note l'ALPA, l'association des pilotes américains, serait une évolution bienvenue.