Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Une étude pédagogique de l’analyse par arbre de défaillances (Fault Tree Analysis ou FTA en Anglais) appliquée à un drone autonome simplifié est présentée ici. Après une description fonctionnelle de l’architecture du système, l’arbre de défaillances est construit pour identifier les événements élémentaires menant à la perte de l’appareil. Une analyse qualitative permet de déterminer les ensembles de coupures minimaux, révélant les vulnérabilités critiques de l’architecture. Des recommandations d’amélioration sont formulées, et une estimation de la probabilité de défaillance est réalisée par approximation linéaire. Ce cas d’étude a pour objectif d’initier les étudiants ingénieurs et les jeunes ingénieurs aux principes de la sûreté de fonctionnement dans les systèmes embarqués.
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David MAILLAND : Chercheur indépendant
INTRODUCTION
L’usage des drones autonomes a fortement progressé ces dernières années dans les domaines civil et militaire . De l’inspection d’infrastructures aux missions de secours, en passant par des déploiements massifs dans des conflits comme la guerre en Ukraine, ces systèmes sont désormais engagés dans des missions critiques où autonomie et fiabilité sont indispensables.
Dans ce contexte, l’anticipation des défaillances et la maîtrise des risques sont devenues des enjeux centraux . Les ingénieurs s’appuient de plus en plus sur des méthodologies structurées issues du domaine de la sûreté de fonctionnement pour identifier les scénarios redoutés et garantir la continuité de mission. Parmi elles, l’analyse par arbre de défaillances (Fault Tree Analysis, FTA) fournit un cadre logique permettant d’explorer les combinaisons d’événements menant à une perte du drone.
L’article présente une étude développée de cette méthode, appliquée à un système de drone autonome simplifié. L’objectif est d’initier les étudiants ingénieurs à des outils pratiques d’évaluation de la sécurité, en combinant modélisation statique et raisonnement logique. Le cas d’étude a été volontairement conçu pour être pédagogique, analytiquement maîtrisable et transposable à des scénarios aéronautiques complexes.
L’analyse par arbre de défaillances ou FTA est une méthode descendante permettant d’identifier les combinaisons de défaillances pouvant conduire à un événement critique prédéfini. Elle repose sur des portes logiques (ET/OU) et permet une évaluation qualitative et quantitative des risques.
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Présentation
Analyse qualitative : coupes minimales2. Analyse par arbre de défaillances
2.1 Définition de l’événement redouté
La méthode FTA est utilisée pour identifier et analyser les défaillances pouvant conduire à une issue catastrophique, en l’occurence la perte du drone. Dans le cadre de cette architecture simplifiée, présentée précédemment, l’événement redouté est défini comme :
« Perte du drone en mission autonome »
Cet événement regroupe tout scénario menant à la perte du drone (descente non contrôlée, collision, etc.).
HAUT DE PAGE2.2 Construction de l’arbre de défaillances
L’arbre (figure 2) est construit de manière hiérarchique. Les portes logiques utilisées sont :
-
portes OR : un seul événement de la partie inférieure suffit à provoquer la défaillance de niveau supérieur ;
-
portes AND : les événements inférieurs doivent se produire pour mener à la défaillance du niveau supérieur.
Remarque : à ce stade, chaque losange représente un événement non développé.
HAUT DE PAGE2.3 Identification des événements élémentaires
Les événements élémentaires identifiés dans l’arbre de défaillances (figure 3) correspondent à des défaillances simples et distinctes dans chaque sous-système :
-
sous-système de propulsion (porte OR) :
-
défaillance d’un ou plusieurs moteurs électriques ou variateurs (ESC),
-
perte d’alimentation électrique spécifique aux moteurs ;
-
-
sous-système de navigation et commande (porte OR) :
-
défaillance du module GNSS entraînant une perte de la localisation globale,
-
défaillance de l’IMU entraînant une perte de l’estimation d’attitude,
-
défaillance logicielle du contrôleur de vol,...
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Analyse par arbre de défaillances
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SAMUS (M.) - Drone-Centric Warfare. - ICDS (2025).
-
(2) - Federal Aviation Administration - UAS by the Numbers – Annual Report. - FAA (2023).
-
(3) - SAIED (M.), SHRAIM (H.), CLOVIS (F.) - A Review on Recent Development of Multirotor UAV Fault-Tolerant Control Systems. - IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine (2023).
-
(4) - YANG (H.), WANG (H.), GU (Y.) - A Survey on Fault Diagnosis and Fault-Tolerant Control Techniques for Unmanned Aerial Vehicles. - Journal of Intelligent & Robotic Systems, 102, 42 (2021).
-
(5) - KALAWSKY (R.S.) - The Science of Systems Engineering. - Addison-Wesley (1993).
-
(6) - CLARK (J.), SMITH (R.) - Component-level reliability improvements for unmanned systems. - Journal of...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Résilience des drones. Capacité à dépasser les aléas en sécurité.
-
Évaluation de la fiabilité en fin de vie d’une constellation de satellites avec AltaRica 3.0.
-
Expérimentation de la méthodologie MBSA avec le langage AltaRica.
-
Modélisation de la défaillance des antennes actives et modifications d’architecture.
ANNEXES
La conception, l’exploitation et la certification des drones sont encadrées par des réglementations spécifiques, notamment celles édictées par l’EASA (Agence de l’Union européenne pour la sécurité aérienne). Ces réglementations intègrent des normes et standards techniques qui définissent les exigences applicables en matière de sécurité, de fiabilité et de performances. Parmi les référentiels majeurs figurent la norme ARP4761 (analyse de sécurité) et DO-178C (logiciels critiques). Ces normes, bien qu’élaborées par des organismes spécialisés comme la RTCA ou l’EUROCAE, sont reconnues et intégrées dans la plupart des réglementations officielles.
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