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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Analyse par arbre de défaillances1. Description fonctionnelle du système
Le drone autonome (figure 1) simplifié étudié dans cet article est organisé en quatre sous-systèmes principaux : propulsion, navigation et commande, communication et alimentation électrique. Chaque sous-système fonctionne de manière indépendante, mais tous présentent des interdépendances fortes qui sont critiques pour la sécurité et les performances globales du système.
1.1 Sous-système de propulsion
Le drone adopte une configuration quadrirotor composée de quatre moteurs électriques brushless indépendants, chacun piloté par un variateur de vitesse électronique (Electronic Speed Controller, ESC). Cette configuration offre une redondance limitée : l’algorithme de contrôle de vol peut potentiellement compenser la défaillance d’un seul moteur en ajustant dynamiquement les niveaux de poussée. Toutefois, la défaillance de deux moteurs ou plus entraîne généralement une perte de stabilité du vol et la perte du drone. Dans cet article nous ferons l’hypothèse que la perte d’un moteur entraîne la perte du drone.
HAUT DE PAGE1.2 Sous-système de navigation et commande
La navigation repose sur la fusion de données issues d’un récepteur GNSS (Global Navigation Satellite System) et d’une centrale inertielle (Inertial Measurement Unit, IMU). Bien que complémentaires, ces capteurs ne disposent d’aucune redondance explicite. La perte de l’un d’eux compromet significativement la précision de navigation. Ce sous-système comprend également un contrôleur de vol embarqué (microcontrôleur ou ordinateur embarqué) exécutant les algorithmes de commande en boucle fermée, sans dispositif de secours.
HAUT DE PAGE1.3 Sous-système de communication
Le drone utilise un unique lien de communication (par exemple au moyen d’une liaison radio en 2,4 GHz ou d’un réseau cellulaire) pour gérer la télémétrie descendante et les commandes montantes. Aucun canal de secours n’est prévu dans cette architecture simplifiée. En cas de défaillance du lien, le drone exécute...
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Description fonctionnelle du système
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
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Résilience des drones. Capacité à dépasser les aléas en sécurité.
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Évaluation de la fiabilité en fin de vie d’une constellation de satellites avec AltaRica 3.0.
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Expérimentation de la méthodologie MBSA avec le langage AltaRica.
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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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