Un drone résistant à la chaleur pour lutter contre les incendies
Des chercheurs de l'Empa et de l'"Imperial College London" développent un drone résistant à la chaleur qui, en cas d'incendie de bâtiment ou de forêt, peut analyser le foyer de danger de très près. Les pompiers peuvent ainsi optimiser la stratégie d'une intervention à haut risque avant de pénétrer dans la zone dangereuse.
Là où d'autres courent, eux doivent entrer : les pompiers se mettent dans des situations dangereuses lors d'interventions de sauvetage - parfois au milieu d'une mer de flammes. L'année dernière, les sapeurs-pompiers suisses sont intervenus à plus de 12 000 reprises pour lutter contre les incendies. Étant donné qu'un bâtiment en feu peut atteindre des températures mortelles de près de 1000 degrés Celsius, il convient d'éviter tout risque inutile. Des robots volants pourraient soutenir de telles interventions : Des chercheurs de l'Empa et de l'"Imperial College London" développent actuellement un drone résistant à la chaleur qui peut fournir les premières données du foyer de danger. Sur la base de ces informations, les hommes et les femmes de l'équipe d'intervention peuvent optimiser leur stratégie avant de s'aventurer dans l'enfer. "Avant de se rendre directement dans la zone de danger, les pompiers ne savent évidemment pas ce qui les attend exactement et quelles difficultés ils vont rencontrer", explique Mirko Kovac, directeur du laboratoire "Sustainability Robotics" de l'Empa ainsi que de l'"Aerial Robotics Lab" de l'"Imperial College London". Les drones équipés de caméras et de capteurs de CO2 (dioxyde de carbone) pourraient par exemple fournir des informations importantes sur la répartition des foyers d'incendie, les dangers inattendus ou les personnes piégées.
Trop chaud pour les drones normaux
Les drones sont déjà utilisés pour lutter contre les incendies, pour prendre des photos aériennes, pour hisser des lances à incendie sur des immeubles ou pour larguer des agents d'extinction dans des zones isolées, par exemple pour endiguer la propagation des incendies de forêt - mais uniquement à une distance sûre du foyer d'incendie. "Pour voler plus près, la chaleur extrême dégagée par un incendie est trop importante pour les drones traditionnels", explique David Häusermann du laboratoire "Sustainability Robotics" de l'Empa. Près du feu, le cadre fond et l'électronique cède. "Il n'est pas possible de faire plus que des prises de vue aériennes du lieu de l'incendie à une distance sûre avec les drones usuels", poursuit David Häusermann. L'objectif du chercheur en robotique était donc de développer un drone capable de résister à la chaleur et de fournir ainsi des données rapides et précises depuis le centre du foyer de danger.
Ultraléger et dur à cuire
Häusermann a déterminé avec les pompiers les exigences d'un drone en cas d'incendie et s'est mis à la recherche d'un matériau qui pourrait entourer le cœur du drone - les moteurs, les batteries, les capteurs et l'électronique - pour le protéger. Il a trouvé ce qu'il cherchait auprès de ses collègues du laboratoire "Building Energy Materials and Components" de l'Empa : les chercheurs de Shanyu Zhao et Wim Malfait ont pu synthétiser un matériau isolant qui résiste à des températures élevées et rend ainsi le drone plus résistant au feu. Pour concevoir le "FireDrone", les chercheurs se sont inspirés de la nature, plus précisément d'animaux comme le pingouin, le renard polaire et le scarabée cracheur, qui vivent à des températures extrêmes. Tous ces animaux possèdent des couches de graisse, une fourrure ou produisent des couches protectrices de matériau thermorégulateur qui leur permettent de survivre dans des conditions extrêmes.
Convient aux combinaisons spatiales
Il s'agit d'un aérogel, un matériau ultraléger composé presque entièrement de pores remplis d'air et entourés d'un soupçon de substance polymère. Dans ce cas, les chercheurs en matériaux ont choisi un aérogel à base d'une matière plastique polyimide. Les aérogels de polyimide sont également étudiés par la NASA, par exemple pour l'isolation des combinaisons spatiales. Shanyu Zhao n'a toutefois pas misé sur le polyimide seul pour la synthèse de l'aérogel : le matériau composite se compose de polyimide et de silice et est en outre renforcé par des fibres de verre. "Des analyses en laboratoire ont montré que ce matériau relativement résistant au feu se prête particulièrement bien à l'utilisation dans les drones", explique le chercheur en aérogel Zhao.
Lors des premiers tests effectués dans l'arène de vol de l'Empa à Dübendorf, le prototype du "FireDrone" a déjà obtenu de bons résultats. Les caractéristiques de vol et la maniabilité de ce drone d'environ 50 centimètres étaient excellentes, même avec un manteau isolant en aérogel et un système de refroidissement supplémentaire intégré, ainsi qu'un revêtement en aluminium pour réfléchir la chaleur. Le design, que les chercheurs viennent de publier dans la revue spécialisée "Advanced Intelligent Systems", a su convaincre lors de cet "exercice à sec".
Mais pour savoir si l'engin volant allait passer l'épreuve du feu, il fallait faire des essais dans des conditions aussi réelles que possible, typiques d'une intervention en cas d'incendie. L'équipe de l'Empa a pu utiliser un tel "scénario réel" sur le terrain d'entraînement du centre de formation d'Andelfingen. Pendant que Stefan Keller, coordinateur de la formation des sapeurs-pompiers de l'assurance immobilière du canton de Zurich, et l'équipe logistique du centre de formation allumaient un feu de gaz dans une coque métallique surdimensionnée, les pilotes de drones pilotaient leur appareil au cœur de l'enfer.
Résultat : le prototype "FireDrone" a résisté à plusieurs vols d'essai. Le chercheur en drones Häusermann dresse un bilan satisfaisant : "Même après plusieurs vols, l'électronique, la caméra thermique et les capteurs de CO2-du "FireDrone" sont intacts et prêts pour d'autres tests". La prochaine étape consisterait à tester le "FireDrone" dans un feu qui, contrairement à la flamme de gaz relativement propre, présente un fort développement de suie.
L'expert des pompiers Stefan Keller se montre impressionné par les résultats : "Si un drone effectue la première reconnaissance de la situation, nous ne devons pas envoyer immédiatement les pompiers dans la zone de danger. Pour nous, cette avancée est extrêmement intéressante".
Le "FireDrone" pourrait en outre être utilisé dans des environnements extrêmement froids, comme dans les régions polaires et sur les glaciers. L'équipe a également testé le drone dans un tunnel glaciaire en Suisse afin d'étudier comment le système se comporte à des températures très froides. Afin de poursuivre le développement du prototype, des discussions sont déjà en cours avec d'éventuels partenaires industriels. "L'utilisation des drones est souvent limitée par des facteurs environnementaux tels que des températures extrêmes", explique Mirko Kovac. "Avec le "FireDrone", nous montrons un moyen d'élargir considérablement le champ d'application futur des drones dans des environnements extrêmes".
Pour plus d'informations sur le "FireDrone", veuillez consulter ce site. Vidéo.
