Conception, modélisation et asservissement d'une plateforme aérienne suspendue
Les falaises présentent une flore unique qui a peu été étudiée jusqu'à maintenant principalement à cause des difficultés inhérentes à l'échantillonnage dans cet environnement. Ces écosystèmes uniques abritent une flore millénaire peu perturbée par des facteurs extérieurs, résistante aux espèces invasives en plus d'être à l'abri des animaux. Récemment, des chercheurs ont commencé à utiliser des drones pour quadriller les falaises afin de localiser des espèces végétales d'intérêt. Les techniques courantes utilisées pour ensuite atteindre ces plantes sur les falaises (e.g., descente en rappel, hélicoptère) sont dangereuses et de nombreux sites demeurent ainsi inaccessibles. Cette thèse détaille la conception, la modélisation et le contrôle d'une plateforme aérienne suspendue, spécialement développée pour répondre aux défis liés à la conservation de la biodiversité dans les environnements hostiles que représentent les falaises. La technologie repose sur un système capable d'opérer avec précision dans des environnements complexes avec une couverture satellite généralement dégradée, des perturbations causées par le vent et les contacts avec les différents obstacles. De plus, les manoeuvres doivent être effectuées avec une grande précision pour préserver les plantes visées par les opérations d'échantillonnage. Ce document détaille l'élaboration d'un modèle dynamique, mais aide aussi à mieux comprendre l'influence de ses différents paramètres. Le modèle est applicable à diverses plateformes suspendues, permettant d'adapter le modèle à de nouveaux contextes d'opération. Ce modèle a été validé à travers des simulations avant d'être testé sur des prototypes en laboratoire puis finalement en environnement réel d'opération. Les nombreux essais menés avec les différents prototypes sont venus confirmer la robustesse du modèle, mais aussi sa flexibilité d'utilisation sur différentes plateformes aux paramètres différents, tels que la masse, l'inertie ou la longueur des câbles. L'architecture de contrôle développée pour la plateforme est adaptable à une multitude d'applications. La compréhension tirée de l'analyse du modèle dynamique et de l'ajustement du système de contrôle permet des adaptations selon les exigences spécifiques de chaque application qu'il s'agisse d'optimiser la consommation énergétique ou de mieux gérer les comportements dynamiques complexes. La généralisation du modèle et de l'architecture de contrôle implémentée sur diverses plateformes vient démontrer les avancées effectuées dans le domaine de la manipulation aérienne pour les plateformes suspendues en général. Les essais sur le terrain, menés à Hawaii et sur l'île de la Réunion, ont confirmé la capacité de la plateforme à stabiliser les différents modes d'oscillation du système et à se positionner avec une grande précision, même sous l'effet de perturbations extérieures telles que le vent. La plateforme d'échantillonnage a permis de récolter 55 échantillons de 28 espèces végétales, dont plusieurs en danger critique d'extinction ou présumées disparues. Le succès de cette phase de tests sur le terrain souligne aussi l'importance des avancées réalisées pour la préservation de la biodiversité.
Manipulation aérienne, Architecture de contrôle, Robotique aérienne, Drone, Modèle dynamique, Échantillonnage de plante, Conservation, Biodiversité
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