En post-doc à l’INSA Strasbourg, dans l’équipe de recherche Automatique vision et robotique (AVR) d’ICube, Ana Dos Santos Paulino recourt aux mathématiques et automatique pour participer au développement d’un avion léger, sans pilote, et économe (projet Interreg Elcod). Agriculture, environnement, surveillances, les applications sont nombreuses.

C’est un drone de 5 mètres d’envergure et pesant moins de 25 kg, capable de voler d’une manière autonome pendant 6h. Embarquant une charge utile de quelques kilos, il peut parcourir 500 km avec une pile à combustible à hydrogène, ou quelques milliers de km avec un moteur thermique.  L’enjeu est aussi qu’il soit très économe en énergie, facilement reproductible et fabricable à bas coût. C’est pourquoi l’ensemble est détaillé et documenté sur sur le site du projet, Initialement prévu pour embarquer des capteurs de mesure de la pollution atmosphérique, il pourrait être utilisé pour de nombreuses applications comme  la surveillance des cultures, de l’environnement, des frontières, les sauvetages…

Tout cela enthousiasme la jeune femme, passionnée de mathématiques, d’automatique, de robotique et de mécanique. « Les avions me fascinent. C’est une grande conquête de l’humanité. C’est magnifique de s’affranchir des contraintes du sol. Et puis, ici, il s’agit d’un but noble : étudier la pollution atmosphérique et le changement climatique » dit-elle. A titre personnel, elle et son mari possèdent plusieurs avions miniatures, par passion.

Les mathématiques pour modéliser le vol autonome

L’enjeu de sa recherche est de modéliser le vol, de définir les lois de commande et de trouver des solutions pour que l’avion consomme le moins d’énergie possible, pour voler le plus longtemps possible. « Il faut pour cela connaître et comprendre la manière dont l’avion se déplace, comment il répond aux flux d’air et à une rafale de vent par exemple, étudier sa dynamique, déterminer les vitesses angulaires… » Un important travail mathématique en amont pour écrire les lois de commande, qu’elle confronte ensuite à la réalité avec des expérimentations en vol.

Le deuxième vol d’essai du drone Stork a eu lieu début juillet 2019, lors du workshop à Kehl, réunissant les partenaires du projet Interreg Elcod (Endurance LOW COst Drone), notamment la Hochschule d’Offenburg, porteuse du projet, le CNRS et des entreprises. « Ce sont des échanges très riches, très formateurs pour moi, nous pouvons partager nos expériences » raconte-t-elle.

Fascinée par les machines autonomes depuis l’enfance

Née à Brasilia, Ana Dos Santos Paulino est fascinée par les machines autonomes depuis qu’elle a 11 ans. Une passion transmise et partagée avec son père, féru de mécanique. Il lui apprend que son rêve professionnel s’appelle la mécatronique. Elle étudie ainsi la mécanique, les mathématiques, la physique et la robotique à l’Université de Brasilia, à Telecom Physique Strasbourg, avant de réaliser sa thèse de doctorat au laboratoire ICube, dans l’équipe AVR. Il s’agissait de proposer de nouveaux outils mathématiques pour la commande de systèmes complexes. Depuis janvier 2019, elle poursuit en post-doc dans la même équipe, sur ce projet conception d’un drone de grande endurance à bas coût, sous la direction de Renaud Kiefer.

Pour elle, les mathématiques sont bien-sûr un outil, mais pas seulement. « Toute ma vie, on m’a expliqué que les mathématiques étaient utiles, que tout ce qui nous entoure est mathématique. Mais j’aime aussi les maths pour elles-mêmes, pour leur beauté. Elles ont tellement de sens, ça m’éclate quand je constate qu’elles dépassent ce que l’on peut visualiser ».

Industrie ou recherche académique, Ana Paulino se projette dans les deux voies. Quant au projet Elcod, l’équipe a déposé un dossier en septembre 2019  qu’il se poursuive avec le soutien de l’Union européenne dans le programme H2020, en partenariat avec des laboratoires européens et islandais et des entreprises. 

D’un budget total de 991 918 €, ELCOD  est cofinancé par le programme INTERREG V Rhin Supérieur à hauteur de 495 959 € issus du Feder (Fonds européen pour le développement régional). Il est également soutenu par les partenaires régionaux franco-allemands – la Région Grand Est, le Bade-Wurtemberg et la Rhénanie-Palatinat -de l’initiative Offensive sciences qui finance les projets de recherche d’excellence transfrontaliers.

Porté par la Hochschule d’Offenburg, en partenariat avec le CNRS, l’INSA Strasbourg, le Pôle Véhicule du futur, et les entreprises MaHyTec, In’Air Solutions, Modelage concept et GeneSys Elektronik GmbH. Co-financé par la Région Grand Est, le Bade-Wurtemberg et la Rhénanie-Palatinat.

Participants de l’INSA Strasbourg : Renaud Kiefer, Marc Védrines, François Geiskopf, Thomas Pavot, Martin Lefebvre, Ana Paulino, Delphine Untereiner

Article rédigé par Stéphanie Robert

En savoir plus : www.elcod.eu

Lire aussi sur le blog mécatronique : compétition IMAV : l’équipe drone de l’INSA Strasbourg sur le podium ! et sur le blog recherche : « Point d’étape sur le projet Elcod »

La vidéo des phases de tests du drone Stork :

Crédit photo : Thomas Pavot