Construisez votre drone avec Raspberry Pi (guide complet)

J’ai toujours été fasciné par les drones, et encore plus depuis qu’on peut en fabriquer un soi-même à petit prix. Alors évidemment, j’ai tout de suite eu envie d’y intégrer un Raspberry Pi. Est-ce faisable, et surtout, est-ce une bonne idée ? Je t’explique tout ça ici.

Il est possible de créer un drone en utilisant un Raspberry Pi. Le Raspberry Pi agit comme le centre névralgique et intègre les données du contrôleur de vol aux capteurs. Ajouter un Raspberry Pi à un drone permet de le personnaliser pour différentes missions.

Les guides des drones Pi existants abordent souvent des étapes détaillées sans expliquer le pourquoi. Au lieu de cela, je veux partager des idées génériques, afin que, que vous achetiez un kit ou le bricoliez entièrement à partir de zéro, vous puissiez utiliser ces connaissances.

Si vous débutez avec Raspberry Pi ou Linux, j’ai quelque chose qui peut vous aider !
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Vue d’ensemble : pourquoi créer un drone Raspberry Pi ?

Si vous vouliez seulement piloter un drone, vous pourriez acheter un modèle préfabriqué de DJI. Mais si vous voulez créer votre propre machine et la personnaliser avec les fonctions de vos rêves, et vous amusez tout en apprenant, construire un drone Pi est un excellent défi.

Vous pouvez vous mettre dans la peau d’un pionnier, comme les frères Wright, et utiliser votre ingéniosité pour réussir à voler. C’est une expérience magnifique.

Avantages d’un drone Raspberry Pi

Les drones peuvent déjà voler sans Raspberry Pi, alors quels sont les avantages d’ajouter un Pi dans l’équation ?

Ajouter un Raspberry Pi à un drone vous permet de :

• Diffuser de la vidéo en temps réel.
• Capturer des données comme les coordonnées GPS ou les images infrarouges.
• Connecter et contrôler toutes sortes de capteurs, appareils USB, caméras ou autres matériels.
• Programmer un vol autonome, comme attacher des modules LIDAR pour détecter et éviter les obstacles.
• Appliquer la vision par ordinateur à de vrais objets pendant le vol avec une caméra classique ou la plus puissante Raspberry Pi AI Camera.
• Coordonner des essaims de drones pour voler et effectuer des tâches coordonnées.

Ajouter un Raspberry Pi permet à votre drone de faire bien plus que de voler.
Acheter des drones avec des fonctions spécialisées peut être coûteux, mais vous pouvez personnaliser un drone DIY selon votre cas d’utilisation prévu.

Ces connaissances vous apprendront à réparer votre drone à moindre coût en cas de pépin, et elles vous permettent de reconfigurer les capacités de votre drone lorsque vous avez envie de changer son objectif.

Décisions importantes à prendre pour votre drone

Avant d’acheter les pièces, décidez du type de drone que vous souhaitez fabriquer.
Ci-dessous, quelques questions clés à vous poser.

Quelle mission est-ce que je veux que mon drone réalise ?
Il n’existe pas de conception qui soit la meilleure pour tous les scénarios. Différents drones sont construits selon des spécifications pour différentes fonctions. Votre drone enregistrera-t-il en FPV (première personne), participera-t-il à des courses ou effectuera-t-il des missions de recherche et de sauvetage ? Cette décision influencera tous les autres choix.

Quelle conception de drone vais-je utiliser ?
Une conception de quadricoptère est un choix populaire car elle est moins complexe à construire et plus facile à contrôler. Mais il existe d’autres possibilités, comme un hélicoptère ou un octocoptère robuste.

De quelle portée avez-vous besoin ?
Évidemment, plus vous pouvez rester en vol longtemps, mieux c’est ! Mais dans le monde réel, il y a des compromis : vous devez équilibrer la fonction du drone, son poids, son autonomie et le coût de construction.

Composants matériels pour un drone Raspberry Pi

Bon, maintenant que vous avez décidé de vos objectifs, voyons quel matériel acheter.
Dans cette section, je vais couvrir les pièces clés et le rôle de chacune dans notre projet.

Le tableau ci-dessous résume les composants matériels courants pour un drone Raspberry Pi :

Composant	Fonction
Cadre	Le corps physique du drone.
Raspberry Pi	Le cerveau qui relie tous les composants matériels et logiciels ensemble.
Contrôleur de vol	Contrôle les moteurs, l’accélération et l’équilibre.
Moteurs	Envoie la puissance rotative aux pales.
ESC	Régule la vitesse et la direction des moteurs.
Hélices	Les pales tournantes qui génèrent de la portance.
Batterie	Le réservoir d’énergie.
Planche de distribution d’énergie	Fournit de l’énergie aux différentes parties.
Émetteur	La méthode de télécommande.
Capteurs	Modules pour effectuer des tâches spécialisées, comme une caméra ou un capteur infrarouge.

J’ai fourni des notes pour chaque pièce ci-dessous. Elles sont regroupées en catégories que vous pourriez vouloir considérer ensemble.

Composants du cadre

Le châssis et le Raspberry Pi constituent le corps et l’esprit de votre drone.
Ils déterminent le but spécifique que votre drone accomplira.

Châssis – Choisissez le corps le plus léger que vous puissiez vous permettre.

Il est plus facile d’acheter un châssis prémonté. Voici un modèle économique pour un quadcoptère polyvalent : F450 Drone Quadcopter Frame Kit. Ou, si vous voulez un engin rapide, voici un châssis en fibre de carbone conçu pour la course de quadcoptères : Racing Drone Carbon Fiber Quadcopter Frame Kit.

Pouvez-vous imprimer un châssis en 3D à la maison à la place ? Oui, vous pourriez. Mais je dirais que c’est au niveau avancé et pas quelque chose que les débutants devraient essayer à moins qu’ils ne veuillent tester l’aérodynamisme et l’ajustement.

Raspberry Pi – Le Raspberry Pi est le cerveau qui permet à toutes les différentes parties de votre drone de fonctionner ensemble.

Vous pourriez penser que le Raspberry Pi 5 est toujours le meilleur choix, car c’est la carte la plus puissante à la date où nous écrivons cet article. Cette dernière partie est vraie, mais il consomme aussi le plus d’énergie et est le plus cher.
Certains constructeurs utilisent le Pi 4 ou le Pi 3B+ pour avoir un bon compromis sur la consommation d’énergie et le coût.

Cependant, si nous parlons d’ultra-léger, considérez le Raspberry Pi Zero 2 W. Le Pi Zero est suffisant pour gérer certains designs de quadcoptère et occupe beaucoup moins de poids et de volume.

Le tableau ci-dessous résume les différents facteurs à considérer pour choisir quel Raspberry Pi utiliser :

Modèle	Poids	Dimensions	Consommation	Prix
Raspberry Pi Zero 2 W	10 g	65mm × 30mm x 5mm	~ 0,5 W à 3 W	15 €
Raspberry Pi 3B+	45 g	85mm x 56mm x 17mm	~ 1,9 W à 5 W	35 €
Raspberry Pi 4	46 g	85mm x 56mm x 17mm	~ 2,7 W à 6,4 W	35 € – 75 €
Raspberry Pi 5	46 g	85mm x 56mm x 17mm	~ 2,7 W à 7 W	50 € – 120 €

N’oubliez pas que si vous avez un objectif impliquant une utilisation élevée de la mémoire, vous devrez choisir le Raspberry Pi 4 ou Pi 5 pour avoir accès à 4 Go, 8 Go, ou 16 Go de RAM.

Pour un aperçu plus détaillé des spécifications, consultez notre Tableau de comparaison des Raspberry Pi (en anglais).

Composants de vol

Les capacités de vol de votre drone dépendront directement du contrôleur de vol, des moteurs, des contrôleurs de vitesse électroniques et des hélices.

Contrôleur de vol – Le FC contrôle les moteurs, les hélices, et tout ce qui est lié à la manœuvre. Parmi les FC tout-en-un populaires, on trouve le Pixhawk PX4 ou le Navio2. Ces FC incluent souvent des GPS ou des gyroscopes pour gérer le pilote automatique.

Mais il existe aussi des contrôleurs de vol plus abordables sans tous les gadgets, comme le SpeedyBee F405 ou le Matek F405.

Vous vous demandez peut-être : pourquoi ne puis-je pas utiliser mon Raspberry Pi à la place d’un FC ? Techniquement, vous pourriez, et il existe des projets pour cela. Mais c’est un énorme obstacle et il vaut mieux s’y attaquer une fois que vous serez devenu expert sur le sujet.

Pour la plupart des passionnés, il est préférable d’utiliser un contrôleur de vol dédié pour se charger du vol, tandis que le Raspberry Pi gère des fonctions comme la détection, les communications ou le traitement des données.

Moteurs – Les moteurs sont les moteurs du drone. Le nombre de moteurs dont vous avez besoin dépendra de votre conception choisie. Pour un quadcopter typique, vous aurez besoin de 4 moteurs, et il est courant d’obtenir des moteurs DC sans balais (comme celui-ci).

ESC – Les contrôleurs de vitesse électroniques (ESC) acceptent les signaux du FC et les traduisent en vitesses de moteur variables. Il vous faudra autant d’ESC que de moteurs (par exemple, un quadcopter aura 4 ESC pour 4 moteurs).

De nombreuses constructions de nos jours simplifient les choses en utilisant un ESC 4-en-1, qui regroupe tous les ESC sur une seule carte, avec une solution de distribution d’énergie intégrée. Je pense qu’un ESC 4-en-1 serait ma solution de choix pour les débutants.

Hélices – Les moteurs font tourner les hélices qui font décoller votre drone. Une conception courante pour les quadricoptères est d’attacher 4 paires d’hélices.

En plus de décider du nombre d’hélices à utiliser, vous devriez aussi choisir la taille des pales que vous souhaitez. Des pales de 5 pouces sont un choix équilibré pour les débutants, mais il existe aussi des hélices de 7 pouces pour les drones longue portée ou aussi petites que 2 pouces pour les micro drones.

Acheter chaque pièce séparément vous permettra de sélectionner des composants de meilleure qualité, mais cela demande des recherches et coûte plus cher. Si vous voulez une solution plus simple et économique, envisagez d’acheter les moteurs, les ESC et les hélices en pack. Au moins, vous saurez qu’ils ont été testés pour fonctionner ensemble.

Composants de puissance

Voler demande de l’énergie, donc vous devrez alimenter vos moteurs, Raspberry Pi et autres pièces.
Une bonne batterie est essentielle, et elle sera gérée par une carte de distribution d’énergie.

Batterie – La batterie détermine la quantité d’énergie disponible pour voler et effectuer des tâches comme l’enregistrement vidéo. Mais plus la batterie est grande, plus elle est lourde et coûteuse, donc un calcul important doit être fait ici.

Un choix populaire ici est d’utiliser des batteries lithium polymère rechargeables (LiPo), comme celles que l’on trouve dans cette cellule de 1550 mAh. Vous aurez probablement aussi besoin d’un chargeur LiPo pour la recharge.

La durée pendant laquelle vous pouvez rester en l’air dépend des autres parties de votre construction et de votre cas d’utilisation prévu. Il y a beaucoup d’options ici si vous le faites vous-même, et il y a un bon article ici sur la différence entre les batteries LiPo 6S et 4S.

Carte de distribution d’énergie – Le PDB gère la quantité appropriée d’énergie à envoyer aux différents composants. Cela dit, vous pourriez ne pas avoir besoin d’un PDB autonome.

Remarque : Certains modèles de drones ne nécessitent plus de PDB séparé. Beaucoup de constructions populaires utilisent un ESC 4-en-1 qui offre déjà cette fonctionnalité intégrée.

Cependant, si vous construisez un drone de type octocoptère, où il y a deux ESC 4-en-1 séparés, vous devrez ajouter un PDB pour coordonner la sortie de puissance entre eux.

Télécommande et composants fonctionnels

Enfin, comment dire à votre drone ce qu’il doit faire depuis le sol ?
Vous utiliserez un émetteur pour envoyer des signaux à votre drone, soit en utilisant le Wi-Fi soit le RC.

Émetteur – C’est la télécommande que vous utiliserez pour contrôler votre drone. Vous devrez être capable de communiquer avec votre FC pour gérer le vol et avec votre Raspberry Pi pour effectuer des tâches.

Il y a quelques options disponibles. Vous pouvez utiliser :

• le Wi-Fi pour les deux.
• la radio (RC) pour les deux.
• la radio RC pour le contrôleur de vol + le Wi-Fi pour le Raspberry Pi.

Le Wi-Fi est plus pratique car le Raspberry Pi prend déjà en charge le Wi-Fi, et vous pouvez utiliser une application sur votre smartphone comme émetteur. Bien que le Wi-Fi soit plus facile, préparez-vous à relever des défis en termes de portée limitée et de latence plus élevée.

L’utilisation de la radio commande (RC) vous offrira une portée et une fiabilité supérieures. L’inconvénient est que c’est plus complexe à configurer, et vous devrez acheter un émetteur RC. Vous pouvez en obtenir un simple comme ce modèle de BETAFPV ou un modèle plus complexe comme le RadioMaster.

Capteurs et autres modules – Les capteurs supplémentaires que vous voudrez ajouter à votre drone dépendent entièrement de la tâche que vous souhaitez que votre drone accomplisse. Par exemple, vous pouvez installer une caméra Raspberry Pi pour enregistrer une vue aérienne. Ou peut-être que vous voulez que votre drone vole de manière autonome, et dans ce cas, vous pourriez attacher un HAT GPS.

Logiciel pour un drone Raspberry Pi

OK, nous avons donc vu le matériel dont vous avez besoin pour un drone Raspberry Pi, mais qu’en est-il du logiciel ? Voici une brève liste pour vous aider à démarrer.

Système d’exploitation pour Raspberry Pi. Je recommande Raspberry Pi OS Lite parce qu’il est stable, nécessite moins de RAM car il n’y a pas d’interface graphique, et il y a beaucoup de tutoriels. Si vous êtes un opérateur de drone expérimenté, envisagez d’installer Ubuntu avec ROS (Robot Operating System) à la place.

Micrologiciel FC. Contrairement aux autres logiciels de cette liste, celui-ci n’est pas pour le Raspberry Pi mais doit être flashé sur le contrôleur de vol. Certaines possibilités incluent PX4, ArduPilot, ou MultiWii, selon ce qui fonctionne le mieux avec votre contrôleur choisi.

Communication du Pi au FC – DroneKit. Votre Raspberry Pi doit échanger des données avec le contrôleur de vol pour tout assembler. La bibliothèque Python, DroneKit, est bien pour cette tâche et vous permet d’écrire des automatisations personnalisées.

Planificateur de tâches – crontab. Lorsque vous allumez votre drone, vous voudrez que le Raspberry Pi démarre automatiquement les programmes dont il a besoin. Heureusement, la plupart des systèmes Linux incluent crontab pour programmer des tâches.

Voilà pour l’essentiel. Les paquets logiciels ci-dessous sont facultatifs, et vous aurez probablement besoin d’autres paquets selon ce que vous voulez que votre drone fasse.

Diffusion vidéo – GStreamer. Si vous voulez un drone FPV, le framework GStreamer vous permettra de diffuser ce que la caméra voit sur votre appareil connecté.

Reconnaissance d’image – OpenCV. Si vous souhaitez faire du traitement d’image, consultez notre guide d’installation d’OpenCV.

Hotspot Wi-Fi – hostapd. Ce paquet est uniquement nécessaire si vous souhaitez contrôler votre drone via Wi-Fi. Vous utiliserez hostapd pour transformer votre Raspberry Pi en hotspot, puis vous vous connecterez à celui-ci depuis votre smartphone ou tablette.

Meilleurs kits de drones pour Raspberry Pi

Faire des recherches, acheter du matériel, et installer des logiciels représente énormément de travail. Je pense que c’est le plaisir du DIY : acheter des pièces à partir de zéro et apprendre au fur et à mesure.

Mais ne vous méprenez pas : construire un drone Pi soi-même est difficile. Si vous trouvez cela trop stressant ou risqué, je vous recommande d’acheter plutôt un kit de drone.

Avec un kit de drone commercial, toutes les pièces ont déjà été testées ensemble pour aboutir à un drone fonctionnel.
Ci-dessous, quelques kits que j’ai trouvés à différents niveaux de prix.

Kits d’entrée de gamme

• HolyBro S500 V2 Drone Kit – Vous devrez ajouter un contrôleur de vol et une batterie, et tout programmer vous-même.
• HolyBro X500 V2 Kit – Livré avec une bonne base de matériel. Vous devez ajouter un contrôleur de vol et installer votre propre logiciel.
• HAWK’S WORK F450 Drone Kit C – Vous devrez ajouter quelques pièces. J’apprécie qu’ils vendent différents niveaux de ce kit (de A à E), vous pouvez donc personnaliser votre construction selon vos besoins.

Kits milieu de gamme

• HAWK’S WORK F450 Drone Kit A – Comprend un contrôleur de vol Pixhawk agréable, des trous de montage pour Pi et un guide convivial pour les débutants.
• Duckiedrone Kit – Comprend toutes les pièces et les instructions, et vous devez assembler le tout à partir de rien.
• Drone Dojo Pi Zero Drone Kit – Comprend toutes les pièces, les instructions, et un support à la construction pour les débutants.
• HolyBro X500 V2 Drone PX4 Development Kit – Comprend presque tout et quelques capteurs supplémentaires. Destiné aux utilisateurs quelque peu avancés.

Kits premium

• Drone Dojo Raspberry PiHawk Drone Kit – Un drone plus puissant, comprenant plus de 40 pièces, des instructions, et un soutien à la construction pour les débutants.
• Holybro X650 Drone Development Kit – Un drone imposant qui dispose de tout le nécessaire et des capteurs supplémentaires. Conçu pour des utilisateurs un peu avancés.

Approfondir avec des tutoriels guidés

Maintenant que vous avez toutes les pièces, il est temps de construire votre drone. Cet article n’est pas conçu pour être un tutoriel complet, laissez-moi donc vous orienter dans la bonne direction en vous renvoyant vers quelques guides.

Étapes générales

Voici une idée générale des étapes impliquées dans la construction d’un drone Raspberry Pi :

1. Assembler le châssis du drone et fixer les composants.
2. Câbler les ESC et/ou la carte de distribution électrique pour contrôler l’alimentation.
3. Configurer le contrôleur de vol.
4. Fixer les capteurs au Raspberry Pi.
5. Installer les logiciels et les bibliothèques sur le Raspberry Pi et le FC.
6. Connecter l’émetteur au drone via Wi-Fi ou RC.
7. Tester le vol et le calibrer.

Guides détaillés étape par étape

Pour plus de détails et des instructions étape par étape sur la façon de construire un drone Raspberry Pi, consultez les tutoriels ci-dessous :

• Construire un drone DIY Pi Zero
• The Drone Pi – 7 étapes avec images
• Construction d’un drone – Terrence Li
• Décollage avec le Raspberry Pi Pico & MicroPython: drone quadricoptère DIY

Guides vidéo

Préférez-vous apprendre en regardant quelqu’un d’autre en construire un ?
Si c’est le cas, consultez les guides vidéo ci-dessous.

Le guide de construction ci-dessous est un tutoriel plus récent qui utilise le Raspberry Pi Zero :

Pour un guide plus long et plus détaillé, consultez la playlist ci-dessous. Sachez qu’il s’agit d’un ancien tutoriel (vous trouverez probablement de meilleures pièces aujourd’hui), mais les principes clés restent solides.

La première partie de cette série est ci-dessous :

Et vous pouvez trouver le reste de la série sur cette playlist YouTube.

Construire votre drone est un projet sérieux, mais c’est un projet qui vous insufflera cet esprit pionnier. Un jour, vous prendrez votre envol et vous vous souviendrez que tout a commencé avec un Raspberry Pi.

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