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Le système d’assistance au pilote LNAS réduit le bruit dans la trajectoire d’approche

Avec plus de 90 approches de l'aéroport de Zurich, des chercheurs de l'Empa et du Centre aérospatial allemand (DLR), sous la direction de la Fondation suisse SkyLab, ont testé un système d'assistance qui soutient les pilotes par affichage pendant les approches silencieuses et en même temps économiques. Résultat : les émissions sonores et la consommation de carburant sont réduites de manière mesurable. Le système mis au point par le DLR doit maintenant être prêt pour la production en série.

Les pilotes voient l'affichage du LNAS dans le cockpit peu avant le début de la descente. © DLR

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L’approche d’un aéroport est généralement la phase de vol la plus exigeante techniquement. Les pilotes doivent contrôler la vitesse, l’altitude, la poussée des moteurs, le train d’atterrissage et les aérofreins et, en même temps, réagir aux changements de vent, du trafic et aux instructions des contrôleurs aériens. Un principe similaire à celui des conducteurs sur le terrain s’applique ici : la conduite anticipative permet de réaliser des économies de carburant. Voler avec prévoyance réduit également les émissions sonores. Le centre aérospatial allemand (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt ; DLR) a développé un système d’assistance à la descente continue, qui recommande au pilote, via un affichage dans le cockpit, ce qu’il doit faire pour une approche d’atterrissage respectueuse de l’environnement. Le système appelé LNAS (Low Noise Augmentation System) calcule l’altitude optimale, le taux de chute, la vitesse et la configuration de l’avion et corrige dynamiquement les recommandations pendant l’approche.

En septembre 2019, plus de 90 approches d’essai ont été effectuées sur la piste 14 de l’aéroport de Zurich avec le système d’assistance LNAS à bord de l’A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) du DLR. 70 approches comparables ont été incluses dans l’évaluation. L’Empa a testé l’efficacité du système en effectuant une série de mesures de bruit le long de la voie d’accès. Les résultats sont maintenant disponibles et ont été transmis à l’Office fédéral de l’aviation civile (OFAC).

La plus grande précision lors de l’approche – une compétition entre le pilote et l’ordinateur

Pour les essais en vol, 23 pilotes de Swiss, Edelweiss et Lufthansa ont été répartis en deux groupes. 14 ont utilisé le système d’assistance du LNAS et ont ainsi pu déterminer le moment optimal pour sortir les volets et le train d’atterrissage. Ils utilisent ces informations pour une phase de freinage optimisée en termes de bruit et de consommation pendant l’approche. Les neuf autres ont essayé de voler aussi silencieusement et économiquement que possible sans l’aide de l’ordinateur du LNAS. L’avion était piloté par l’un des pilotes de ligne participants, un pilote d’essai du DLR faisant office de copilote. Chacune des 70 approches considérées a débuté à 7000 pieds (2100 mètres au-dessus du niveau de la mer) à 220 nœuds (environ 400 km/h). 43 approches ont été effectuées avec le LNAS, 27 sans LNAS. L’A320 ATRA était stationné et opéré depuis l’aérodrome de Dübendorf, où des campagnes de recherche scientifique sont régulièrement menées.

Les données de vol évaluées par le DLR ont montré que les pilotes utilisant le LNAS ont effectué les vols de descente de manière beaucoup plus cohérente et précise que leurs collègues qui volaient sans système d’assistance. De plus, le cours de la vitesse était beaucoup plus régulier avec le LNAS. L’utilisation d’aérofreins très bruyants a été complètement éliminée dans les approches avec le LNAS.

Chaîne de mesure le long de la trajectoire d’approche sur la piste 14 de l’aéroport de Zurich. © Empa

Une réduction notable du volume

L’objectif principal du système d’assistance LNAS est la réduction des valeurs aberrantes acoustiques, qui contribuent de manière disproportionnée à la pollution sonore. Certaines approches particulièrement bruyantes sont gênantes pour les habitants. Avec l’aide du LNAS, il a été possible d’éviter ces aberrations et de rendre ainsi les approches les plus bruyantes jusqu’à 3 décibels plus silencieuses, ce qui correspond à une réduction sensible du volume.

Les émissions sonores des essais en vol ont été enregistrées par six stations de mesure à environ 6,3 à 18 kilomètres avant le point d’atterrissage. À cette fin, des points de mesure ont également été installés sur le territoire allemand dans le district de Waldshut. Aux points de mesure les plus éloignés, Hasle et Steinrütte, respectivement à environ 18 et 16,5 kilomètres de l’atterrissage, une réduction moyenne d’environ 1 décibel a été observée. Entre Kaiserstuhl et Weiach, environ 10 à 13 kilomètres avant l’atterrissage, la différence de niveau sonore atteignait 1,8 décibels.

Niveaux sonors des survols mesurés le long de la route d’approche sur la piste 14 de l’aéroport de Zurich : avec LNAS (bleu), sans LNAS (rouge). © Empa

Par la suite, les approches ont été simulées avec le modèle de bruit de vol sonAIR de l’Empa en utilisant les paramètres de vol et les paramètres météorologiques afin de pouvoir faire des relevés même dans des zones où aucune station de mesure ne pouvait être installée. Les cartes de bruit calculées avec sonAIR confirment les résultats des mesures et montrent un potentiel de réduction supplémentaire dans le sud de la Forêt-Noire, à environ 24 kilomètres de la piste d’atérissage, avec une réduction moyenne significative du niveau sonore allant jusqu’à 3 décibels.

Un atterrissage idéal avec moins d’émissions de CO2

En comparant les approches des deux groupes pilotes, les chercheurs ont également déterminé les économies moyennes de carburant qui peuvent être réalisées avec le LNAS. Pendant les 50 derniers kilomètres avant la piste, les pilotes avec le LNAS ont eu besoin en moyenne de 8,9 kilogrammes de kérosène en moins que sans le LNAS. Extrapolé à l’ensemble des vols A320 suisses (mouvements de vol en 2017), le LNAS pourrait ainsi économiser environ 500 tonnes de kérosène par an. Comme le système d’assistance peut être utilisé à l’altitude de croisière, c’est-à-dire à partir de 200 kilomètres avant la piste, le potentiel d’économie est encore plus important. Selon un calcul conservateur, les économies annuelles s’élèveraient à 3000 tonnes de kérosène, ce qui correspond à environ 9000 tonnes de CO2, si seulement la flotte suisse d’A320 était équipée du LNAS.

Le rapport final à l’attention de l’Office fédéral de l’aviation civile (OFAC) marque la conclusion d’un projet de recherche de trois ans. La Fondation suisse SkyLab, l’Empa et le Centre aérospatial allemand (DLR) ont tous été impliqués. Pendant les cinq jours de vols d’essai, les Forces aériennes suisses ont mis leur base de Dübendorf à disposition pour le stationnement de l’avion de recherche ATRA du DLR. Skyguide a fourni des conseils et une assistance pendant la phase de développement et a permis de traiter le grand nombre d’approches.

Simulation du bruit des avions sur la base de données mesurées à l’aide du programme de simulation sonAIR de l’Empa. Ligne en pointillé : avec LNAS, ligne en continu : sans LNAS. À 24 kilomètres de la piste, au milieu du sud de la Forêt-Noire, une réduction significative du bruit est apparente (bleu foncé). © Empa

Projet de recherche européen DYNCAT

A partir de juillet 2020, le DLR coordonnera le lancement du projet de recherche avancée DYNCAT (Dynamic Configuration Adjustment in the TMA), auquel participeront, outre les partenaires de recherche déjà existants, Swiss et le groupe électronique Thales Avionics. Cette recherche, financée dans le cadre des programmes européens Horizon 2020 et SESAR (Single European Sky ATM Research Programme), a pour but d’intégrer les capacités du système d’assistance LNAS développé par le DLR dans les ordinateurs centraux de navigation des avions commerciaux à l’avenir. Cela permettrait d’introduire des approches d’atterrissage optimisées en termes de bruit et de consommation à bord de nombreuses compagnies aériennes existantes.

Rainer Klose & Martin Gerber

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4 commentaires

  • Jean-Mi

    En effet, comment l’ATC va gérer tout cela ?
    Car optimiser son approche veut dire en pratique adapter l’approche aux performances présentes de l’avion.
    Deux avions identiques mais pas au même chargement (nombre de passager, carburant restant, etc…) auront déjà deux approches différentes (pas la même pente, pas le même virage, etc…), alors comment l’ATC va gérer les approches très différentes d’un ATR72 précédent un A380 précédent un B737… Un beau bazar dans le circuit !
    Une belle théorie qui s’applique très bien en pratique quand on est seul dans le circuit ou très peu. Par exemple quand on fait un encadrement de terrain et que les copains (prévenus) vont allonger leur circuit d’approche pour vous laisser faire, ou quand vous faites une belle PTU glissée en Piper J3 venu du coin du terrain pour poser court quand une bande de T6 arrive au break… (toute ressemblance avec un terrain existant n’est pas fortuite…)
    On sait depuis que l’aviation existe que chaque avion a « son » approche favorite, celle qui aide le pilote, celle qui optimise au mieux, il n’y a ici rien de nouveau qu’un planeuriste ne saurait démontrer. Mais pour pouvoir gérer les aérodromes et les aéroport, pour la sécurité de tous, il a fallu mettre en place des approches standardisées, les mêmes pour tout le monde, ou seule la vitesse reste une variable d’ajustement. D’où les plan à 3° sur l’ILS selon la procédure tartenpion, bien dans le rail, et je ne veux voir qu’une tête !
    Mais c’est très bien de mettre des chiffres, via cette étude, sur quelque chose que tout pilote « sait ».

  • DC

    Fort bien, mais est-ce que l’ATC suivra ? Quand on constate que les contrôleurs d’Orly par exemple sont incapables de vous donner la distance restant à voler pendant les phases d’arrivée et d’approche initiale, comment calibrer sa descente ?

    • Philippe

      Carrément. On est au fl90 a presque 100 nm du bourget. Et quand je vois qu on nous fait passer quasi tout le temps à 3000 ft au dessus de Meaux alors qu on pourrait très bien tourner avant ou après. Suffirait déjà d intégrer les villes sur les radar des contrôleurs. Et gérer en fonction du vent. Toujours passer la ville sous le vent par exemple. Pas besoin d une année d étude pour ça.
      Éviter les descentes par palier. Augmenter les plan de descente à 4%.

      • Tonton Volant

        « d intégrer les villes sur les radar des contrôleurs » avec les églises et clochers ?
        Qu’on nous pardonne, mais il faudrait descendre de votre poste de pilotage et aller faire un tour dans une approche pour voir …

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