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Contrôle aérien : le ciel sous haute surveillance

Le ciel de l'Essonne accueille les vols à destination des grands aéroports parisiens ou de destinations lointaines. Voici comment le contrôle aérien régule et assure la pleine sécurité des millions de passagers au-dessus de nos têtes.

Air 1Tout avion qui survole le territoire Français est placé sous le contrôle d’un des cinq centres régionaux de la navigation aérienne. En Ile-de-France, c’est le centre d’Athis-Mons (Essonne) qui assure ce contrôle.
© H. Goussé/Airbus S.A.S 2005

Assurer à tous les passagers des vols en sécurité est la mission prioritaire de la Direction de la navigation aérienne, en charge du contrôle de la navigation aérienne dans l'espace aérien français. Le contrôle aérien permet aux avions d'évoluer dans des routes déterminées et balisées en protégeant les appareils de tous risques de collision. Tout en gérant les flux de trafic en croissance constante aux abords des grands aéroports.

Aujourd'hui, suivons un avion qui va entrer dans le ciel parisien (voir infographie ci-dessous) :

1) Le ciel français est divisé en cinq zones dépendant chacune d'un centre régional de la navigation aérienne. Dans l'Essonne est implanté celui d'Athis-Mons, proche de l'aéroport d'Orly. A l'intérieur de chacune de ces zones, l'espace aérien est divisé en secteurs de contrôle “ en route ”. Chaque secteur est pris en charge par deux contrôleurs, qui peuvent traiter jusqu'à 25 avions simultanés en fonction de la complexité du trafic. Les avions passent d'un secteur à l'autre en changeant de fréquence afin de pouvoir toujours discuter avec le contrôle, qui va ainsi l'amener vers son aérodrome de destination. C'est alors le contrôle d'approche, puis le contrôle d'aérodrome situé dans la tour qui prennent successivement le relais.

2) Un couloir aérien –un airway- c'est “ l'autoroute du ciel ”, d'une largeur de 10 milles nautiques (18 km). Les avions y sont espacés de 1000 pieds (330 m) verticalement les uns par rapport aux autres.

3) Les couloirs aériens sont jalonnés de balises radio-électriques (les VOR/DME). Le VOR donne une indication d'orientation et le DME de distance.

4) Les contrôleurs assurent la surveillance du trafic à l'aide d'un écran radar. Ils gèrent les espacements entre avions et détectent les conflits possibles.

5) Le dialogue entre le contrôleur et l'avion est assuré par des communications radio dans une gamme de fréquences VHF réservées à l'aéronautique pour éviter toute interférence.

6) Au centre régional de contrôle aérien, les contrôleurs travaillent en équipe et sont relevés toutes les deux heures afin de garder tout leur potentiel de décision.

7) Dans le secteur d'approche, où est gérée la phase descente des appareils, les avions vont tous rejoindre la même trajectoire d'atterrissage, l'espacement entre eux se réduit à 3 milles nautiques (un peu plus de 5 km).

8) Le contrôleur peut être amené à faire tourner les avions dans des circuits d'attente pour pouvoir traiter les embouteillages du ciel (dues à une piste inutilisable par mauvaise météo par exemple). Les avions vont former des “ piles d'assiettes ”, en tournant tous dans le même sens et en effectuant des trajectoires en forme d'hippodrome.

9) L'ILS (instrument landing system) permet l'atterrissage aux instruments. Il est composé d'un émetteur (le localizer) qui donne un alignement radio-électrique dans l'axe de la piste et un second (le glide slope) qui transmet un alignement de pente de descente sous un angle de 3°. De plus, le pilote va vérifier que son altitude est correcte grâce au passage de deux “ markers ”, balises situées peu avant la piste et qui indique la verticale d'un lieu pré déterminé.

10) La vigie de la tour de contrôle surveille le bon alignement de l'avion sur l'ILS, puis le transfère au contrôleur sol sitôt la piste dégagée. Sur les grands aéroports, tout véhicule – avion ou voiture – se déplaçant sur la plate forme est suivi par un système de surveillance sol pour prévenir les risques de collision.

01.Volume de sécurité et radars

Tout avion qui survole le territoire français est placé sous le contrôle des systèmes de régulation de la navigation aérienne eux-mêmes sous la responsabilité différents des centres régionaux de la navigation aérienne (CRNA). Cinq centres se répartissent ainsi la couverture du territoire français : CNRA Nord à Athis-Mons (Essonne), Ouest près de Brest, Sud-Ouest près de Bordeaux, Sud-Est à Aix en Provence et Est à Reims. Tous relèvent de la Direction Générale de l'Aviation Civile du ministère de l'Equipement.

Le principe de base est simple. Il s'agit de délimiter autour de chaque appareil un volume de sécurité dans lequel aucun autre avion ne pourra pénétrer. Pour cela, il faut à la fois des hommes -les “ aiguilleurs du ciel ”-, et des systèmes de guidage et de communication. Ils vont ainsi placer l'avion dans un volume bien particulier : l'airway. Dans son couloir aérien large de 10 milles nautiques (soit un peu plus de 18 km), l'avion est en quelque sorte “chez lui”. Durant tout le vol, il est sur une “route sécurisée”, espacé horizontalement et verticalement des autres avions.

controle aerien2Pas d’avions, pas d’aéroports et pas de pilotes sans ingénieurs du contrôle aérien. Ils sont aujourd’hui 4 000 en France.
© Flickr.com
Prenons l'exemple d'un A320 en provenance d'une des grandes métropoles de province qui va se poser à Orly. Placé dans son couloir, celui-ci a été suivi tout au long de son parcours par les différents centres régionaux de la navigation aérienne. Ce contrôle “ en route ” lui permet d'arriver aux abords de l'aéroport d'Orly. A 50 milles nautiques (NM) –environ 90 km- du terrain d'atterrissage, il est alors pris en charge par un contrôle dit “ d'approche ”. Puis, lorsqu'il s'aligne sur l'axe de piste à 10 NM (soit 18 km) du seuil, il se situe à une altitude de 3 000 pieds (environ 1 000 mètres). À ce moment, le contrôle d'approche le transfère au contrôle d'aérodrome, dans la vigie de la tour de contrôle.

Même par grand beau temps, l'atterrissage s'effectue aux instruments. Il repose sur l'utilisation de l'ILS (instrument landing system). Le pilote suit une trajectoire dans le prolongement de l'axe de piste avec une pente de descente de 3° (5%). L'avion emprunte une trajectoire régulière qui va l'amener en douceur au contact de la piste.

Ces procédures ne sont, bien sur, pas une particularité francilienne, elles sont en pratique sur l'ensemble du globe. Ce qui permet de poser un Airbus avec pratiquement les mêmes procédures de base à Rio de Janeiro ou à Orly ! Voyons tout cela de plus près.

Au commencement était le radar
Saviez-vous que certains aiguilleurs du ciel travaillent sans voir le ciel ? En fait, pour positionner les avions, les contrôleurs utilisent les informations données par le radar. C'est en effet sur des écrans qu'ils visualisent et gèrent les routes des différents appareils. Le radar est un système électronique qui détecte à la fois la présence et la distance d'un objet. Avec la première génération de radar, appelée radar primaire, l'antenne du radar émet des ondes à ultra hautes fréquences (UHF) et reçoit en retour l'onde de réflexion. C'est l'analyse de ce signal qui permet de localiser l'objet. Le radar primaire n'est aujourd'hui utilisé que pour le contrôle d'approche des grands aéroports.

Depuis, la technologie radar a évolué, et on utilise des radars dits secondaires qui émettent un signal codé auquel chaque avion répond individuellement à l'aide d'un équipement embarqué, le transpondeur.

02.Des systèmes de navigation autonomes

Aux débuts de l'aviation, même pour franchir les plus hautes montagnes du globe, les pilotes ne ne pouvaient pas avoir recours à des aides radio-électriques. Ils naviguaient donc au cap et à la montre : “ je me dirige de A vers B, j'ai calculé que par rapport au nord géographique indiqué sur ma carte le cap sera plein sud, soit au 180. Je vole avec une vitesse de 100 km/h et mes points sont distants de 60 kms ”. Une navigation qui comportait de nombreux risques : pertes de repères, mauvaise météo, erreur de compas, mauvaise estimation des vents qui font dériver, etc.

La génération suivante sera à même de prendre en compte les informations délivrées par les stations au sol. C'est l'arrivée des balises radio-électriques ADF, VOR et DME. Puis la navigation autonome dans les années 75/80 équipe les avions de centrales à inertie qui leur permettent de déterminer leur position sans moyen radio extérieur. Malheureusement ces centrales dérivent dans le temps et doivent être périodiquement recalées par des moyens de radionavigation classiques.

controle aerien3Que ce soit à Gibraltar, Rio de Janeiro ou à l’aéroport d’Orly, les procédures d’approche et d’atterrissage sont strictement les mêmes.
© Flickr.com
La navigation par satellite, utilisable depuis une dizaine d'années, prend de plus en plus d'importance. Avec 24 satellites autour de la terre, le système américain GPS donne une position à un récepteur en pratiquement tout point du globe. Que ce récepteur soit un avion, un bateau, une voiture ou … un téléphone portable. La Communauté européenne a lancé le projet Galileo, qui comprendra 30 satellites, et sera opérationnel à partir de 2008.


Cinq centres pour le contrôle en route
Reprenons notre exemple. Avant d'aborder l'approche du ciel essonnien, notre avion aura été suivi par le contrôle “ en route ” des différents CNRA dont celui d'Athis-Mons. Leur mission est de gérer la progression des avions évoluant en dehors des zones proches des aéroports. Pénétrons dans l'un d'entre eux. Les yeux rivés sur leurs écrans, les contrôleurs suivent la circulation des appareils à l'intérieur des couloirs aériens. Ils vérifient également que la séparation verticale entre les avions respecte bien les 1000 pieds réglementaires.

Ils “ voient ” sur leur écran tous les paramètres qui leur permettent de suivre les phases du vol de chaque appareil : indicatif, position, altitude, vitesse, montée, descente….qui leur sont transmises par le balayage des radars. Chaque centre de contrôle a en charge une région découpée elle-même en secteurs de vol. A l'intérieur d'un même secteur, un binôme de contrôleurs a en charge environ 25 avions simultanément selon la complexité du trafic. Chaque binôme recevra, avant d'accueillir l'avion dans son secteur, les informations du plan de vol pour anticiper sa prise en charge. Contrôleurs et pilote dialoguent sur des fréquences spécifiques à l'aéronautique, propres à chaque secteur. A chaque fois que l'avion change de secteur, il change également de fréquence pour passer avec le binôme suivant.

03.Le contrôle d'approche prend le relais

Pour gérer la phase de descente, les contrôleurs en route vont passer la main à leurs collègues de l'approche. Ce sont eux qui vont assurer la fluidité des atterrissages. Un centre de régulation européen, le Central Flow Management Unit (CFMU) accorde les autorisations de décollage en fonction des contraintes du trafic sur la route prévue de l'avion, afin d'éviter les attentes en vol à l'aéroport de destination. Certaines conditions exceptionnelles (dégradation subite des conditions météorologiques, indisponibilité temporaire de la piste, etc.) peuvent nécessiter de faire attendre des avions en vol. Dans ce cas les contrôleurs vont étager les avions par piles où, à altitude constante, ils effectueront des circuits standards d'attente (les “ hippodromes ”, puisque la trajectoire qu'ils suivent reprend précisément le dessin d'un champ de course)...

Au fur et à mesure que l'avion quitte son attente, il est alors dirigé vers la piste. Quand il arrive à environ 10 milles nautiques du seuil de piste, le contrôle d'aérodrome, la vigie de la tour de contrôle, prend le relais.

En approche finale, l'espacement entre les appareils est alors de 3 milles nautiques. Les contrôleurs de la vigie surveillent visuellement, ou sur leur écran radar en cas de mauvaises conditions météorologiques, l'approche. Ils donnent l'autorisation d'atterrir et vont les assister jusqu'à leur place de parking. Dans un secteur d'approche le trafic se densifie. Il est beaucoup plus complexe que dans un secteur en route : les contrôleurs ne peuvent gérer que 9 à 15 avions simultanément.
controle aerien4Devant ses écrans, le contrôleur aérien est garant du bon déroulement des phases de décollage et d'atterrissage.
© Flickr.com

Les contrôleurs aériens doivent développer tout leur savoir-faire pour assurer un débit optimal des pistes. En effet, s'ils espacent trop les avions, il va y avoir une perte d'efficacité dans la gestion du trafic (en fait un “ bouchon ” dans le ciel), et si les avions sont trop proches, l'un d'entre eux pourrait avoir à remettre les gaz à l'approche de la piste. Pour notre airbus, tout va bien, il est aligné sur sa trajectoire au-dessus de l'Essonne.

Un métier exigeant
“ Anticiper, réagir sans délai et prendre des décisions souvent complexes, en temps réel. Décisions dont ils sont responsables à 100 % ”. Voici comment l'Ecole de l'Aviation Civile (ENAC) définit le “ profil ” des ingénieurs du contrôle aérien (les ICNA). Pas d'avions, pas d'aéroports et pas de pilotes sans contrôleurs. Assurant la sécurité et la fluidité du trafic, gérant l'ensemble des informations pour le suivi de chaque avion, il est aussi l'œil du pilote en lui fournissant des indications sur son environnement. Environ 4000 ICNA travaillent aujourd'hui dans les différents centres : 50 % dans les cinq CRNA, 11 % sur les aéroports parisiens, 36% sur les autres aéroports à trafic important (en métropole et outre-mer et 3 % dans les services centraux et à l'Ecole Nationale de l'Aviation Civile. La quasi-totalité des ICNA sont issus des classes préparatoires aux grandes écoles et de l'enseignement supérieur ; ils sont recrutés sur concours par l'ENAC où ils reçoivent trois années de formation, répartie en théorique (18 mois) et formation pratique (18 mois) dans des organismes de contrôle. Ils n'acquièrent la totalité de leurs qualifications dans leur centre d'affectation qu'au bout de 5 à 6 ans d'entraînement sur les différents postes de travail.

Des instruments pour atterrir
Pour atterrir sous la pluie, voire en plein brouillard, les yeux du pilote ne sont pas suffisants. Certains avions, selon la catégorie de leur équipement de bord et celle des aides visuelles et radioélectriques à l'atterrissage de l'aéroport, peuvent se poser avec une portée visuelle horizontale réduite, pouvant aller jusqu'à 75 mètres. C'est le système d'atterrissage aux instruments qui permet cette manœuvre : il donne au pilote la possibilité de visualiser une trajectoire de descente aboutissant à la piste sans repère extérieur. Celui-ci va recevoir pendant la descente finale des informations d'une part d'écart latéral par rapport à l'axe de piste et d'autre part d'écart vertical par rapport au plan de descente, qui s'effectue en règle générale sur une pente de 3°, soit 5%, ce qui permet aussi d'assurer le confort des passagers. Technique de base des atterrissages actuels en aviation commerciale, l'IlS fonctionne dans la gamme des fréquences VHF (localizer) et UHF (glide slope).

04.Des procédures standardisées

Que se passe-t-il dans le poste de pilotage de l'avion pendant le voyage ? Arrivant du sud de la France, notre airbus va passer survoler les points de Moulins, puis Avallon et travers de Joigny selon une trajectoire définie par le plan de vol et les cartes de navigation que les pilotes possèdent dans leur documentation embarquée.

Durant la croisière, l'équipage a surveillé régulièrement la trajectoire, l' “ état de santé ” de l'avion et assurer la gestion du carburant. En fin de croisière, les pilotes vont prendre l'ATIS, message enregistré qui va les renseigner sur la piste en service, les moyens radio d'atterrissage, le vent, la pression, la visibilité, le plafond,…. Maintenant les deux pilotes ont sorti leurs fiches d'approche et selon la procédure maintes fois répétée au simulateur, ils procèdent au “briefing avant descente” : ils vont par exemple vérifier la trajectoire à utiliser, calculer le point de descente, se remémorer l'altitude de passage de certains points remarquables, bref se rafraîchir la mémoire courte pour être pleinement opérationnels au cours de cette phase cruciale du vol.

L'avion est alors préparé pour la descente, les PNC avertis afin qu'ils informent les passagers, et les moteurs réduits pour diminuer la vitesse et atteindre la vitesse de descente, soit environ 300 nœuds. L'équipage surveille particulièrement les paramètres météo, notamment en veillant au givrage et en visualisant les risques d'orages sur l'écran radar météo embarqué. Au passage du niveau 100 (environ 3300 mètres d'altitude), l'équipage va réduire la vitesse à 250 nœuds, boucler son harnais et mettre son micro-casque (les communications s'effectuant au micro à main et sur haut-parleur durant la croisière). Il va également allumer les consignes de cabine “ attachez votre ceinture ”.

controle aerien5Une des dernières phases du vol : l’alignement sur la piste 24 d’Orly. 24 signifiant 240 degrés par rapport au Nord, soit encore l’orientation Sud-Ouest.Un “ gong ” en cabine, relayé par le message de l'hôtesse, invite les voyageurs à boucler leur ceinture. Les phares d'atterrissage sont systématiquement allumés alors, afin d'être visibles de l'extérieur.

Après avoir survolé la balise VOR de Melun, l'Airbus va partir vers le nord pour rejoindre l'axe de piste et venir s'aligner sur la piste 24 d'Orly. (24 veut dire 240, soit une orientation Sud Ouest). C'est en effet cette piste qui en en service aujourd'hui puisque le vent vient de l'ouest et qu'un avion se pose toujours face au vent.

C'est là qu'intervient tout le savoir-faire du contrôleur pour assurer un débit optimal de la piste. En effet, s'il espace trop les avions, il va y avoir une perte d'efficacité dans la gestion du trafic (en fait un “ bouchon ” dans le ciel, et si les avions sont trop proches, l'un d'entre eux pourrait avoir à remettre les gaz à l'approche de la piste). Pour notre Airbus tout va bien, il est aligné sur sa trajectoire au-dessus de l'Essonne.

Dans la foulée, les pilotes effectuent check-list approche. L'avion est alors transféré au contrôle d'approche et l'équipage suit les ordres du contrôleur : à la capture de l'axe ILS, il commence à sortir un premier cran de volets, puis le train d'atterrissage et enfin tous les volets. C'est tous volets sortis que l'avion va aborder la piste, pendant que l'équipage effectue la check-list avant atterrissage. Et hop ! Posé dans la foulée, pas le temps de s'endormir, les spoilers, ces pièces métalliques qui sortent de la surface de l'aile pour détruire la portance pour “ plaquer ” l'avion au sol, sont sorties automatiquement. Et l'équipage a enclenché les reverses (l'inversion de la poussée des réacteurs qui va aider à freiner l'appareil).

Vitesse contrôlée, on dégage en souplesse sur la bretelle indiquée par la tour. Lorsque la piste est dégagée, l'équipage quittera la fréquence de la tour passer avec celle du sol. C'est ce dernier contrôleur qui l'assistera au roulage et lui indiquera son emplacement de parking. Une fois “parqués”, les pilotes clôtureront les échanges radio par un “ Au parking pour quitter ”.

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