AUTOUR D’UNE POLEMIQUE

 

Gilbert KLOPFSTEIN,

ingénieur en chef de l'armement, pilote d'essai

 

Un collimateur de pilotage présentant une piste synthétique, l'horizon, le vecteur vitesse air, le variomètre à énergie totale, la route, permet à tout pilote désirant s'initier à son utilisation de poser un avion sans rien voir dehors, et de l'arrêter sur la piste dans des conditions aussi sévères que les suivantes :

Néanmoins un tel système suscite une polémique importante et il est intéressant de l'analyser. En premier lieu, il convient de se pencher sui les objections que l'on pourrait qualifier de sérieuses. Une de celles qui reviennent le plus souvent est certainement la controverse entre le vecteur vitesse air ou la trajectoire par rapport au sol. Il est indéniable que si l'on maintenait le vecteur vitesse air sur le point d'impact choisi l'avion décrirait par fort vent une trajectoire à concavité dirigée vers le haut du type " courbe du chien ", qui aurait pour inconvénient de présenter l'avion en début d'arrondi sur une pente géographique (position de l'avion par rapport au plan de descente choisi) trop faible.

Cette objection amène deux réponses :

la première c'est que seules des composantes de vent extrêmement importantes, de l'ordre de 50 nœuds ou plus, pourraient créer une situation dangereuse si par ailleurs le pilote a contrôlé une seule fois vers 500 pieds sa pente géographique. Ceci essentiellement du fait que les pentes pratiquées dans l'aviation commerciale sont faibles, de l'ordre de 4 à 5° au maximum, et que la dérive dans le plan vertical associée à de telles pentes est faible. En effet à basse altitude le vent est parallèle au sol, ceci étant une " condition aux limites " de l'écoulement, et le fait qu'il y ait du gradient n'infirme en rien cette assertion. En descendant à 3 ou 4°, l'avion vole presque dans le " lit du vent " et les dérives verticales correspondantes sont peu importantes;

La deuxième réponse est que la procédure d'emploi d'un collimateur de pilotage, telle qu'elle est écrite et enseignée en vol, n'a jamais demandé au pilote de "viser" un point de la piste avec le vecteur vitesse.

La procédure correcte est d’aligner un "marqueur de pente" sur un point convenablement choisi (et dépendant évidemment des dimensions de l'avion utilisé) de la piste. Ce marqueur n'est lié qu’à la direction de la verticale et le vent ne souffle pas sur un érecteur de gyroscope et encore moins sur un pendule de Schüler.

Le respect de cette méthode assure donc une trajectoire qui reste proche de la pente géographique choisie et ceci contre vents et… gradients. En tant qu’information de guidage, le vecteur vitesse air doit être considéré essentiellement comme un moyen d’obtenir des trajectoires stabilisées précises, dictées par l’écart du marqueur de pente par rapport au point sol choisi.

L'objectif principal est d’annuler cet écart, la distance de la trace au sol du vecteur vitesse par rapport à ce point sol est en fait un terme dérivé qui aide le pilote dans le maniement de l'avion. Il convient également de rappeler qu'il est extrêmement difficile, donc cher, d'obtenir un vecteur vitesse sol avec une fiabilité suffisante pour permettre une utilisation systématique à l'arrondi et à l'impact. En effet des techniciens non avertis pensent que cette information est aisée à obtenir avec une plate-forme inertielle. Quoi de plus simple en effet, que de mettre sur cette plate-forme qui reste horizontale un accéléromètre à axe sensible vertical et d'intégrer pour obtenir la vitesse verticale.

Le rapport de cette dernière à la vitesse horizontale donne la tangente de l'angle de pente de la trajectoire.

Ces messieurs oublient Newton. Lorsque vous effectuez une ressource augmentant votre vitesse verticale (positive vers le haut dans ce cas) d'environ 5 m/s l’accéléromètre mesurera 1,5 fois l'accélération de la pesanteur. Dans cette 1,5 fois il y en aura une qui sera due à la pesanteur elle-même et le reste, soit 0,5, sera une conséquence de la ressource. L'accéléromètre ne sait pas faire la part des choses et pour avoir la vitesse verticale il faudra, avant d'intégrer son indication, lui retrancher la valeur correspondant au champ local de la gravité Mais alors il ne faut pas oublier que l'attraction de la terre varie en raison inverse du carré de la distance à son centre. Sous nos latitudes au niveau de la mer l’accélération de la pesanteur vaut 9.8066 m/s/s, à 12 km d’altitude, elle ne vaut plus que 9.7697 m/s/s. A cette variation il faut ajouter celle qui dépend de la vitesse de l’avion et qui dépend… de la route suivie ! Un avion est plus léger quand il se déplace vers l’Est. Ces corrections peuvent paraître insignifiantes mais lorsqu’il est nécessaire d’intégrer, il ne faut plus les négliger.

Ceci veut dire que le navigateur inertiel vertical doit résoudre un équation différentielle ou apparaît l’altitude. La solution existe mais elle est malheureusement divergente. Cela veut dire que pour que cet ensemble fonctionne, il faudrait insérer au départ, en plus des coordonnées sur la terre, la distance au centre de la terre avec une grande précision, de l'ordre du mètre.

En pratique on introduit un couplage avec une altitude barométrique. Dans ces conditions, malgré un recalage précis en début d'approche, la probabilité d'avoir en fin d'atterrissage des erreurs sur le vecteur vitesse sol analogues à celles qui résultent d'un vent de 40 nœuds sur le vecteur vitesse air n'est pas négligeable, et une procédure de conservation de pente géographique serait également indispensable.

Mais quand le vent a une composante longitudinale de 40 nœuds on connaît le signe de la correction du vecteur vitesse air : il faut le placer à environ 1° au-dessus du point choisi, alors qu'il est impossible de connaître à priori l'erreur du navigateur inertiel vertical.

La simplicité de mesure du vecteur vitesse air permet donc d'envisager une utilisation jusqu'à l'impact dont les redondances nécessaires sont accessibles. Il n'en est pas de même pour le vecteur vitesse sol qui emploie une chaîne de calcul utilisant un nombre important d'éléments complexes.

Et tout ceci néglige le fait essentiel : l'utilisation du vecteur vitesse sol impose le retour au badin et l'abandon de tous les avantages qui résultent du pilotage de l'incidence.

Car une seconde objection que l'on pourrait encore qualifier de sérieuse mais qui ne l'est pas est l'absence d'indication anémométrique dans la figuration d'atterrissage.

Dès les premiers balbutiements de l'aérodynamique les spécialistes se sont mis d'accord sur le fait que l'écoulement autour du profil, générateur de la sustentation, était lié à l'incidence. Alors pourquoi, puisque cette science veut que l'on utilise l'incidence, l'anémomètre a-t-il presque toujours été présenté au pilote ?

L'explication, ou plutôt les explications sont simples :

D'autre part les tentatives d'implantation d'incidencemètres dans les planches de bord ont très souvent donné lieu à des échecs : si par hasard on essaye de tenir l'incidence avec la gouverne de profondeur on constate que l'on réussit très bien puisque c'est son rôle...

Mais alors la mécanique du vol élémentaire (et l'expérience dans le ciel) montre que l'avion décrit une courbe d'aspect sinusoïdal appelée phugoïde.

C’est cette mystérieuse phugoïde qui fait que les spécialistes de la mécanique du vol sont traités parfois par les navigants de " savants cosinus " (c'est normal puisque c'est la forme de la trajectoire). Qu'est-ce donc ?

Imaginez un avion volant en palier rectiligne uniforme, donc à vitesse constante, les trims sont réglés, la poussée est parfaitement ajustée et équilibre la traînée, la portance équilibre le poids.

Sans toucher à la gouverne de profondeur, on pousse les manettes pendant quelques secondes et on réajuste soigneusement les moteurs au point de fonctionnement antérieur (ce n'est pas exactement que l’on procède ainsi en pilotage d’essai, mais ceci est une autre affaire). Que se passe-t-il ?

La vitesse a légèrement augmenté. Puisque la profondeur est restée au même endroit, l'incidence n’a pas varié. Le coefficient de portance est donc le même. Mais la portance s'est accrue, elle a pour valeur le poids de l’avion que multiplie le carré du rapport de la vitesse après la manœuvre à la vitesse d’équilibre préalable. L’avion est soumis à un léger facteur de charge et la trajectoire s’incurve vers le haut. Les gaz ayant été réajustés à une valeur qui donnait une vitesse constante en palier, l'avion va commencer à décélérer. La portance à redécroître puisque l'incidence est constante (1/2rV² diminue). Quand elle va repasser à une valeur sensiblement égale au poids de l'avion, c'est-à-dire à l'instant où la vitesse va repasser à la valeur d'équilibre initiale, la trajectoire va cesser de s'incurver vers le haut, mais comme elle est alors franchement ascendante l'avion va continuer à monter mais de moins en moins vite. La portance continue à décroître et la trajectoire a alors une concavité vers le bas. L'ascension va s'arrêter, l'avion va redescendre, sa vitesse va augmenter, etc.

Ceux qui ont fait voler des planeurs modèles réduits se souviendront que quand on les lance trop doucement ils commencent par piquer puis ils remontent, quand on les lance très vite ils peuvent même passer une boucle qui est un cas particulier de la phugoïde.

Tout ça pour dire que si on tient l'incidence constante " au manche " les variations inéluctables de la vitesse dues aux légères erreurs de préaffichage des gaz, aux rafales, aux gradients donneront lieu constamment à des arches de phugoïde.

On verra que seule une modulation permanente de l'incidence avec le manche en fonction des variations de la vitesse permet de stabiliser la trajectoire d'un avion.

Ceci explique que les tentatives de présentation au pilote d'un incidencemètre, non accompagnées d'une consigne d'utilisation très stricte, se soient soldées par des échecs.

Mais quand par hasard l'incidencemètre était utilisé pour contrôler une éventuelle erreur sur le calcul de la vitesse, l'incidence était pilotée comme l'anémomètre, c'est-à-dire en modulant la vitesse. On peut citer également le cas des avions embarqués où le guidage de précision en approche conduisait obligatoirement à une procédure convenable.

L'incidence a l'immense avantage, par rapport à la vitesse, de ne pas dépendre du chargement, du pétrole restant et de l'évolution en cours : pour cela il suffit simplement d'inverser la consigne, on se fixe une incidence et on recoupe l'indication de l'incidencemètre par l'anémomètre. On constatera lorsqu'on effectue des virages un peu serrés que le badin augmente, cela ne vaut-il pas mieux ?

L'incidence a d'autres avantages indiscutables sur les avions modernes fortement hypersustentés (comparés à ce que donnaient les volets du Dakota). Avant le décrochage quand l'incidence augmente apparaît une dégradation de l'écoulement autour du profil se manifestant pas l'apparition de tourbillons qui sont de gros mangeurs d'énergie. Cela veut dire qu'avant le décrochage se produit une augmentation importante de la traînée.

Cela se traduit par le fait que pour tenir le palier stabilisé à incidence croissante (ou vitesse décroissante, c'est la même chose) il faut de plus en plus de poussée. Le phénomène appelé deuxième régime est très marqué. Dans la réglementation actuelle Vzrc (zéro rate of climb) tend à remplacer le décrochage.

Or ces phénomènes tourbillonnaires sont liés à l'incidence, leur présence est aisément détectée par un incidencemètre, beaucoup plus difficilement par l'anémomètre. Le vol peut commencer à être disons délicat à Vref-3 nœuds sur certains avions et une erreur de calcul sur Vref est dangereuse. De plus il faut bien regarder l'instrument pour voir de tels écarts, mais une incidence trop forte de 1° dans un collimateur ne passe jamais inaperçue. Et il n'y a pas de calcul à effectuer. Il en est qui affirment que la vitesse est plus facile à mesurer que l'incidence. Ceci est faux. Il est vrai que par suite des errements précédemment signalés on s'est beaucoup plus penché sur la mesure de vitesse.

Pour mesurer la vitesse (conventionnelle doit-on dire, IAS pour beaucoup) il faut placer un manomètre entre une prise de pression totale qu'il est assez facile d'obtenir correctement et une prise de statique qu'il est impossible de mesurer... En effet rappelons que cette pression est celle qui serait donnée par un baromètre immobile placé à la même altitude que l'avion. L'avion avance et crée de ce fait un champ de pressions qui fausse la mesure, qui n'est valable qu'au parking. On peut trouver des points sur la " peau " de l'avion qui sont à une pression voisine de l'ambiante, mais il y a toujours une erreur car l'écoulement varie avec le nombre de Mach et l'incidence. En toute rigueur il faudrait un machmètre et une sonde d'incidence pour mesurer la vitesse !

Par contre puisque l'écoulement dépend du Mach et de l'incidence il existe à chaque nombre de Mach une correspondance entre l'incidence vraie, appelé infinie amont, et la direction de l'écoulement en n'importe quel. point de la peau de l'avion. Certaines zones sont évidemment plus favorables mais rien ne s'oppose à la mesure correcte de l'incidence. (Sauf peut-être au passage de M=1, mais alors la vitesse est-elle, elle-même, si facile à corriger ?)

Chaque fois que le problème a été abordé, que ce soit sur Mirage III, Etendard IV, Jaguar, Mirage F1, Bréguet 941, Caravelle, Boeing 707, Boeing 747, DC 8-62 et 63, Transall, Mystère 20, Mercure, Nord 262, etc., une solution a été trouvée. Les sondes existent, ce ne sont plus des prototypes et elles sont fabriquées à des milliers d'exemplaires. Une installation complète de mesure d'incidence est finalement plus simple technologiquement qu'une installation anémométrique, elle nécessite des techniques de calibration appropriées qui ne sont ni plus simples ni plus compliquées que pour cette dernière. En ce qui concerne le pilotage du vecteur vitesse il est à noter que la procédure employée est critiquée par certains pilotes et parfaitement assimilée et utilisée par d'autres.

Il est curieux de constater que sur un échantillonnage qui dépasse largement 200 pilotes de ligne, la provenance et même la compagnie influent sur la première réaction du sujet devant l'énoncé de celle-ci. Certains pilotes ont soutenu, avant d'avoir été transformés, qu'il était ridicule d'affirmer que le manche pilote la trajectoire, les gaz l'incidence.

La meilleure démonstration qu'il en est ainsi est tout simplement de piloter à travers un collimateur qui présente ces informations... il est pratiquement impossible de faire autrement : on peut déplacer rapidement et avec précision la trajectoire avec le manche, c'est pratiquement impossible aux gaz. On peut par contre fixer une incidence avec le manche, il suffit de le bloquer mais alors on décrit une phugoïde. L'ajustement d'une incidence avec les gaz, mais en maintenant par ailleurs une trajectoire stabilisée au manche ne présente pas de difficultés.

Tout ceci s'explique simplement. Quelle que soit l'instrumentation utilisée, le pilote applique cette procédure même s'il est persuadé de faire autrement.

En effet à un instant donné l'avion a une vitesse (ceci est une vérité dite de M. de la Palisse), même si celle-ci n'est pas désirée. Donc une certaine valeur de la quantité 1/2rV².

Pour maintenir une trajectoire stabilisée quelconque, que ce soit un palier, une montée une descente, un virage permanent, il faut une certaine portance. Cette portance doit être égale au poids de l'avion en palier (n=1), très légèrement inférieure en descente et en montée (certains vont croire que ce dernier mot est faux, ils sont à plaindre), égale à 1,41 fois le poids de l'avion en virage en palier à 45° d'inclinaison.

A cet instant, une seule incidence assurera donc cette portance particulière, l'évolution en cours sera donc poursuivie en maintenant le manche à la position qui correspond à cette incidence (à centrage donné bien sûr).

Mais il est bien évident que si à ce même instant on lit une incidence trop forte, ou ce qui revient au même une vitesse trop faible, une évolution de vitesse à évolution constante (c'est-à-dire en maintenant le palier si on était en palier, la montée ou la descente si on s'y trouvait) amènera, pour maintenir cette évolution une action à pousser sur le manche qui diminuera l'incidence ce qui était le but recherché. Cette augmentation de vitesse à évolution constante ne peut être obtenue qu'en créant avec les moteurs une poussée supérieure à la traînée.

Personne n'a jamais prétendu qu'il ne fallait pas pousser les manettes pour monter. Mais en réalité pour ce faire il faut tirer le manche puis le remettre aussitôt pratiquement au même endroit, ensuite il est bien évident que si l'on a incurvé la trajectoire vers le haut d'environ 5° 44 minutes (angle dont le sinus vaut 0,1) sans augmenter simultanément la poussée des moteurs du 1/10ème du poids de l'avion celui-ci va perdre 1 m/s toutes les secondes, soit 120 nœuds en une minute à basse altitude. Ce n'est pas une situation d'avenir.

Ceci nous amène au variomètre à énergie totale qui n'est rien d'autre qu'un dispositif simple de mesure simultanée de pente et d'accélération permettant de faire en permanence le petit calcul précédent dans toutes les conditions de vol et de présenter au pilote le résultat sous une forme intuitive.

Hélas il reste quelques vieilles gloires du pilotage qui refusent d'utiliser cet instrument même en présentation tête basse. Or malheureusement une étude sérieuse leur donne raison contre un nombre important de personnes insuffisamment informées qui voudraient qu'une première étape consiste à utiliser cet instrument en planche de bord, car le variomètre à énergie totale est un instrument adapté au pilotage tête haute.

Ces vieilles gloires prétendent qu'elles n'ont pas besoin de cette information pour " préafficher " une poussée. C'est peut-être vrai mais n'importe quel pilote même fatigué, même peu entraîné sur une nouvelle machine, même en cas de charge de travail anormalement élevée (cas de panne par exemple), effectuera en l'utilisant un préaffichage plus précis que le meilleur réalisable sans son aide. Pour cette raison la première impression sur cet instrument est qu'il s'intègre parfaitement à la philosophie " classique " du pilotage. Quand on a observé une fois objectivement une sortie de train en palier, que l'on a suivi l'abaissement des roues et que l'on a réajusté exactement la poussée on ne peut qu'être acquis. Il en est de même lors de l'exécution d'une diminution de pente de montée qui serait rendue nécessaire par une baisse importante de poussée. Malheureusement on s'y attache trop dans ces conditions. En effet, ce n'est qu'un paramètre dérivé et il doit être associé obligatoirement à une source d'information précise du paramètre fondamental qui régit l'écoulement : l'incidence. De même qu'aucune procédure valable n'a jamais demandé au pilote de " viser " avec le vecteur vitesse air il est impensable de lui demander d'aligner en permanence le repère de variation d'énergie totale sur la pente air. Ceci ne doit être réalisé que lorsque l'on se trouve à la bonne incidence. Or parmi les avantages incontestables de l'incidence sur l'anémomètre figure la sensibilité à la détection d'un écart. Le vario à énergie totale peut être associé à la tenue de vitesse, mais cette procédure est dangereuse par fort gradient de vent car la nécessité d'un réajustement de poussée n'apparaîtra que tardivement. La procédure consistant à maintenir l'incidence en s'aidant du V.E.T. est saine : toute variation sera décelée très tôt et elle impose alors en toutes circonstances un décalage des deux repères, et il est bien connu qu'imposer dans des cas difficiles une manœuvre qui est exécutée normalement dans tous les cas est un facteur très favorable à la sécurité aérienne. Il est d'ailleurs significatif que les 2 informations de vecteur vitesse et d'énergie totale présentées à l'aide de 2 réticules mobiles seulement représentent 2 paramètres dans un tableau de bord (la pente et le V.E.T.) et 3 paramètres dans un collimateur : la trajectoire, l'incidence et le V.E.T. (en associant uniquement un repère fixe). Si l'on ajoute alors un marqueur de pente on obtient en tête haute un ensemble utilisable et dans une présentation tête basse un fouillis inextricable (sauf évidemment avec beaucoup d'entraînement, on se fait à tout).

Car le fond de la polémique est là : tête haute ou basse.

Depuis très longtemps les pilotes de chasse utilisent des collimateurs dits de tir, qui sont en fait des collimateurs de pilotage, car placer un avion pour que le tir aux armes de bord soit efficace c'est avant tout piloter cet avion. Or jamais ces pilotes n'ont prétendu que le collimateur les empêchait de voir dehors.

Il n'en était pas ainsi pour les premiers " head up display " utilisés à des fins civiles. On a cru très longtemps que le problème principal lors de la transition du vol aux instruments au vol à vue était l'accommodation.

Il n'en est rien car il est possible en courte finale de "jeter un regard " sur le badin et de ramener le regard sur la piste sans être gêné. Le problème est en réalité lié à la différence des processus mentaux en vol aux instruments et en vol à vue et à la difficulté qu'il y a à reconnaître rapidement ce que l'on aperçoit.

Cette idée fausse a fait commettre une grave erreur qui pèse encore lourdement à l'heure actuelle : la projection à l'infini, dans le pare-brise, des instruments de la planche de bord. Dans ce cas on peut effectivement être coupé du dehors.

Supposons que l'on figure, à l'infini, un badin. Un index défile devant une échelle (ou une échelle devant un index ... ) et l'index se trouve par exemple devant le chiffre 130. L'avion vole à 130 nœuds. Le cerveau demande à l’œil la position relative de cet index et des chiffres de l'échelle et en déduit une action à entreprendre. Mais si l'index apparaît dans le paysage au sommet de la tour de contrôle cela ne voudra dire en aucune façon que cette tour mesure 130 pieds. Dans la lecture des positions relatives des deux symboles on n'a que faire de la tour de contrôle : on la regarde et on ne la voit pas. Le cerveau n'est pas " demandeur " du monde extérieur et cet anémomètre a empêché le pilote faisant du vol aux instruments de voir dehors. Mais quand un pilote de chasse fait coïncider le point d'impact de ses projectiles avec la position future de sa cible en amenant un symbole convenablement calculé de son collimateur sur la position présente de l'avion hostile, ce symbole n'empêche nullement de voir cet hostile car son cerveau s'intéresse à la fois aux deux objets. Dans le premier cas nous avions affaire à un " head up display " mais pas à un collimateur de pilotage. En résumé on ne peut pas mettre n'importe quoi dans un collimateur : même par visibilité nulle les symboles doivent inciter le cerveau à chercher le monde extérieur, donc en donner une représentation imagée simple.

Les H.U.D. qui ne respectaient pas ce principe ont été des échecs qui marquent encore la polémique actuelle.


Photo du HUD Marconi équipant les B737-800 (no comment)

Une autre raison, celle-là physiologique, tendrait à rechercher des solutions utilisant des collimateurs. Elle a été expliquée dans un papier rédigé par le docteur Lavernhe et qui va être publié sous peu. Elle est liée au phénomène appelé " nystagmus " et j'espère que cet auteur ne m'en voudra pas si j'abaisse le niveau de son étude à celui d'une vulgarisation.

L’œil est un dispositif de poursuite. Cela veut dire qu'il s'accroche sur des objets bien définis, fixes ou mobiles, et tend à conserver leur image sur une partie de la rétine appelée " fovea centralis " qui est au voisinage de son intersection avec l'axe optique.

Parmi les fonctions qui tendent à assurer cette poursuite, qui vous avez certainement constaté est très rapide, figure une " liaison " étroite entre les canaux semi-circulaires (labyrinthes) sensibles aux accélérations angulaires de la tète et le système oculomoteur. Son but est le suivant : si vous fixez un objet et que la tête tourne brutalement à droite, la détection du mouvement de celle-ci par les labyrinthes tend à déplacer les globes oculaires dans les orbites vers la gauche pour maintenir l'image de cet objet au centre de la rétine.

Tout le monde peut se livrer à la petite expérience bien connue qui consiste à tourner une dizaine de fois vers la droite par exemple. La masse gélatineuse contenue dans les canaux horizontaux va être entraînée dans ce mouvement. Si l'on s'arrête brutalement, cette masse va continuer pendant quelques instants son mouvement vers la droite, équivalant dans la boite crânienne à celui qu'elle effectuerait, si à partir de l'arrêt, on tourne la tête vers la gauche. Les globes oculaires vont être poussés vers la droite par un mouvement réflexe et pendant ce mouvement on aura l'impression de voir le monde extérieur tourner à gauche. Les globes arrivent en fin de course, l'asservissement décroche, les yeux reviennent rapidement au milieu et l'oscillation recommence entretenant l'impression fausse de rotation. En réalité on ne voit rien tourner, les perceptions sont mises en défaut. Ce phénomène explique que l'on perçoive " visuellement " la rotation au décollage ou une mise en virage lorsqu'on est passager la nuit dans un avion de ligne.

Lors de la rotation à cabrer les labyrinthes détectent l'accélération angulaire vers le haut, poussent les yeux vers le bas et créent une fausse perception de rotation de la cabine vers le haut autour du crâne du sujet.

Tout ceci prouve que l'être humain trouve normal de voir le monde partir vers le bas lorsque sa tête bascule vers le haut, il ne ressent alors aucun trouble physiologique.

Mais lorsqu'on détruit cette corrélation naturelle, il peut évidemment le supporter plus ou moins bien mais apparaissent alors des symptômes de désorientation.

C'est le cas lorsqu'on lit dans une voiture quand elle tourne à droite et que l'on regarde dehors on voit le paysage défiler vers la gauche, si l'on fixe un livre il faut un effort anormal du système oculomoteur pour maintenir le regard sur le livre, car les globes oculaires tendent à partir à gauche.

La voltige aérienne est plaisante quand on regarde dehors, elle peut être très pénible si l'on fixe un point dans l'avion.

Un collimateur bien conçu présente un horizon à l'échelle 1, une piste synthétique qui a les mêmes mouvements que la vraie piste, le vecteur vitesse qui est la trajectoire (en site) de l'avion dans le paysage, le symbole de route qui est la trajectoire en azimut, l'énergie totale qui est une pente " énergétique " délectée à partir de l'horizon. Il n'existe pratiquement qu'un seul symbole, tout petit, lié à l'avion, c'est le repère d'incidence. En voltige, voir simultanément le capot et l'horizon n'est pas gênant; le repère d'incidence c'est le capot.

Cette théorie simple a été vérifiée pratiquement. Le " Royal Aircraft Establishment " canadien a soumis des pilotes à des accélérations oscillatoires croissantes sur un mouvement cabine de simulateur spécialement conçu. Dans tous les cas la lecture d'une instrumentation de planche s'éteignait avant celle de symboles projetés à l'infini.

Au cours d'un vol sur le Nord 262 utilisé pour ces études de collimateur, la turbulence était telle que la lecture de la planche de bord était parfois impossible au trois membres de l'équipage. Des approches aveugles complètes ont pu être réalisées avec le TC 121.

Alors pourquoi cette opposition?

Certains parlent de fatigue visuelle, de charge de travail. Est-ce bien objectif puisque d'autres (dont l'USAF et le MIT) affirment que la charge de travail est diminuée ? Des pilotes de ligne ont utilisé le collimateur pendant plus de deux heures consécutives par forte turbulence et vent arrière pour exécuter des séries d'approches et d'atterrissages aveugles sans la moindre fatigue visuelle. De toute façon il n'est pas question d'imposer le collimateur pendant toute la croisière mais uniquement pendant les phases du vol où une grande précision est requise : décollage et montée initiale, procédures antibruit, trajectoires de départ, fin de percées, procédures d’atterrissage et arrêt de l'avion sur la piste.

Pour le reste du vol on verra à l'usage et il n'est pas question de supprimer l'altimètre ou le badin (redisons-le indispensable à grande vitesse ... ).

Le collimateur résout élégamment le problème de la transition parce qu'il n'impose pas de changement de mode de pilotage. Une procédure unique est employée et cette procédure est la même par beau temps ou de nuit. Ceci entraîne par ailleurs une simplification de l’entraînement, de la formation et du maintien de la qualification.

Il évite les accidents provoqués par un passage prématuré du vol aux instruments au vol par rapport à des références extérieures mal identifiées.

Une objection néanmoins reste valable, elle est invoquée fréquemment par les détracteurs : c'est la présence du collimateur lui-même. Le rêve serait d'avoir les images directement dans le pare-brise. Ce sera peut-être le cas un jour quand on saura réaliser un parallélisme suffisant des diverses lames composant le pare-brise. C'est déjà réalisé sur l'avion de combat F 14 de l'US Navy.
Photo du HUD équipant les C-130J

Cet inconvénient n'existe pas lorsque le collimateur est prévu dès la conception du cockpit. Lorsque l'installation doit faire l'objet d'un " retrofit " sur un avion, des compromis sont évidemment nécessaires et cela amène un refus de collaboration de la part de certains.

Quand à la maintenabilité des qualités du matériel, c'est-à-dire essentiellement de la précision de l'harmonisation, le problème a été résolu depuis très longtemps. En effet, la précision demandée est du même ordre que celle du collimateur de tir d'un avion de combat dont le fonctionnement doit être assuré sur le champ de bataille.

Au collimateur on reproche également la polarisation. On dit que le pilote est " coupé " de la planche de bord.

Dans un bon collimateur d'approche il y a peu de chose, mais il y a tout. Seulement six paramètres sont représentés :

et les trois dérivées de ces paramètres de base :

La procédure correcte d'utilisation consiste à maintenir à zéro les trois paramètres de base en agissant sur les trois dérivées. Quoi de plus simple et de plus logique !

Quand l'avion n'est ni haut ni bas, ni à droite ni à gauche, ne va ni trop vite ni trop doucement et que les trois dérivées sont faibles il n'y a plus qu'à attendre, il ne peut rien arriver de fâcheux dans l'immédiat. Dans ces conditions qu'a-t-on besoin d'aller chercher dans la planche ? Des pilotes ont donc tiré hâtivement la conclusion qu'ils ne pouvaient la voir parce qu'ils ne l'avaient pas regardée. D'autres disent que tout est parfait parce qu'on a plus besoin de la chercher.

Quand on a une certaine habitude de ce pilotage on finit par se convaincre que quand les dérivées sont faibles on a le temps de faire autre chose, c'est-à-dire que la fréquence d'échantillonnage demandée aux yeux par le cerveau peut diminuer. Pratiquement on apprend à lire le collimateur plus vite et moins souvent, et il est aisé de regarder ailleurs ce que l'on désire. Il faut évidemment une certaine accoutumance pour arriver à ce stade.

Des attaques violentes viennent parfois de personnes défendant farouchement l'atterrissage automatique (et qui vont jusqu'à l'assimiler à l'atterrissage tous temps). Ils prétendent que ceux qui veulent démontrer que l'atterrissage manuel aveugle est possible sont réfractaires au progrès.

Il n'y a aucune incompatibilité entre les deux modes, au contraire, ils sont parfaitement complémentaires. Les pilotes de l'IFALPA conviés à une transformation sur l'initiative du SNPL ont été unanimes sur ce sujet : un collimateur est le meilleur moyen de surveiller un pilote automatique.

Un collimateur capable de l'atterrissage aveugle est moins cher qu'un pilote automatique et offre une redondance indispensable à la sécurité. Pour beaucoup de pilotes de ligne un système automatique ne peut, en aucun cas, suppléer à l'équipage, et doit rester un moyen mis à sa disposition.

Il est ridicule de préconiser l'automaticité à tout prix et d'aller jusqu'à des schémas de " non-intervention ". Si l'on en arrivait à ces extrêmes, la solution la plus simple pour assurer cette " non-intervention " serait soit de placer le pilote à la tour de contrôle, soit de supprimer le manche, le palonnier et les manettes.

Un véritable automaticien sait que pour faire atterrir un avion il y a beaucoup plus d'entrées aléatoires que dans le fonctionnement d'un laminoir. Cela signifie que les probabilités d'accident calculées pour les pilotes automatiques les plus sophistiqués sont inférieures à ce que l'on peut trouver en exploitation. Il faut donc qu'indépendamment des sécurités et redondances le pilote puisse surveiller étroitement le fonctionnement des systèmes. La meilleure façon d'effectuer cette surveillance est de guetter 2 ou 3 dérivées faciles à lire et à interpréter dans un collimateur : le vecteur vitesse doit rester " vers " l'entrée de piste, la route ne pas s'écarter de plus de 2 ou 3 degrés de la ligne de fuite de celle ci. Lors d'une anomalie, la lecture des 3 positions de base permettra de décider instantanément entre la poursuite manuelle ou l'interruption de l'approche.

Beaucoup de pilotes ont remarqué que le grossissement de l'image de piste près du sol entraînait un " éveil " naturel au moment où il devenait nécessaire. Par opposition, l'instrumentation classique amène progressivement à un relâchement de l'attention qu'il est difficile de surmonter.

Certains ne nient pas la validité des informations nouvelles (incidence, VET, route, piste) mais les demandent dans des visualisations " tête basse ".

C'est oublier que pour conserver la précision de lecture et se conformer au besoin physiologique dont il a été question plus haut, l'échelle 1 est indispensable.

L'instrument de planche satisfaisant à cette condition devrait mesurer dans les 60 centimètres pour conserver un champ suffisant. Il est encore plus difficile à intégrer dans un cockpit qu'un collimateur. Si l'on comprime l'image, la précision diminue, si l'on conserve l'échelle et que l'on " truque " l'image en la décalant pour la maintenir dans un petit écran elle devient plus difficile à interpréter. Il est notoire que les études d'indicateurs d'assiette anamorphoses ont conduit à ne pas dépasser 1,4 à 1,6 fois ce qui se faisait avant, ce qui donne 4 à 5 fois moins que les collimateurs.

Alors pourquoi toute cette polémique?

En y réfléchissant un peu on constate qu'il n'y a pas de polémique.

Les pilotes de toutes provenances qui ont accepté de recevoir une information valable sur les collimateurs récents se chiffrent maintenant par centaines. Parmi ceux-ci les détracteurs se comptent sur les doigts d'une seule main.

On constate que les critiques viennent surtout de ceux qui n'ont pas vu, de ceux qui n'ont pas voulu se pencher sur le problème ou de ceux qui ont cru voir et évaluer convenablement ces principes nouveaux.

Ceux qui n'ont pas vu sont excusables, ils sont malheureusement très nombreux car les matériels sont encore rares. Leurs critiques font que ces matériels restent rares, d'où un cercle vicieux...

Ceux qui n'ont pas voulu voir, en ayant eu une occasion valable, ne méritent pas d'être pris en considération.

Ceux qui ont cru voir sont également excusables, mais ce sont les plus néfastes. En effet une erreur a été commise : c'est celle de mettre des collimateurs en expérimentation en fournissant uniquement des notices plus ou moins bien rédigées aux utilisateurs. On a constaté que des pilotes ayant pourtant compris les principes de base pouvaient être complètement déroutés pendant les premières minutes d'utilisation. Ils repliaient alors la glace, ce qui était une bonne manœuvre, mais affirmaient ensuite que cela ne fonctionnait pas et qu'ils avaient vu !

Il est indispensable d'effectuer une qualification sur ces matériels. Lorsqu'elle sera acquise elle sera ensuite valable sur tous les avions. L'idéal serait donc de l'obtenir en école.

Ce n'est pas la lecture d'une ou deux pages, à la sauvette, avant un courrier, qui peut permettre de se passer d'instruments utilisés depuis la plus tendre enfance aéronautique. Faire confiance à l'incidence plutôt qu'au badin ne s'improvise pas en approche à Kennedy, associer " nez bas " à trop vite peut demander plus que quelques secondes et tout est rejeté.

Cette transformation est-elle une condamnation de ces principes?

Un collimateur américain, destiné uniquement à l'approche VFR, est plus simple à interpréter pour un débutant que le CV 91 de la Thomson CSF, conçu pour le même usage mais basé sur le vecteur vitesse. Il ne nécessite pas de transformation des pilotes. Il a pourtant été rejeté après évaluation comparative par une grande compagnie aérienne française. Le choix final s'est, porté sur le CV 91.

La qualification demande un à deux vols pour une utilisation VMC; un vol supplémentaire pour un collimateur IMC. Une expérimentation est en cours dans une autre grande compagnie française pour obtenir cette transformation sur simulateur.

L'information valable n'est donc en fait qu'une séance d'instruction, il ne faut pas avoir peur des mots.

Quand ce recyclage est accepté, ces nouveaux principes de pilotage font presque l'unanimité. A l'heure actuelle il existe à Air France, à l'Union des Transports Aériens et à Air Inter des pilotes parfaitement qualifiés pour s'en servir et pour en parler. Seul leur avis est valable. A signaler également l'action internationale entreprise par la Commission technique du SNPL qui a obtenu que des membres des comités spécialisés de l'IFALPA et d'associations étrangères subissent la transformation complète. Ces informations sont un peu rapides, la présence de ces pilotes étrangers en France ne pouvant dépasser un ou deux jours, et le " briefing " préalable étant assez long. Tous ces pilotes ont pu réussir des atterrissages aveugles avec arrêt de l'avion sur la piste dans des conditions météorologiques parfois sévères. Tous sont favorables à l'installation des collimateurs sur les avions de ligne. Ceci a conduit à adopter en octobre 1974, à la réunion de l'" AWOP ", une résolution qui est une véritable apologie du collimateur.

Il n'y a donc pas de polémique...

Pendant des années (la théorie de base date de 1964), ces idées très simples mais nouvelles se sont heurtées à un tel mur d'incompréhension que les travaux correspondants ont failli être stoppés. C'est grâce à des pilotes de la Direction des Opérations Aériennes d'Air France, du Secteur DC 8 de l'UTA, de la marque Mercure d'Air Inter et de la Commission technique du SNPL que des collimateurs de démonstration, très imparfaits, ont pu être maintenu en état de vol.

Un retour en arrière n'est plus possible car, même si aucune suite n'était donnée en France à ces premières réalisations, le pilotage complet en collimateur pendant certaines phases du vol nous reviendrait des États-Unis : les derniers avions de combat de l'USAF ne possèdent en " planche " qu'une instrumentation de secours et les avions civils suivront inévitablement.

Gilbert KLOPFSTEIN