Les systèmes d'atterrissage automatique actuellement proposés ont le grave inconvénient de ne permettre qu'un contrôle imprécis et surtout trop tardif pour un pilote ne disposant que des instruments de bord classiques.Or, ainsi qu'une récente résolution de l'IFALPA vient de le préciser, c'est le Pilote humain qui doit rester seul responsable.

Dans l'état actuel des choses, on est donc amené soit à se priver d'un système perfectionné capable d'atterrir correctement l'avion tout seul (ou, ce qui revient presque au même, à n'utiliser qu'une partie de ses possibilités), soit à priver le pilote de l'exercice de sa pleine responsabilité dans une phase cruciale du vol.

Les constructeurs, conscients de cette difficulté, ont proposé des systèmes avertisseurs permettant d'alerter le pilote lorsqu'une panne survient. Selon sa gravité, le pilote reste juge de la situation. Il peut se borner à constater qu'un transfert ou une sécurité a bien fonctionné ou bien il peut être amené à exécuter une remise de gaz après débrayage partiel ou total du Pilote automatique. Ceci n'est cependant pas satisfaisant, car :

a) l'alarme ne peut agir qu'après le franchissement d'un certain " seuil " d'écart,

b) le pilote ne la perçoit et n'agit qu'après un certain délai,

Il faut donc recourir à une nouvelle génération d'instruments permettant le contrôle continu et précis du vol et du guidage de l'avion aussi bien - et mieux si possible - que par le contrôle optique dans des conditions de visibilité normales.

On objecte parfois que de tels instruments permettraient alors l'atterrissage manuel sans visibilité... (nous verrons plus loin qu'il en existe ayant démontré cette Possibilité). Les pilotes répondent oui mais pourquoi l'interdire ? Car alors cela mène tout droit à l'utilisation obligatoire de l'atterrissage automatique même en conditions de parfaite visibilité... d'où un sous-entraînement des pilotes qui les rendrait incapables d'une reprise en main en cas de défaillance du pilote automatique.

Il est bien plus raisonnable de toujours laisser au pilote le choix des moyens à utiliser et de ne pas le priver volontairement de ceux qui lui permettent un contrôle valable d'un système automatique tout en lui facilitant la tâche dans les conditions habituelles.

Pour les pilotes, la seule façon de sortir du dilemme est de mettre à leur disposition ces nouveaux instruments capables de permettre un contrôle valable de l'atterrissage automatique sans abandon de la responsabilité du pilote.

En effet, s'ils permettent un pilotage manuel aussi précis que le pilotage automatique, ils permettent aussi une prise en main à tout moment comme peut le faire un moniteur avec son élève.

1. Guidage.

La quasi totalité des systèmes d'atterrissage automatique prévus pour l'équipement des avions de transport civils prennent leurs informations de guidage sur l'ILS, ce qui justifie les efforts considérables en faveur du perfectionnement de ce moyen, lequel a en outre l'avantage d'être mondialement installé.

Il serait donc très important que parallèlement à l'amélioration des performances des ILS pour les amener au niveau requis pour leur utilisation par les pilotes automatiques, soient résolus les problèmes de fiabilité absence totale de pannes ou anomalies même passagères, maintien des performances en cas de transfert d'émetteur et stabilité de ces performances dans le temps.

La nature même de l’ILS et l'expérience déjà longue qu'on en possède font craindre que ces buts ne soient jamais atteints,

C’est pourquoi nous pensons que la nouvelle génération d'instruments devra permettre l'utilisation facile non seulement de l'ILS, mais aussi d'un autre procédé de guidage d'une qualité équivalente, basé sur un principe complètement distinct, et utilisant des aériens indépendants.

2. Transition.

Les cas de visibilité complètement nulle étant tout à fait rarissimes, il est évident que lorsque le monde extérieur apparaît au pilote, celui-ci cherche la confirmation visuelle de l'exécution correcte de la manœuvre. Or, il est souhaitable et même très important qu'il ne quitte pas ces yeux les références instrumentales avant que les références visuelles soient suffisantes... ce dont il ne peut se rendre compte précisément qu'en regardant dehors. C'est pourquoi nous croyons indispensable que le pilote conserve ses références instrumentales quand il regarde à travers son pare-brise.

Quelques constructeurs ont proposé des systèmes périphériques (le premier à notre connaissance ayant été le P.V.D, ou " Para Visual Director " britannique). Mais ceux-ci ont l'inconvénient de n'être que des Directeurs de Vol : s'il permettent effectivement au pilote détecter " du coin de l'œil ", tout mouvement de l'indicateur en gardant tête haute et en regardant à travers pare-brise complètement dégagé, ils ont par contre le défaut de ne pas donner les références de base, mais seulement l'indication de la manœuvre à faire (qui " tend " à immobiliser l'indicateur) pour suivre une trajectoire précalculée.

3. Sensibilité.

Cependant, d'autre problèmes se posent même par visibilité illimitée. Dans le champ relativement important du pare-brise, il n'y aucun repère, vu à l'infini (donc indépendant des mouvements de la tête du pilote) et lié à l'axe de l'avion qui permette d'en définir la position par rapport à l'horizon naturel... lequel est inutilisable la plupart du temps. Tout pilotage précis doit avoir recours l'horizon artificiel et l'on s'est vite aperçu qu'il est d'autant plus difficile de s'en servir que l'avion est rapide si l'on veut tenir une altitude ou un taux de descente : il faut " confirmer " l’horizon.

Le remède a consisté à accroître la sensibilité et la fidélité de l'instrument mais on est vite limité par sa taille en ce qui concerne le premier point.

Si nous convenons d’appeler " sensibilité " d'un horizon artificiel le rapport entre l'écart angulaire sous lequel est vu le débattement de la barre d'horizon depuis l’œil du pilote et l'écart angulaire réel de l'avion, (c’est-à-dire celui de l'horizon naturel), un calcul simple montre que :

• pour un horizon classique, dont le débattement de la barre est 0,8 mm par degré, la sensibilise est de 1/17,
• pour un instrument dit à " haut sensibilité ", (1,4 mm par degré), la sensibilité est de 1/10,
• pour le nouvel horizon prévu sur le " Concorde ", et dont le débattement serait de 2,4 mm par degré, la sensibilité ne serait encore que de 1,5/8, autrement dit, même dans ce dernier cas, l'horizon naturel est encore près de 6 fois plus précis !

Il faut encore ajouter que ces " hautes " sensibilités ne sont obtenues sur un instrument " classique " qu'au prix d'inconvénients sérieux, tels qu'une réduction importante de cette sensibilité au dehors de la plage normale d'utilisation, ou même sur certains instruments d'un blocage dangereux de la barre à partir d'une certaine valeur où elle reste visible sur une indication devenue fausse !

Cependant, une sensibilité 1/1 donnant le même écart angulaire pour l'horizon de l'instrument et pour l'horizon naturel, ceci conduirait à homogénéiser réactions de pilotage à vue ou aux instruments. Mais la raison suivante justifie aussi le choix de cette valeur 1/1 :

4. Pente.

Les essais ont montré que la précision du pilotage manuel croît avec la sensibilité de l'instrument, mais qu'il n'est cependant pas indispensable d'aller jusqu'à 1/1, sauf dans le cas où l'on veut utiliser un instrument à lecture " tête haute " capable de collimater une barre d'horizon à l'infini pour servir d'indicateur de pente. En effet, seule la sensibilité 1/1 permet d'avoir une image de barre, fixe par rapport à l'horizon naturel, et par suite de connaître la pente vraie de l'avion par rapport à n'importe quel point vu dans le champ de l'instrument. Un repère ajustable ou une échelle graduée permet donc, d'une façon très simple de connaître la pente de l'avion par rapport au point visé à l'entrée de piste.

Or, cette indication de pente devient, elle aussi, de plus en plus importante, en particulier pour les avions à réaction qui n'ont pas la stabilité de vitesse des avions à hélice et pour lesquels on sait l'importance de la précision de l'endroit où doivent toucher les roues, surtout sur pistes courtes ou mouillées.

En outre, les trajectoires d'approche finale ayant des pentes faibles, toute erreur angulaire due à une rotation ou à un gradient de vent pendant la descente se traduit par une erreur importante en distance. Il faut donc que toute variation de la valeur de la pente puisse être détectée dès le début.

Si l'on considère les moyens visuels dont dispose le pilote pour apprécier sa pente, on s'aperçoit qu'ils peuvent se ramener à deux : soit l'utilisation d'un indicateur visuel d'approche au sol (V.A.S.I. ou équivalent)... S'il en existe, ce qui justement est rare sur les pistes courtes où l'on en aurait le plus besoin, soit plus généralement les techniques d'observation visuelles du pilote, lesquelles varient avec les individus, les conditions de visibilité, les repères disponibles etc.. mais ne peuvent en tout état de cause être très précises faute de moyens adéquats.

Les indicateurs visuels d'approche sont une aide appréciable, mais sont imparfaits en ce sens qu'ils ne donnent la pente que pour un point privilégié de la piste, et qu'une variation de pente n'est pas immédiatement perceptible. En outre, si l'on est hors de la pente idéale, on peut seulement savoir si l'on est " au-dessus " ou " au-dessous " mais on ne peut savoir " de combien ".

Par contre, un viseur à collimation qui montre une barre d'horizon " bloquée dans l'espace " grâce à une sensibilité 1/1 se comporte comme un V.A.S.I. universel aéroporté, valable pour toute la valeur de pente, pour n'importe quel point visé et permet de détecter facilement toute variation par rapport à une valeur choisie.

5. Appréciation de la hauteur.

Les avions de ligne modernes étant affligés de nez de plus en plus démesurés (et ceci ne va que s'aggraver avec les avions supersoniques), il est difficile pour le pilote d'apprécier la hauteur de ses roues au-dessus du sol car il est assis très loin en avant et au-dessus de celles-ci. Toute variation d'angle d'attaque due par exemple à un gradient de vent subi en finale, se traduit par une hauteur de l’œil différente au moment du contact des roues. Cette difficulté d'appréciation jointe à celle d'estimer correctement la pente a déjà causé de nombreux accidents.

Là encore un viseur à collimation permet de fournir une indication exacte de l'assiette au moment de l'arrondi (la différence d'altitude entre l’œil et les roues varie avec cette assiette), et également de fournir l'indication d'une radio-sonde dont l'antenne serait située au voisinage immédiat du train principal.

Ils constituent, à notre avis, cette nouvelle génération d'instruments, capables de répondre aux nouveaux besoins énumérés ci-dessus et permettant de résoudre le dilemme entre la responsabilité du pilote et celle de l'automate.Ces instruments, généralement plus connus sous l'appellation " H.U.D. ", ou Head-Up Displays, comprennent tous les instruments qui peuvent être utilisés en gardant la tête haute pour voir normalement à travers le pare-brise. On pourrait classer parmi ces instruments les simples avertisseurs lumineux (comme les sécurités d'arrondi automatique du système Sud-Lear) ou les Directeurs de vol para-visuels (tels le P.V.D. dont il a été question plus haut), mais les seuls qui répondent aux nouveaux besoins sont les appareils utilisant le principe de la collimation optique de repères lumineux vus à l'infini à travers le pare-brise. C'est en somme l'application à l'aviation civile du collimateur de tir bien connu, où l'on remplace les données de tir par les informations de vol et de guidage.

Deux techniques principales sont utilisées avec succès : celle du tube cathodique et celle des réticules éclairés.

La première offre l'avantage théorique d'une plus grande souplesse dans le choix, la forme et la taille des images, ainsi qu'une absence quasi-totale d'inertie et de temps d'amortissement. Par contre, il est difficile d'obtenir une très grande luminosité et une bonne définition des images ; il est encore plus difficile de différencier par la couleur les diverses informations fournies par l'appareil. Il faut ajouter que les tubes à haute luminosité exigent une très haute tension (ce qui n'est jamais à conseiller à bord d'un avion) et aussi que la souplesse dans le choix des images n'est obtenue que parce que celles-ci sont fournies par un calculateur électronique très complexe, ce qui suppose un prix élevé pour garantir la fiabilité nécessaire.

La seconde technique ne permet qu'un choix limité d'informations, mais grâce à un " mélangeur à prismes ", plusieurs réticules peuvent être ramenés fictivement dans le plan focal de la lentille et collimatés simultanément. La perte de lumière qui en résulte ne présente pas d'inconvénient grâce à la très forte puissance lumineuse dont on dispose. L'expérience a montré qu'il ne faut pas surcharger le champ visuel, si bien que la première technique ne peut utiliser toutes ses possibilités théoriques, et que la seconde permet en pratique un choix bien suffisant de paramètres.La très forte puissance d'éclairage dont on dispose (il existe maintenant des lampes d'éclairage petites et très puissantes, qui peuvent être facilement multipliées pour assurer la sécurité de l'éclairage des réticules) donne une excellente luminosité des images. Les techniques de découpage électrique permettent le tracé d'images très fines et dont la définition est parfaite. Il est très facile de différencier les réticules grâce à des écrans colorés. Enfin on sait maintenant construire des servomécanismes assez puissants et bien amortis pour que leur inertie puisse être considérée comme négligeable devant le temps de persistance rétinienne.

La comparaison des deux techniques par les avantages et inconvénients cités plus haut nous semble à l'avantage de la seconde, que nous croyons plus simple, mais nous voyons en outre deux raisons majeures de la préférer :

1°) Les images sont données par des fentes ou trous éclairés dont la forme est immuable et indépendante du fonctionnement d'un calculateur.

2°) Il semble beaucoup plus facile de contrôler avec la précision nécessaire le positionnement correct d'un servomécanisme que celui d'une ligne sur l'écran d'un tube cathodique.

De plus, si l'un des servo mécanismes présente un défaut, il est possible d'éteindre son éclairage en conservant celui des autres (ou de le faire clignoter selon la gravité du défaut). Ceci nous semble la plus efficace des alarmes, mais semble difficile à réaliser avec un tube cathodique.

Cependant, la première technique est la plus connue, sans doute parce qu'elle est utilisée par des constructeurs aux services commerciaux plus étoffés. Il semble que ces appareils (Rank-Cintel, Specto-Avionics, Elliot) dérivent tous de spécifications établies par le Ministry of Aviation britannique, car les images fournies sont sensiblement les mêmes. Un de ces appareils était installé sur un Nord 2500 à Brétigny et nous avons eu l'occasion de l'utiliser au cours d'un vol.

Nous avons en France un appareil qui utilise l'autre technique; il est expérimenté lui aussi à Brétigny sur une Caravelle du S.G.A.C. et plusieurs pilotes du Groupe Technique du S.N.P.L. ont pu, grâce à l'obligeance du Colonel Franchi, l'utiliser pour effectuer des atterrissages sans visibilité. Il s'agit du " Viseur C.S.F. type 191 ", que nous décrirons succinctement, ainsi que son successeur " type 193 ".IV - LES VISEURS C.S.F.A) Le viseur 191.

Ce viseur est un appareil civil expérimental extrapolé d'un collimateur militaire construit par la C.S.F. Confié pour les essais au pilote Jacquet, du Centre d'Essais en Vol de Brétigny, il a permis de tirer de multiples enseignements sur ce que l'on peut obtenir d'un tel instrument : emplacement souhaitable, forme et disposition des images, réglages de la luminosité, champ, dimension des repères, etc..

Il a permis de vérifier l'amélioration considérable de la " tenue de machine " par rapport au pilotage à l'aide d'instruments de bord de type classique. Enfin, le directeur de vol du viseur ayant été couplé à la sortie de l'excellent calculateur du pilote automatique Sud-Lear, de nombreux pilotes ont pu effectuer d'impeccables atterrissages sans visibilité, ainsi qu'en témoignent les bandes d'enregistrement dont la photocopie est reproduite en figures 2 et 3.

Les courbes permettent de constater que les écarts Localizer et Glide sont très faibles et du même ordre de grandeur dans le cas du pilotage automatique et du pilotage manuel. Il en est de même des courbes d'arrondi qui sont superposables.

Le fait le plus remarquable est que ces excellents résultats se répètent régulièrement quel que soit le pilote.

Le viseur 191 se compose d'une " tête de visée ", d'une boîte de commande et d'une boîte d'adaptation.

La tête de visée est disposée verticalement au centre de la planche de bord (sur la Caravelle de Brétigny, au poste de droite). La tête porte-glace peut pivoter de ± 8°, pour que les images apparaissent dans la direction de la piste en cas de dérive.Les images vues dans le pare-brise sont reproduites en fig. 1.

La boîte de commande comporte le bouton de mise en marche, les boutons d'enclenchement des différentes fonctions et les boutons de réglage de l'éclairement (à noter que ce réglage une fois choisi, le contraste avec le ciel est automatiquement conservé par des cellules photoélectriques.

La boîte d'adaptation n'a pas à être manipulée par le pilote ; elle sert uniquement à l'alimentation et à l'adaptation des impédances des différentes sources avec le viseur.B) Le viseur 193.

Directement dérivé du 191, il en est la version améliorée et " avionnable ". Il a largement bénéficié de l'expérience tirée des essais de Brétigny et des discussions avec les pilotes.Les améliorations essentielles sont :1°) L'utilisation d'une chaîne de contrôle automatique intégré, permettant sans interrompre l'utilisation de l'appareil, de vérifier par un contrôle cyclique que les images sont vues effectivement à la place correspondant aux informations fournies à l'entrée du collimateur. S'il y a un écart, l'image en défaut s'éteint. Cette sécurité s'ajoute au système du " Test " et aux détections de pannes classiques, déjà existant sur le 191.2°) La disposition différente de l'appareil, qui est maintenant horizontale. La disposition verticale avait en effet deux inconvénients :a) Eloignement du viseur des yeux du pilote, d'où perte de champ optique apparent,

b) Place importante occupée au milieu de la planche de bord par le mécanisme de la tête collimatrice.

La nouvelle disposition permet un montage longitudinal ou transversal, et permet sur la plupart des avions un montage au plafond du cockpit, ce qui dégage complètement la planche de bord et permet d'approcher le viseur à la distance optimum de la tête du pilote.

3') L'augmentation du champ visuel par augmentation du diamètre de la pupille (porté de 90 à 120 mm), ce qui accessoirement autorise une correction de dérive de ±  16° (contre ±  8° sur le 191).

4°) Une meilleure disposition des images, auxquelles ont été ajoutés par rapport au 191 :

• un repère " Glide >
• des repères à 30° de roulis

• des repères d'assiette, simplement constitués de chiffres petits mais très lisibles
• un repère " Directeur de roulage au sol ".Pour éviter que le champ visuel ne soit inutilement encombré d'images lumineuses gênantes, certains repères peuvent être occultés soit volontairement (par sélection sur la boîte de commande), soit automatiquement (par exemple l'index glide et l'index roulage au sol n'apparaissent pas simultanément).

Les instruments à collimation sont capables d'apporter enfin la réponse à de nombreux problèmes que les instruments de planche de bord " classiques " désuets dans leur principe, ne permettent pas de résoudre.

Ils sont nécessaires :

• En pilotage sans visibilité pour obtenir une grande précision de pilotage, inégalable par les instruments classiques.
• En pilotage à vue pour donner au pilote des informations dont il ne dispose que d'une façon intermittente et au prix d'une perte de l'attention portée à l'observation extérieure, ou pour lui procurer de nouvelles informations.

Ils sont compatibles avec l'utilisation simultanée de l'ILS et d'un moyen de guidage distinct (par exemple la " Microvision " de Bendix), ce qui éviterait de faire reposer la sécurité sur un système unique de guidage.

Ils ont permis de démontrer qu'une approche manuelle sans visibilité peut avoir une précision comparable à celle des meilleurs pilotes automatiques, et par conséquent permettent enfin le contrôle d'une approche automatique de façon satisfaisante.

Les technologies employées font augurer une fiabilité meilleure que celle des instruments classiques. Il sera donc possible de revenir sur la conception erronée actuellement répandue concernant ces instruments : ils ne s'ajouteront plus aux instruments classiques, mais devront les remplacer. Une place importante sera ainsi disponible sur la planche où ne subsisteront plus que les paramètres non représentés dans le viseur, et les " secours " de ceux qui sont représentés mais sont considérés comme vitaux.La France, grâce aux viseurs de la C.S.F., n'est pas en retard dans ce domaine où elle a obtenu des résultats enviables. La solution retenue présente même des avantages sur celles des concurrents étrangers, en ce qui concerne la simplicité, la luminosité et la définition des images, leur discrimination aisée par la couleur, et les sécurités en cas de défaut.

La forme et la couleur des images peuvent être modifiées à la demande de l'utilisateur par simple changement de réticule, les " gains " et les sensibilités réglées selon les besoins. Cependant, le choix proposé est le résultat de l'expérience des essais en vol et constitue un bon compromis entre la nécessité d'avoir le maximum d'informations et celle de ne pas surcharger le champ visuel par l'image de paramètres secondaires qui peuvent être fournis par les instruments " classiques " (de même qu'en vol à vue il faut quand même consulter la planche de bord).Le viseur 193 sera sans doute perfectible après une expérimentation dans les conditions réelles de la ligne. Il demandera une adaptation des pilotes à son utilisation, et une mise au point des méthodes (réglage de luminosité de jour et de nuit par exemple) mais l'expérience du 191 a montré que l'adaptation est rapide.

Après les petites modifications que cette expérimentation pourra suggérer et lorsque l'on disposera d'un second moyen de guidage, un tel appareil sera de nature à combler les vœux des pilotes de ligne qui, sur le plan mondial par le canal de l'IFA.LPA, se sont déjà déclarés favorables aux HUD

C'est pourquoi nous nous étonnons de l'inertie rencontrée pour commencer l’expérimentation de ces appareils dont la mise au point définitive nous semble l'expérimentation de ces appareils dont la mise au point définitive nous semble une condition préalable et indispensable à toute campagne d'abaissement des minima quelle que soit la méthode finalement retenue.