Navigation 4 : calcul du carburant

Avec les trois précédents articles consacrés à la navigation, nous avons vu comment déterminer une route long-courrier sur les cartes, comment la suivre avec les différents moyens de navigation, et calculer les éléments nécessaires pour naviguer et donc construire un plan de vol. Il nous reste à calculer combien de carburant il va nous falloir embarquer pour être sûrs d’arriver à destination en toute sécurité, mais aussi de ne pas en transporter pour rien car, à la différence d’une voiture et vues les quantités mises en jeu, le carburant à bord va influencer considérablement la consommation. En fait, on ne fera jamais, comme en voiture, le plein et un petit coup sur le pare-brise !

CONSOMMATION EN CARBURANT DES JETS

 

Notions théoriques

La Propulsion

Sans revoir toutes les notions d’aérodynamique, rappelons simplement que pour qu’un avion, quel qu’il soit, vole en palier stabilisé, il faut que les différentes forces qui s’exercent sur lui s’équilibrent entre elles, et donc que les deux équations fondamentales du vol, sustentation et propulsion, soient vérifiées.

Vol en palier

Pour que le vol se fasse à altitude constante, il faut que la portance soit égale au poids (poids apparent en virage), et donc toutes les autres données étant fixées, c’est par le coefficient de portance Cz et donc l’incidence que se fera le réglage final. Cette condition peut s’exprimer sous la forme d’une équation dite de sustentation.

Et pour que la vitesse reste constante, il faudra que la traction de l’hélice ou la poussée des réacteurs équilibre la traînée qui sera induite par l’incidence déterminée avec la portance requise… Et en ce qui concerne la consommation, c’est cette deuxième équation, dite de propulsion, qui va nous intéresser plus particulièrement.

Pour ce qui suit, nous ne parlerons plus que des jets de transport commercial.

La réalisation d’un avion nécessite la coopération d’un avionneur qui va concevoir un planeur et d’un motoriste qui va construire les moteurs que l’on va accrocher au planeur. On retrouve ce même partage des tâches au niveau de la poussée : les réacteurs fournissent une poussée utile Tu, le planeur demande une poussée nécessaire Tn pour pouvoir voler.

 

Poussée utile

Pour les jets, la poussée utile est pratiquement constante lorsque la vitesse propre ou le mach varient, particulièrement depuis que les réacteurs sont pilotés au travers de systèmes électroniques de régulation de type FADEC ou PMC, comme on peut le voir sur le graphique du bas.

Poussée utile

Ce n’est pas le cas pour les poussées maxi ni pour le ralentit (graphique du haut).

 

Poussée nécessaire

Pour la poussée nécessaire Tn, c’est un peu plus compliqué.

Poussée nécessaire

Sur ce diagramme, la poussée nécessaire Tn est représentée par cette courbe caractéristique. L’extrémité à gauche c’est le décrochage qui intervient quand la vitesse est trop faible. La courbe passe par un minimum que l’on obtient pour une incidence caractéristique où le rapport Cz/Cx, coefficient de portance sur coefficient de traînée, est maximum : c’est la vitesse de finesse max.

Un autre point remarquable est la tangente à la courbe Tn issue de l’origine : c’est le meilleur rapport entre la poussée nécessaire et le mach. On appelle ce point le Maxi Range, il correspond à une incidence où le rapport √Cz/Cx est maximum.

 

Premier et second régimes

Si maintenant on superpose, en rouge sur le graphique, une poussée utile donnée, on obtient deux points, notés 1 et 2,  où la poussée utile Tu est égale à la poussée nécessaire Tn.

Les deux régimes de vol

Dans les deux cas, le vol gardera donc une vitesse constante.

La différence entre ces deux points possibles de fonctionnement est la stabilité :

  • Au point 1, si une rafale provoque une augmentation de la vitesse, la Tn va augmenter, et comme la poussée utile reste constante, on va se trouver avec un déficit de poussée ce qui va faire réduire la vitesse naturellement. Si c’est une diminution de vitesse que l’on subit, ce sera l’inverse. Ce point de fonctionnement est donc stable en vitesse, on l’appelle le premier régime.
  • Par contre, si une augmentation de vitesse survient au point 2, la Tn va diminuer et provoquer un excès de poussée utile, et la vitesse aura donc tendance à continuer d’augmenter. Si rien n’est fait, elle va augmenter naturellement jusqu’à atteindre le point 1 ! A l’inverse, si la vitesse diminue à partir du point 2, la Tn va augmenter entraînant la vitesse en diminution vers le décrochage : ce point de fonctionnement, appelé deuxième régime, est instable en vitesse. Il est donc potentiellement dangereux car il nécessite une plus grande vigilance et une réaction rapide. Il faudra donc toujours voler au premier régime.

Une exception quand même, Concorde, dépourvu de dispositifs hypersustentateurs, n’avait que cette seule solution pour avoir une vitesse d’approche pas trop élevée, ce qui explique pourquoi il était obligatoire d’avoir l’auto-manette en fonctionnement au cours  d’une approche sur cet avion.

Le point de séparation entre ces deux régimes se trouve, pour les jets, à l’incidence de finesse max où on se trouvera donc stable en vitesse croissante et instable en vitesse décroissante.

 

La consommation en carburant

Armé de ces quelques connaissances, revenons-en à la consommation en carburant. Le motoriste construit son moteur pour qu’il soit performant dans la phase la plus longue du vol, la croisière. Il va donc chercher à obtenir la meilleure consommation à un régime moteur correspondant à cette phase de vol.

 

Consommation spécifique Csp

La donnée de base fournie par le motoriste est la consommation spécifique de son moteur. Celle-ci sera fonction du régime du moteur et présentera un minimum aux alentours du maxi croisière.

Consomation spécifique

Elle est exprimée, en France, en Kg/tonne de poussée (ou DaN)/heure. Les unités peuvent varier suivant l’origine des documents…

 

Consommation horaire Ch

Une fois les moteurs installés sur le planeur, formant ainsi un avion et déterminant donc une poussée nécessaire Tn, on pourra calculer la consommation horaire de l’avion, qui sera égale à :

Ch = Csp x Tu   (En vol stabilisé, Tu = Tn)

Elle est exprimée en kg, tonnes ou livre par heure. Pas très facile à utiliser car elle varie en fonction de pas mal de paramètres. Elle est mesurée et affichée sur le tableau de bord, pour chaque moteur : c’est le Fuel Flow.

Pour un jet, elle sera minimale à l’incidence de finesse max. Ce sera donc la vitesse idéale pour attendre ou retarder le vol, même si elle n’est pas très confortable, à la séparation des deux régimes.

C’est aussi la vitesse minimale acceptable en croisière. Sur les avions Airbus, cette vitesse est indiquée par un point vert, la Green Dot.

Voici un tableau qui indique le mach de finesse maxi des avions de la flotte Air France comparé au mach de croisière à Prix de Revient Minimum PRM.

Finesse max

On voit que cette vitesse mini en croisière peut être assez élevée, surtout si on se trouve à proximité du niveau d’accrochage. C’est pourquoi les pilotes peuvent être amenés à refuser de réduire à un mach trop faible !

 

Consommation distance Cd

Mais la consommation qui va nous intéresser le plus, pour calculer le carburant à embarquer, c’est comme pour les voitures, de savoir combien on va consommer pour faire 100 km par exemple. Pour les avions, c’est la consommation distance exprimée en kg ou livre par Nm. Elle est égale à :

Cd = Ch / Gs

Elle est pratiquement indépendante de la température car, si la température augmente par exemple, la Ch augmente mais la vitesse propre TAS  et donc la vitesse sol Gs aussi, à peu près dans les mêmes proportions.

 

Rayon spécifique Rs

On parle plus couramment du rayon spécifique Rs qui représente le nombre de miles nautiques que l’on parcourt avec une tonne de carburant. C’est l’inverse de la Cd :

  Rs = Gs / Ch

Le rayon spécifique Rs sera maximum à l’incidence de Maxi Range, où le rapport √Cz / Cx est maximum.

 

Les différents régimes de vol

 

Les régimes de vol utilisés

On vient de le voir, le régime de vol le plus économique est le maxi range.

Mais il présente un gros défaut aux yeux de nos passagers toujours pressés, il est un peu lent. Il a donc été imaginé un régime de vol appelé Long Range, que l’on obtient en dégradant le Rs du maxi range de 1%, ce qui est tout à fait acceptable économiquement, mais qui permet d’augmenter considérablement la vitesse.

Plus récemment, on a inventé le régime dit de Prix de Revient Minimum PRM, qui intègre les frais hors carburant pour déterminer le meilleur régime pour l’économie globale du vol.

De nos jours, c’est le Cost Index des FMS qui permet de fixer le régime de vol le mieux adapté aux conditions du jour.

Voici un tableau, peut-être pas très à jour, qui compare les différents régimes et les CI de différents avions utilisés à la Compagnie Nationale.

Cost Index

Pour tous les avions, le CI = 0 correspond au Maxi Range. Ensuite, suivant les constructeurs et les types d’avion, les valeurs sont très différentes.

L’exemple présenté dans le tableau du haut est tout à fait parlant : on voit bien que le passage du Maxi Range au Long Range, sur un vol reliant l’Ile Maurice à Paris, ne « coûte » qu’une tonne de carburant (1%) mais fait gagner 22 minutes sur le temps de vol !

Au Cost Index 120 habituellement utilisé sur cet avion, la surconsommation n’est que de 400 kg pour un gain de temps de vol de 17 minutes, encore donc très intéressant…

Si le vol est effectué à M0.87, on va gagner 31 minutes, certes, mais ça va coûter 5,2 tonnes de carburant !

 

On voit, dans le tableau du bas que, de nos jours, prix du pétrole oblige, le régime de vol de base des avions correspond au Long Range voire moins pour le B744, réputé gros consommateur de carburant ! En cas de quantité limite à l’arrivée, on ne pourra donc pas espérer de miracle en réduisant au mach de maxi range, 1% tout au plus !

Le Cost Index de vol accéléré ne sera utilisé que lorsque l’arrivée à l’horaire prévu est économiquement très importante : couvre-feu, hub avec de nombreuses correspondances courtes, etc… Dans ce cas, les impératifs économiques priment sur la consommation de carburant. C’est loin d’être négligeable mais il faut voir cela comme une sorte d’investissement, encore faut-il qu’une approche trop longue à l’arrivée ne vienne pas tout gâcher ! Le pari n’est pas toujours gagnant…

 

Influence du vent

On l’a vu dans la définition de la consommation distance : c’est bien sûr la vitesse sol Gs qu’il faut prendre en compte. L’influence du vent effectif jouera sur la consommation elle-même, c’est évident, mais aussi sur le mach de maxi range, et aussi des autres régimes puisqu’ils en découlent. C’est ce qui apparaît sur ce graphique.

Maxi range et vent effectif

Sans trop approfondir, on peut simplement se souvenir que lorsque l’on a du vent de face, il faut se dépêcher d’en sortir donc accélérer, alors qu’avec du vent dans le dos, il faut en profiter plus longtemps et donc ralentir.

Les vrais FMS en tiennent compte bien sûr, je ne sais pas si c’est le cas des FMS simulés ???

 

Influence de la masse

Voici un autre graphique qui montre comment évoluent les différents régimes de vol en fonction de la masse de l’avion, pour un niveau de vol donné.

Régimes de vol et masse

On voit comment le PRM, qui tient compte des coûts fixes de la compagnie, donc partiellement déconnecté des conditions météo, peut évoluer par rapport au Long Range et au Maxi Range.

 

Influence de l’altitude

Globalement, on peut dire que plus on volera haut et moins les réacteurs consommeront. Le problème est que, pour une masse donnée, plus on volera haut et plus il faudra, la masse volumique de l’air diminuant, augmenter l’incidence pour pouvoir « porter » l’avion. La vitesse de l’air sur l’extrados de l’aile va augmenter pour atteindre, par endroit, la vitesse du son. C’est ce qu’on appelle le domaine transsonique et dans ce cas, le Cx augmente très rapidement…

FL opti

On voit donc sur le graphique, qu’il existe une altitude optimale pour chaque masse avion, qui sera le meilleur compromis entre consommation des réacteurs et traînée, et qui se situe un peu au-delà de l’apparition des premiers écoulements transsoniques sur l’extrados de l’aile.  C’est le niveau de vol optimum, qui variera selon les régimes de vol (plus vite = plus bas).

Il faudra donc, bien sûr, chercher à voler au plus près du niveau de vol optimum, en changeant de niveau chaque fois que ce sera possible.

 

Voici ce qui clôture notre petite étude théorique qui, je l’espère, n’aura pas été trop abstraite et trop ennuyeuse…

 

LA RÉGLEMENTATION CARBURANT

 

Avant d’aller plus loin, il est indispensable de revoir brièvement quelle est la réglementation concernant l’emport et l’utilisation du carburant dans le transport aérien.

Pour une étape standard, le carburant réglementaire à embarquer comprend :

  • le délestage d’étape : c’est la consommation prévue du décollage à l’atterrissage, procédure d’approche incluse.
  • une réserve de route correspondant à 5% du délestage d’étape, avec un minimum de 5 min d’attente à 1500ft. Cette réserve de route peut être réduite à 3% du délestage s’il existe un Dégagement En Route DER accessible. Celui-ci doit se trouver dans un cercle de rayon égal à 20% de la distance totale d’étape et dont le centre se trouve à 25% de la destination ou 20% + 50 Nm.
  • une réserve de dégagement: au stade de la préparation du vol, certains critères météorologiques doivent être respectés pour choisir un terrain de dégagement (et il en faudra deux si les conditions météo prévues à destination sont inférieures aux minima applicables) :
Approche prévue au dégagementConditions météo minimales
ILS Cat 2 ou Cat 3Visibilité > minima ILS Cat 1
ILS Cat 1Visi et plafond > minima approche de non précision
Approche de non précisionVisi > minima + 1000m et plafond > minima + 200ft
  • une réserve finale (30 min d’attente à 1500ft au-dessus de l’aérodrome).
  • du carburant supplémentaire si le commandant de bord le requiert.
  • le carburant pour le roulage pour aller du point de stationnement à la piste de décollage

Il existe aussi une réserve dite additionnelle pour couvrir les cas particuliers que sont une étape sans dégagement, la panne moteur ou la panne de pressurisation en espace océanique, les vols ETOPS, etc…

Nous allons ici nous borner au cas simple de l’étape standard. Voyons maintenant comment faire pour calculer les différentes composantes de ce carburant réglementaire.

 

 

CALCULER UN DÉLESTAGE

 

On en a déjà brièvement parlé, il est évident que la masse de l’avion a un impact non négligeable sur la consommation de carburant : entre un B747 qui décolle aux environs de 400 tonnes et le même qui atterrit à 250 tonnes quelques heures plus tard, ce n’est presque plus le même avion. Et c’est pourquoi on parle plutôt du délestage que de la consommation sur l’étape, car cet aspect perte de masse est primordial.

 

Les performances en croisière

C’est là que les choses se compliquent, car les données propres à chaque type d’avion ne sont pas facilement disponibles, et on ne peut pas travailler, comme pour une voiture, avec une seule valeur moyenne de consommation distance ou de rayon spécifique : la consommation varie dans de très grandes proportions en fonction de la masse, du niveau de vol, et du régime de vol.

De plus, les avions actuels étant tous équipés de FMS, leur Manuel d’Exploitation ne contient pratiquement plus de données sur leurs performances !

Par exemple, il y a encore quelques temps, celui du B747-400 d’Air France présentait ce document synthétisant parfaitement toutes ces performances à toutes les masses, tous les niveaux de vol, et pour les principaux régimes de vol utilisés :

Rs B744

On peut y trouver directement le rayon spécifique pour chaque couple masse / niveau de vol et comparer d’un coup d’œil les différents régimes de vol… Les zones encadrées correspondent au niveau de vol optimum.

Ce tableau a été supprimé lorsque la compagnie a cessé de concevoir ses propres manuels pour utiliser directement le FCOM des constructeurs, nettement moins généreux en données…

 

Sur les Airbus, la présentation est différente et globalement moins détaillée, mais elle a l’avantage d’exister toujours…

Tableau A340

Ce tableau donne l’ensemble des perfos croisière de l’A340, dont le rayon spécifique, pour différents mach, à différentes températures, ce qui donne un grand nombre de pages mais pas de tableau récapitulatif permettant de comparer les différents régimes.

 

Pour le B777, le FCOM Boeing ne donne qu’un tableau permettant de faire un calcul approximatif du carburant à embarquer pour le Long range uniquement…

 

Pour les simmers, c’est donc la première difficulté : trouver l’information pertinente pour chaque type d’avion. Mais ce n’est pas tout, car il faut ensuite trouver le moyen de l’exploiter.

Aujourd’hui, les compagnies ont toutes informatisé la préparation des vols, et si on ne dispose pas d’un accès à ces systèmes, il est bien difficile de calculer un délestage ! Mais comment faisait-on avant ?

 

Méthodes manuelles d’autrefois…

En fait, il y avait deux écoles : le graphique ou le numérique… mais tout cela en manuel bien sûr !

 

Méthode graphique

La méthode graphique avait été choisie par Air France notamment. Le graphique DTC, pour Distance Temps Consommation, permet de faire tous les calculs sur un seul graphique (cliquez dessus pour l’agrandir).

Graphique DTC

On détermine la distance Air dans la zone A, le temps de vol dans la zone C, et le délestage dans la zone B avec, en zone D, un tableau de correction pour la montée, et un cartouche E qui aide à faire les calculs…Les perfos croisières sont intégrées au graphique : les courbes de masses de la zone B sont espacées de la valeur du rayon spécifique, qui est donc variable en fonction du FL et de la masse.

Pas très simple à utiliser, la précision est fonction du soin avec lequel le tracé est effectué, de l’épaisseur du trait de crayon… et puis et surtout, il faut disposer du graphique.

Celui qui est présenté ici, extrait d’un vieux manuel d’instruction, était fait pour le B707-200 ! Mais Air France a utilisé cette méthode jusqu’au B747-200…

 

Méthode numérique

La méthode numérique est nettement plus précise et fait appel à un matériel que l’on peut fabriquer facilement si l’on dispose des performances de base que sont les rayons spécifiques. C’était la méthode qui avait été retenue par la compagnie UTA, aujourd’hui disparue. C’est cette méthode que nous allons maintenant étudier de plus près, car elle permet aussi de vérifier facilement les plans de vol informatiques utilisés aujourd’hui.

Le système de calcul repose sur des tableaux de nombres, appelés improprement Poids/Miles Air. Ces nombres ne représentent rien en eux-mêmes, mais ils sont incrémentés de la valeur du rayon spécifique correspondant à la masse indiquée dans la colonne de gauche.

Il existait tout une collection de ces tableaux, un pour chaque niveau de vol et pour chaque régime de vol couramment utilisé par la compagnie. Il existait également un tableau pour le FL optimum, établi avec le Rs correspondant à celui du niveau optimum pour la masse considérée.

Le tableau qui est représenté ci-dessous, reconstitué dans une feuille EXCEL, est très facilement calculé à partir du tableau des rayons spécifiques vu précédemment. Il est fait pour le régime de vol PRM et au niveau de vol optimum.

MA FL opti

Les nombres représentatifs de chaque masse avion sont incrémentés de la valeur du rayon spécifique correspondant, que l‘on retrouve en bout de ligne, à droite.

 

Comment l’utilise-t-on ? C’est très simple, prenons un exemple : admettons que l’on passe un point de la route à la masse de 385,5 t, et que le point suivant se trouve à une distance Air de 480 Nm.

Exemple 1 MA

On cherche dans le tableau le nombre MA correspondant à 385,5 t = 531. On ajoute à ce nombre les 480 Nm de distance Air  531 + 480 = 1011 et on cherche la masse qui correspond à ce nombre MA : on se trouve exactement entre 372,8 et 372,9 t, soit 372,85 t !!! Quelle précision !

Ce qui veut dire que lorsque l’on survolera le prochain point, la masse de l’avion aura diminué de 385,5 – 372,8 = 12,7 t.

Ce qu’il faut bien réaliser c’est que ce calcul n’est pas fait avec une moyenne mais intègre parfaitement l’évolution du rayon spécifique Rs en fonction de la masse. La première tonne va permettre de faire 37,3 Nm, la seconde 37,4 Nm, et ainsi de suite jusqu’à la dernière qui permettra de faire 38,6 Nm.

On utilise la distance air et non pas la distance sol, comme on l’a vu dans l’article précédent, Navigation 3, pour éviter de publier des tableaux pour toute une série de vitesses sol Gs possibles. Pour mémoire, la distance air se calcule par la formule :                        Da = Ds x TAS / GS

On peut faire le même calcul pour des masses plus faibles, en partant de 240 tonnes par exemple.

Exemple 2 MA

On voit dans ce cas qu’il suffira de 8 tonnes pour faire les mêmes 480 Nm !

Grâce à ces deux exemples, on réalise bien dans quelles proportions la masse de l’avion fait évoluer la consommation…

Et bien sûr, on peut faire le calcul dans le sens inverse !

Mais ce système ne permet de calculer la consommation qu’en croisière !

 

Correction de montée/descente

Si on souhaite calculer le délestage total sur une étape, il faudra donc tenir compte de la surconsommation en montée. La méthode consiste à majorer la distance air d’une correction de montée. Ce n’est pas le plus facile à déterminer puisqu’il faut comparer la distance parcourue pour monter au FL optimum correspondant à la masse au décollage TOW, et la distance parcourue en croisière pour la même consommation.

Correction de montée

De plus, si on fait le calcul en partant de la masse à l’atterrissage, ce qui est le cas le plus courant, il faut évaluer d’abord la masse au décollage, d’où le second tableau.

Heureusement,  les valeurs tournant dans une fourchette relativement restreinte autour des 225, une erreur aura peu de conséquence sur le résultat final.

 

Pour la descente, la méthode retenue par UTA, et donc approuvée par l’administration, consistait à considérer que l’économie de carburant réalisée pendant la descente correspondait à la consommation durant l’approche. On calculait donc le délestage comme si l’on restait en croisière jusqu’à l’atterrissage, et je vous propose d’en faire autant !

 

Exemple concret : LFPG-CYUL

Utilisons maintenant ce système pour calculer le carburant nécessaire pour effectuer le vol Paris-Montréal dont nous avions déterminé la route dans l’article précédent, Navigation 3.

Voici la première page du plan de vol opérationnel que nous avions établi grâce à SimBrief.com, avec les conditions météorologiques du 17 mai 2016, et en empruntant le track D du système OTS de ce même jour.

CDG-YUL

Les masses prises en compte pour établir ce plan de vol sont indiquées dans le haut de la page, ici encadrées en vert, et notamment la masse au décollage TOW =  311952 kg.

La distance air totale est de 3141 Nm et le régime de vol, avec un Cost index de 120, correspond bien au PRM tel que définit plus haut.

Calcul MA CDG-YUL

En partant du Mile Air correspondant au TOW = 311, 952 tonnes, et en lui ajoutant, comme indiqué dans le petit encadré, la correction de montée, 225, et la distance air totale, 3141, on obtient le Mile Air correspondant à la masse à l’atterrissage LAW = 246,4 tonnes. Celui-ci, comme le délestage d’étape, 65,5 tonnes, sont donc bien conformes à ceux qui sont indiqués sur l’OFP de SimBrief (LAW 246433 et TRIP 65519 kg)…

 

Ceci permet de valider l’utilisation de SimBrief pour déterminer le délestage, même si, comme c’est indiqué en haut de la page de l’OFP, celui-ci est calculé avec les performances du seul modèle de B744 disponible sur le site, qui est équipé de moteurs Roll Royce RB211-524, alors que les avions d’Air France sont équipés de moteurs General Electric CF6-80C2B1… !

 

Notons en passant que calculer des masses avion ou des quantités de carburant au kilo près constitue une figure de style bien superflue quand on sait comment sont évaluées ces masses… A ce sujet, on peut se reporter utilement à l’article sur le chargement et le centrage des avions de ligne, disponible sur ce même site à l’adresse : http://www.flightsim-corner.com/pilotage/liners/chargement-centrage-avions-de-ligne

 

Dans la dernière version du FCOM  du B744 utilisé par la compagnie, copie conforme de celui de Boeing, on trouve, comme pour le B777, un tableau qui permet de faire un calcul global pour le Long Range seulement.

Calcul fuel FCOM

Au prix d’une laborieuse double interpolation, j’ai trouvé un délestage d’étape de 62,8 tonnes alors que, en toute logique, il aurait dû être supérieur au résultat trouvé plus haut puisque le Long Range correspond à un CI = 200 ??? Il faut dire que le mode de calcul hyper simplifié ne peut certainement pas prétendre à une grande précision…

 

Il faut aussi valider le modèle de vol de votre addon préféré au niveau des performances en croisière. C’est ce que j’ai fait au cours d’un vol test, réalisé en conditions standard et sans vent, avec le B747-400 PMDG pour FSX. J’ai trouvé que celui-ci consommait entre 7% et 8% de plus que ce que j’avais calculé avec les perfos issues des tableaux présentés plus haut !!!

Tout comme les vrais, SimBrief permet d’ajuster les performances calculées à celle de l’avion considéré, dans notre cas l’addon utilisé.

Ajuster perfos

Pour cela, avant de lancer le calcul, il faut régler le « FUEL FACTOR » dans la rubrique AIRCRAFT et après avoir cliqué sur MORE OPTIONS. En insérant PO8, tous les calculs de carburants seront faits en majorant les perfos de base de 8%. Et cette information apparaîtra sur l’OFP, format LIDO, sous le label « FUEL BIAS ».

On frise la perfection… !!!

 

 

LES RESERVES

 

Réserve finale

Comme on l’a vu dans le rappel sur la réglementation, en France et dans la Communauté Européenne, la réserve finale est fixée à une quantité de carburant correspondant à 30 minutes de vol au régime d’attente, à 1500 ft au-dessus du terrain d’atterrissage.

Réserve finale

Le tableau ci-dessus, extrait du FCOM du B747-400, permet de calculer facilement cette réserve finale.

Reste à savoir pour quelle masse doit être calculée cette réserve finale.

Reglementation carburant

En toute rigueur, si on se réfère à la réglementation vue plus haut et schématisée ci-dessus, elle devrait être calculée pour la masse à l’arrivée au terrain de dégagement puisque c’est l’ultime quantité de carburant restant avant la panne sèche. Ce serait donc le ZFW augmenté de la réserve finale elle-même.

Dans son système maison appelé Octave, Air France avait choisi de la calculer à la masse prévue à l’atterrissage à destination, ce qui offrait une marge supplémentaire par rapport à la réglementation.

Réserve finale Simbrief

Je ne sais pas ce qu’il en est du système LIDO mais, si on se réfère au tableau du FCOM, et que l’on compare avec la quantité indiquée au plan de vol SimBrief LFPG-CYUL, même en calculant pour la masse prévue à l’atterrissage, l’écart est assez important, plus de 500 kg soit près de 15% de plus ???

La bonne nouvelle reste que SimBrief majore la quantité, ce qui va dans le bon sens pour la sécurité… !

 

Réserve de dégagement (Alternate)

La réserve de dégagement se calcule exactement comme le délestage d’étape. On considère simplement que la remise des gaz aux minima au terrain de destination est équivalente à un décollage.

La difficulté est qu’en général, les terrains de dégagements se situent très près de la destination pour avoir une réserve aussi faible que possible. Le tableau de miles air vu plus haut ne sera pas utilisable puisqu’il est conçu pour les vols au niveau optimum… Il faudrait créer un tableau pour chaque niveau de vol adapté aux différentes distances de dégagement possible…

Heureusement, dans le FCOM du B747-400, on trouve un tableau spécialement adapté aux étapes courtes. Il est présenté ci-dessous.

Dégagement

On voit, dans l’encart du bas, que SimBrief ne prend pas en compte une route spécifique mais seulement la distance directe de Montréal à Ottawa, CYOW, soit 82 Nm. Avec un vent effectif négatif d’une vingtaine de nœuds, pour moins d’une demi-heure de vol, la distance air ne peut pas dépasser une centaine de miles nautiques.

Sans chercher la précision, en rentrant dans le tableau du FCOM avec 100 Nm et 250 t, on trouve une réserve de dégagement de 3,7 tonnes alors que SimBrief indique 4952 kg ! La différence est énorme… ???

Là encore, SimBrief semble majorer considérablement la réserve, bon pour la sécurité mais moins bon pour l’économie du vol.

 

Réserve de route (Contingency)

On l’a vu dans la réglementation, la réserve de route est normalement de 5% du délestage d’étape.

Si on peut trouver un terrain accessible répondant aux critères du Dégagement en Route DER, dans ce cas elle sera réduite à 3%. La très grande majorité des vols long-courriers d’Air France sont faits avec cette réserve de route réduite à 3%.

Pour les vols courts, la réglementation prévoit un plancher correspondant à 5 minutes de vol au régime d’attente à 1500 ft, c’est-à-dire 1/6ème de la réserve finale. SimBrief ne tient pas compte de ce minimum…

 

On peut donc considérer que les calculs de SimBrief sont globalement corrects, même s’il a tendance à majorer les réserves finale et de dégagement. Après tout, le carburant de nos simulateurs ne coûte pas bien cher !

Voyons maintenant, grâce à un exemple précis, comment on détermine concrètement la quantité de carburant à embarquer au départ d’un vol.

 

PREPARATION DU VOL MEXICO – PARIS

 

Les données du problème

L’équipage d’un vol reliant Mexico à Paris Charles de Gaulle arrive au bureau de préparation des vols environ 2h00 avant le départ du vol : sachant qu’il faut qu’il se trouve à bord environ une heure avant le départ et qu’il y a les formalités de sûreté et de police aux frontières à effectuer, il dispose d’environ 30 minutes pour prendre connaissance des particularités du vol et prendre un certain nombre de décisions…

Dans beaucoup de compagnie, le Commandant de Bord a été avisé, avant le départ de l’hôtel, des prévisions de charge : pour notre vol, les services de l’escale prévoient que 400 passagers se présenteront au départ et que 15 tonnes de fret sont prêtes pour être embarquées sur ce vol effectué en B747-400.

Le départ du vol est prévu le 5 juin 2016 à 20h35 en heure locale, soit le 6 juin à 01h35 en temps universel.

 

La situation météo

Un des premiers éléments à prendre en compte, c’est la situation météorologique du jour sur le parcours. Comme on l’a vu dans l’article précédent, Navigation 3, c’est la carte TEMSI qui regroupe le mieux tous les éléments qui vont influer sur le choix de la route.

TEMSI MEX-CDG

Sur les Etats Unis, on retrouve nos deux jets habituels facilement identifiables grâce à leur altitude, le jet du front polaire au FL300 et le jet subtropical au FL400. Sur l’Atlantique, entre Terre Neuve et le Maroc, on dirait que le jet du front polaire pousse le jet subtropical vers le sud tout en s’élevant au FL350, tout ceci s’accompagnant de quelques zones orageuses…

La route orthodromique, tracée en rouge, décrit une belle courbe jusqu’au 52N avant de redescendre vers Paris : c’est tout à fait normal puisque le fond de cette carte est une projection Mercator.

Sur le début du parcours, au milieu du golfe du Mexique, on voit que l’orthodromie s’approche d’un cyclone noté TC NN pour Tropical Cyclon No Name. Celui-ci, bien précoce pour la saison des cyclones qui se situe habituellement pour cette région à la fin de l’été, n’a pas encore été baptisé : sur le TEMSI du lendemain on pourra voir qu’il s’agissait du tout jeune cyclone Colin…

La route choisie, en bleu, va donc commencer par faire un crochet vers le nord pour s’éloigner un peu du cyclone et des masses orageuses associées.

WINTEM MEX-CDG

On voit sur la carte WINTEM du FL340 que la meilleure route va ensuite rejoindre un moment la route orthodromique pour s’en éloigner à nouveau  vers le sud pour éviter des vents de face et, au contraire, profiter des vents très favorables des deux jets, très proches l’un de l’autre à cet endroit.

 

La route choisie

Sans refaire tout le processus étudié dans l’article précédent, le choix de la route devra tenir compte du système de tracks de nuit établis sur cette région de l’océan Atlantique. Voici la carte qui les présente dans le dossier de vol établi par SimBrief :

Tracks MEX-CDG

A noter deux particularités que l’on rencontre assez couramment : le track Z qui commence au point SOORY (60°W) pour canaliser les vols venant de Floride et des Antilles, et le Track Y qui débute au point JOBOC (67°W), c’est à dire sans passer par les FIR domestiques canadiennes, et s’arrête au 40°W, limite de la FIR New York Oceanic.

Ces spécificités, qui peuvent exister dans les deux sens, sont faites à la demande des services ATC qui gèrent la FIR de New York Océanic et Waters, zone tampon située entre MNPS et FIR domestiques des USA.

On voit sur cette carte que la route choisie pour notre vol va suivre le track X.

 

Le dossier SimBrief reprend également le message de tracks avec leur heure de validité, de 01h00 à 08h00 Z, heure de passage au 30°W.

Message Tracks MEX-CDG

On peut noter en passant que tous les niveaux de vol ne sont, en principe, pas utilisables sur ce track X.

Au final, voici la route retenue pour faire ce vol :

Route MEX-CDG

Pour être honnête, l’objet principal de cet article étant le calcul du carburant, je n’ai pas essayé toutes les routes possibles. Je me suis juste contenté de reprendre la route suivie par le vol AFR183 qui faisait ce même vol cette nuit-là…

 

Point de départ du calcul

L’objectif commercial est de transporter la plus grande charge pour dégager le plus gros bénéfice possible. On va donc commencer par calculer le carburant nécessaire pour transporter tous les passagers et tout le fret prévus sur le vol.

La préparation du vol étant faite plusieurs heures avant le départ, on ne sait pas exactement combien de passagers seront enregistrés ni quelle masse de bagage ils auront. Les calculs seront donc basés sur une estimation faite d’après le fichier de réservations corrigé d’un pourcentage de no show (passagers qui ne se présentent pas) statistiquement évalué pour chaque escale.

Habituellement, on compte 100 kg par passager, bagage de soute compris. SimBrief, logiciel anglo-saxon, compte 230 livres par PAX, soit 104,33 Kg pour être précis…

Donc, pour les 400 PAX prévus, SimBrief va prendre en compte une charge de 400 x 104,33 = 41732 Kg.

Avec les 15 tonnes de fret, on arrive à une charge prévisionnelle de 56732 Kg.

 

Pour avoir des limitations cohérentes avec le modèle PMDG que j’utilise habituellement, j’ai créé, dans SimBrief, un avion customisé immatriculé F-GITH, comme celui d’Air France proposé par PMDG, et j’ai inséré les limitations structurales réelles de cet avion.

F-GITH

En ajoutant la charge prévisionnelle à la masse de base de cet avion (Operating Empty Weight OEW), de 183040 Kg, on arrive à une masse sans carburant ZFW prévisionnelle de 183040 + 56732 = 239772 Kg.

Ce sera le point de départ de notre calcul de carburant. Et il faut commencer par vérifier que ce ZFW prévisionnel ne dépasse pas le MZFW de l’avion, 246071 Kg, ce qui est bien notre cas ici.

 

Choix du dégagement

La réserve de dégagement constitue une charge qui va augmenter la consommation de carburant. Les exploitants vont donc chercher à la minimiser et donc à choisir des terrains les plus proches possible de la destination.

Air France, par exemple, définit pour chaque destination et par type d’avion, un catalogue de terrains de dégagement classés du plus proche au plus lointain. Pour CDG, on trouve pour les long-courriers Orly, Lille, Bruxelles, Londres, etc…

On l’a vu dans le rappel sur la réglementation, pour pouvoir choisir un terrain de dégagement, il faut que les conditions météo prévues sur ce terrain soient au moins égales à certaines valeurs minimales.

Pour notre vol, voici les prévisions d’atterrissage pour Paris, le 6 juin 2016 au matin :

TAF CDG et ORY

On voit que pour la période qui correspond à notre heure d’atterrissage à CDG, environ 11h35 TU, la visibilité prévue est supérieure à 10 Km. Des risques de dégradation orageuse se situant au-delà de 13h00, laissent malgré tout des visibilités d’au moins 2500 m. Nous n’avons donc besoin de prévoir le carburant que pour un seul terrain de dégagement.

Pour le premier de la liste, Orly, les conditions sont très proches de celle de CDG. Avec, au pire, une visibilité chutant à 4000 m, donc largement supérieure au minima ILS CAT 1, le terrain est donc planifiable.

C’est donc LFPO qui va être retenu pour le calcul de la réserve de dégagement.

 

Réserve de route

Il faut aussi valider la valeur de la réserve de route. Comme dit plus haut, la plupart des vols long-courriers sont fait avec une réserve de route à 3% du délestage au lieu des 5% normalement prévus.

Pour cela, il faut choisir un terrain de dégagement en route DER qui soit planifiable : pour des retours vers Paris venant de l’ouest, Brest LFRB est très souvent choisi, et ce sera le cas pour notre vol.

 

Calcul du plan de vol OFP

Il ne reste plus qu’à lancer le calcul du plan de vol SimBrief après avoir soigneusement réglé les options :

Options Simbrief

Il faut donc sélectionner le terrain de dégagement, LFPO, l’avion F-GITH, le cost index 120, le chargement prévu 400 PAX et 15 tonnes de fret, le format du plan de vol LIDO, les résultats en Kg, la réserve de route à 3% et la réserve finale de 30 mn.

La planification ETOPS et les notams ont été décochés car inutiles pour un vol simulé en B747…

Il ne reste plus qu’à cliquer sur « Generate OFP » pour lancer le calcul…

 

Premier résultat

Voici la première page de l’OFP calculé avec les données insérées et les options choisies :

OFP MEX-CDG 1

Dans l’encadré vert, on retrouve les données concernant la route, distance sol, distance air, vent moyen. On voit qu’avec un vent effectif moyen positif de 38 Kt, la route choisi va permettre d’économiser beaucoup de carburant !

Dans l’encadré rouge du bas, on découvre les différentes quantités de carburant évoquées plus haut : délestage, réserve de route, réserve de dégagement et réserve finale. Leur somme constitue le carburant minimum pour décoller auquel il faut ajouter le carburant pour rouler jusqu’à la piste de décollage pour obtenir le carburant total à embarquer, ici 117348 Kg.

L’encadré rouge du haut permet, d’un coup d’œil, de vérifier que l’on respecte bien les limitations structurales de l’avion.

Mais il faut également vérifier les limitations opérationnelles au décollage et à l’atterrissage, c’est-à-dire celles qui sont liées aux conditions d’infrastructure et météorologiques des terrains de départ et de destination.

Car s’il est vrai que les exploitants essaient d’utiliser des terrains disposant de pistes rarement limitatives, il existe des cas où il n’est pas possible de faire autrement. C’est notamment le cas de Mexico avec son altitude de 7300 ft, environ 2200 m.

 

Pour plus d’information sur les performances au décollage en général, et du B737-800 en particulier, on peut utilement se reporter à l’article qui y est consacré : http://www.flightsim-corner.com/aller-plus-loin/737-800/performances-au-decollage

 

Limitation opérationnelle au décollage

Dans l’article cité précédemment, on avait utilisé un logiciel, TOPCAT, qui simule assez bien ceux qui sont utilisés dans la réalité pour calculer la masse maxi opérationnelle au décollage en fonction des conditions du jour. Dans certaines compagnies, on l’appelle OTOW, Optimum Take Off Weight pour la différencier du MTOW qui est la limitation structurale évoquée plus haut.

 

Pour avoir un résultat aussi proche de la réalité que possible, les services météo peuvent fournir les conditions prévisibles pour les décollages dans les heures à venir.

Prenons comme hypothèse qu’à 02h00 TU, la météo prévoit un vent du 060/04 une température de +20°C et un QNH de 30.26 InHg. Notons en passant qu’à 7500 ft, la température standard est de 0°C, et qu’avec une température réelle de +20°C, on est donc en ISA + 20, ce qui est tout à fait courant à Mexico !

Voici les résultats du calcul de TOPCAT pour notre B747-400  F-GITH :

OTOW MEX 1

Pour la piste 05R, la plus longue (3900 m) et dégagée d’obstacle, avec les conditions du jour, on ne peut pas décoller à la masse maxi MTOW. Les performances limitent le décollage à une masse optimale OTOW de 343778 Kg.

On peut légèrement augmenter l’OTOW en réduisant les prélèvements pneumatiques sur les réacteurs : sur cet avion, on peut décoller en coupant tous les packs de climatisation ou en gardant l’APU pour alimenter le seul pack central. TOPCAT peut prendre en compte cette condition et voici le nouveau calcul :

OTOW MEX 2

On arrive cette fois à une masse OTOW de 345678 Kg qui sera notre masse maxi pour le décollage de Mexico.

Par rapport au premier calcul fait avec SimBrief et qui donnait une masse au décollage TOW de 356212 Kg, on est donc en surcharge de 356,2 – 345,6 = 10,6 tonnes !

On ne va donc pas pouvoir emporter toute la charge prévue sur ce vol… Et la première question à laquelle l’escale de Mexico va vouloir une réponse rapide est : quelle est la charge maxi possible sur ce vol ?

On pourrait répondre qu’il suffit de diminuer la charge de 10,6 tonnes également. Mais ce raisonnement, un peu rapide, ne tient pas compte de la diminution du délestage d’étape que cette baisse de la masse au décollage va entraîner… !

 

Pour pouvoir, avec SimBrief, déterminer précisément la charge maxi possible, il faut modifier la masse maxi au décollage MTOW dans le profil de l’avion F-GITH.

Options Simbrief 2

 

Second calcul

En lançant un nouveau calcul du plan de vol avec ces nouveaux paramètres, le système va calculer le ZFW pour décoller à la nouvelle masse maxi décollage arrondie à 345,6 tonnes.

OFP MEX-CDG 2

On voit donc que le ZFW maximum, pour respecter la limitation au décollage, est maintenant de 232 tonnes, ce qui fait une différence de 239,8 – 232 = 7,8 tonnes par rapport au premier calcul, au lieu des 10,6 t vues précédemment… !

Dans l’encadré du bas, on trouve les nouvelles valeurs du délestage d’étape et de la réserve de route. Curieusement, les réserves de dégagement et finale sont inchangées alors que l’avion sera plus léger de près de 8 tonnes à l’arrivée à Paris ???

Il faut aussi vérifier que les limitations opérationnelles à l’atterrissage à Paris seront respectées. L’article qui y sera consacré prochainement n’étant pas encore disponible, nous nous contenterons de dire que les pistes extérieures de LFPG, habituellement réservées aux atterrissages, avec leurs 2700 m, ne sont limitatives que dans certains cas de contamination par de la glace ou de la neige, ce qui n’est pas le cas de notre exemple… On peut donc considérer que la masse maxi à l’atterrissage est la masse maxi structurale, soit 265,3 tonnes.

A ce stade du calcul, le carburant au block est donc de 114,5 tonnes.

 

Validation des réserves

Avant de déterminer la charge maxi possible sur ce vol, il faut vérifier que le calcul des réserves correspond bien aux attentes de l’équipage.

La réserve de route correspond à 3% du délestage. Elle est donc conforme.

 

La réserve finale, comme on l’a vu plus haut, semble un peu généreuse.

Réserve finale MEX-CDG

En s’offrant le luxe de la calculer pour la masse à l’atterrissage à CDG soit 242,5 t, on trouve environ 3900 kg alors que SimBrief affiche 4662 kg ! En arrondissant à 4 tonnes on est large !!!

 

Pour le dégagement par contre, la réserve semble bien faible.

Dégagement MEX-CDG

En page 2 du plan de vol SimBrief, on voit que la distance prise en compte pour calculer la réserve de dégagement est de 24 Nm, c’est-à-dire la route directe de LFPG à LFPO. Ce n’est évidemment pas une option réaliste étant données les contraintes des espaces aériens parisiens. Il faut plutôt prévoir d’utiliser une des trajectoires POGO définies, ce qui fait une distance moyenne d’environ 80 Nm.

En se reportant au tableau du FCOM pour les faibles distances, et à notre masse prévue à l’atterrissage, on trouve environ 3,3 tonnes qu’il est prudent de porter à 3,5 t pour prendre en compte d’un peu de vent.

 

Carburant à embarquer et charge maxi possible

Il revient maintenant au Commandant de Bord de fixer les valeurs du carburant à embarquer et de la charge offerte, c’est-à-dire la charge maxi que l’escale de Mexico pourra embarquer sur ce vol.

Carburant final

Dans le premier encadré rouge, on reprend les valeurs du délestage et des différentes réserves telles qu’elles ont été validées. Ici le calcul est fait en tonnes car vouloir calculer la masse d’un B747-400 en kilogrammes est tout à fait illusoire connaissant la précision avec laquelle sont pesées les différentes charges… !!!

En faisant la somme, on arrive à un total de 113,7 tonnes de carburant au décollage, que l’on va arrondir à 114 tonnes pour la même raison que ci-dessus.

Pour le roulage vers la piste de décollage, il est prudent de prévoir une tonne de carburant car la configuration des pistes, un peu comme à Nice, exige de traverser la piste 05L pour atteindre la piste 05R. Et à Mexico, à cette heure-là, on peut s’attendre à un trafic important…

 

On arrive donc à un carburant total à embarquer de 115 tonnes.

 

Dans le second encadré rouge, partant de la masse maxi décollage de 345,6 t et en ôtant le carburant au décollage, 114 tonnes, on trouve un ZFW maxi de 231,6 tonnes.

La charge offerte sera donc de 48,5 tonnes. Les passagers et leurs bagages étant prioritaires, c’est en fin d’enregistrement que l’escale pourra déterminer quelle masse de fret elle pourra réellement embarquer…

 

 

CONCLUSION

 

Après avoir choisi la route, la quantité de carburant à embarquer et déterminé quelle sera la charge offerte sur ce vol, nous sommes maintenant prêts à effectuer notre vol long-courrier.

Dans un prochain article, nous verrons comment se déroule ce genre de vol, particulièrement sur le plan de la navigation et du suivi de la consommation en carburant…

À propos de l'auteur: mike victor

Breveté pilote de planeur en 1968, à l’âge de 17 ans, c’est 2 ans plus tard que débute son parcours professionnel en devenant Élève Pilote de Ligne de l’ENAC. Douglas DC8 et DC10, Airbus A310, c’est surtout aux commandes du mythique B747 qu’il va sillonner la planète. Et c’est comme Commandant de Bord B747-400 qu’il met fin à sa carrière en 2011 avec près de 18000 heures de vol au compteur. Il a (re)découvert la simulation de loisir avec FSX. Et c’est avec grand plaisir qu’il fait partager son expérience du vol réel aux nombreux passionnés rencontrés en réel ou sur Internet.