Procédures d’approche par Faible Visibilité LVP

Parmi les différents phénomènes météo qui peuvent impacter l’aviation, le brouillard reste un de ceux qui perturbent encore souvent le transport aérien.

Des efforts ont été entrepris depuis bien longtemps pour en minimiser les conséquences, que ce soit sur le plan matériel embarqué, infrastructures aéroportuaires ou procédures pour assurer la sécurité dans ce contexte très particulier.

Je vous propose d’aborder un peu tous ces aspects et d’étudier les Low Visibility Procedures  LVP qui permettent, de nos jours, d’atterrir et de décoller dans le brouillard !

PETIT HISTORIQUE

Depuis Mermoz et ses collègues de l’Aéropostale, les entreprises qui ont voulu se lancer dans le transport aérien régulier ont toutes été confrontées aux mêmes caprices de la météo, et en particulier pour les approches, les mauvaises visibilités et les plafonds bas.

À la fin des années 40, la mise en service de l’ILS, Instrument Landing System, va apporter un début de solution qui va se révéler très prometteur puisque c’est toujours lui qui est utilisé dans les systèmes les plus performants que l’on connait aujourd’hui.

Jusqu’aux années 60, les performances des ILS autorisaient, pour un avion du groupe III tel que B747 ou DC10 par exemple, à des minima de 90m/300ft et 800 m avec ligne d’approche et 1400 m sans. Et il ne s’agissait là que des minima les plus bas admissibles, utilisables seulement par les exploitants autorisés, les autres devant les affecter d’un coefficient au moins égal à 1,6 !!! C’était, bien sûr, très insuffisant pour gérer les épisodes de brouillard que l’on connait assez fréquemment l’hiver en Europe, où la visibilité tombe couramment à une centaine de mètres, voire moins.

Les progrès techniques portant sur les composants électroniques, les antennes, le balisage, les récepteurs et indicateurs de bord ont permis aujourd’hui d’abaisser les minima les plus bas d’un ILS classique, dit de catégorie 1 ou CAT I, à une HD (barométrique) de 200ft et une portée visuelle de piste ou RVR de 550 mètres. Mais ces sont encore des valeurs beaucoup trop élevées pour assurer la régularité des vols !

Pour aller plus loin, c’est sur la précision de pilotage qu’il va falloir progresser. Dès les années 60, des recherches seront menées pour aider au pilotage manuel (Flight Director) et perfectionner le pilotage automatique, en utilisant notamment les données précises de hauteur fournies par la radiosonde ou radioaltimètre.

Et, partant du principe que l’atterrissage reste manuel, il faudra aussi améliorer le balisage pour permettre au pilote de gérer la courte finale, le toucher et le roulage.

De plus, la proximité du sol réduisant de plus en plus le délai possible de réaction, des méthodes de travail spécifiques devront être mises en place.

Tout ceci va permettre la définition des approches dites de précision, aujourd’hui appelées Low Visibility Procedures ou LVP, la première d’entre elle étant la catégorie 2 ou CAT II, qui permit, au début, des minima les plus bas de HD = 100ft RA et RVR 400m en entrée de bande et la moitié à mi-bande.

Pour la petite histoire, dans le but d’améliorer encore les possibilités, l’ingénieur français Jean Bertin, le père de l’Aérotrain mais aussi, ce que l’on sait moins, du système d’inversion de poussée des réacteurs (les reverses), imagina un système pour améliorer la visibilité au seuil de piste, le système Turboclair. En disposant une dizaine de réacteurs réformés (notamment des ATAR de Mirage) le long de la piste un peu avant et au début de la piste, la chaleur dégagée et le brassage pouvaient, dans certaines conditions de température, fabriquer une sorte de tunnel dans lequel la visibilité était sensiblement améliorée. Dans ce cas, il n’y avait plus de RVR mini au seuil.

Mais le coût élevé et l’arrivée de la CAT III ont eu la peau du Turboclair qui ne fut finalement installé que sur deux pistes, une à Orly et une à CDG ! Sur ces photos, on voit encore l’emplacement des réacteurs et de leur cône d’éjection à proximité des pistes.

Mais ce n’était toujours pas suffisant, et sous la pression des compagnies telles qu’Air Inter en France et BEA en Angleterre, les constructeurs et les administrations poursuivirent les recherches et les essais pour arriver à ce qui fut appelé, au début, l’Atterrissage Tout Temps ATT, aujourd’hui appelé CAT III, nous allons y revenir.

Et c’est ainsi que le premier ATT mondial eut lieu le 9 janvier 1969 à Orly sur une Caravelle III d’Air Inter, avec 200m de RVR et un plafond de 20ft (minima fixés à 15ft/150m). L’avion était équipé du système Sud Lear proposé par Sud Aviation, le constructeur de Caravelle, qui incluait pilote automatique amélioré (avec fonction autoland et décrab intégrée), auto manette, radiosonde et système de surveillance sophistiqué, donc pas très loin de ce qui ce fait de nos jours…

Notons en passant que la saine émulation entre la France et l’Angleterre a permis, notamment au français Thomson CSF, de devenir le leader mondial dans le domaine des installations ILS…

 

Air Inter sera toujours à la pointe de progrès dans ce domaine, concurrence avec le train oblige. Tous les types d’avion mis en ligne par la compagnie seront équipés CAT III dès que possible avec, parfois, des solutions innovantes comme l’intégration, dès le Mercure, du Head Up Display HUD, ou pilotage tête haute avec projection sur le pare-brise cher à l’ingénieur français Gilbert Klopfstein…

La porte était ouverte, presque tous les avions actuels sont équipés de systèmes permettant la CAT III.

Arrêtons-nous maintenant quelques instants sur le phénomène météo responsable de tous ces soucis.

LE BROUILLARD

Mesure de la visibilité

Même s’il arrive que la pluie, le sable ou la fumée soient à l’origine de mauvaises conditions de visibilité, le cas le plus fréquent et le plus intense est sans conteste le brouillard.

Et s’agissant de visibilité, précisons tout de suite de quoi on parle et en quel terme.

La visibilité donnée dans les messages d’observation METAR est celle qui est déterminée par les services de la Météorologie. Pour connaître la visibilité, les météorologistes utilisent des repères visuels qui se trouvent à une distance connue du point d’observation (un château d’eau, un bâtiment, une colline …) et retiennent comme valeur la plus faible visibilité dans le tour d’horizon autour de leur station d’observation.

Pour l’application des minima opérationnels, c’est le Portée Visuelle de Piste PVP ou Runway Visual Range RVR qui intéresse les pilotes. Elle est mesurée sur ou au voisinage de la piste, en comptant les balises (VIBAL) ou, le plus souvent, avec des appareils de mesure automatiques. Il en existe deux types principaux.

• Le transmissiomètre émet un faisceau lumineux étroit en direction d’un récepteur situé à 30 ou 50 m et mesure son affaiblissement au cours du trajet. Celui-ci est proportionnel à la RVR.
• Le diffusomètre mesure l’intensité lumineuse d’un faisceau lumineux diffusé par l’atmosphère. Il détermine le coefficient de diffusion de la lumière par les particules en suspension dans l’air qui, lui aussi, est proportionnel à la RVR.

En voyant la photo du transmissiomètre de CDG, et il y en trois par piste, on commence déjà à mesurer que l’équipement d’un aéroport pour la pratique des approches de précision va représenter un investissement très lourd, et qu’il devra être justifié par la fréquence du brouillard et un trafic aérien suffisants…

Il est très fréquent que les valeurs de RVR soient supérieures à la visibilité générale de l’aéroport, entre autre parce que le trafic sur la piste apporte la chaleur des réacteurs et provoque un brassage favorable à la dispersion du brouillard.

Dans le METAR, la RVR est indiquée à la suite de la visibilité générale, sous la forme R08R/0400 pour 400m sur la piste 08R, avec éventuellement une lettre indiquant la tendance.

Le METAR présenté ici est typique du type de brouillard le plus fréquent en hiver, et celui qui donne les RVR les plus faibles : le brouillard de rayonnement. Il se rencontre par situation anticyclonique, dans une masse d’air froide et humide (écart entre température et point de rosée très faible), avec un vent très faible et un ciel clair.

Le brouillard de rayonnement

Comme tous les nuages, le processus de création est lié au phénomène de saturation de la masse d’air en vapeur d’eau. Cette forme gazeuse de l’eau, invisible, ne doit pas être confondue avec la buée, visible elle, comme dans la salle de bain, au dessus d’une casserole ou dans un nuage.

Une masse d’air ne peut contenir qu’une certaine quantité d’eau sous forme de vapeur invisible, d’autant plus grande que la température est élevée. Si la masse d’air se refroidit, par détente en montant en altitude ou par contact avec une surface froide, on peut atteindre la saturation en vapeur d’eau. L’excédent est alors condensé en fines gouttelettes d’eau liquide pour former un nuage, si c’est en altitude ou de la rosée et du brouillard si c’est au sol…

La température du point de rosée Td (Dew Point en anglais) est celle à laquelle on atteindrait la saturation au sol. Son écart avec la température actuelle nous renseigne sur le degré d’humidité de la masse d’air.

Les quatre diagrammes présentés ci-dessous montrent le processus théorique de formation et de dissipation du brouillard de rayonnement :

1. En fin d’après-midi, le sol a été chauffé par le soleil, la courbe de température est décroissante avec l’altitude, le sol commence à rayonner et perdre sa chaleur.
2. Au cours de la nuit, le rayonnement refroidit la terre et la couche d’air directement en contact avec le sol. Mais, comme l’air est un mauvais conducteur de chaleur (cf. double vitrage) et comme il n’y a pas de brassage par le vent qui est trop faible, ce refroidissement ne se transmet que très partiellement aux couches plus élevées. La courbe de température présente alors une inversion marquée. Vers le milieu de la nuit, la température au sol devient inférieure au point de rosée td et la vapeur d’eau contenue dans l’air commence à condenser formant ainsi une mince couche de brume au ras du sol (brouillard à lapin, juste les oreilles qui dépassent !). Il est codé MIFG dans le METAR.
3. Au petit matin, la température au sol atteint son minimum, l’inversion est maximale, l’épaisseur du brouillard également, tant en hauteur qu’en densité. C’est l’heure où les RVR seront les plus faibles. Pas de chance car c’est aussi l’heure d’arrivée des vols de nuit !
4. Une fois levé, le soleil va tenter de réchauffer la planète. S’il y arrive, la température au sol va augmenter progressivement et le phénomène inverse va s’enclencher. Le brouillard va se dissiper en commençant par le sol et va donc évoluer en stratus dont la base va s’élever progressivement jusqu’à dissipation totale.

A noter que cette inversion de température, qui se produit le matin à chaque fois que la nuit a été claire et sans vent, même si elle ne donne pas naissance à de la brume ou du brouillard, demande une grande vigilance au décollage car elle peut être la cause d’une régression de vitesse non négligeable.

En effet, contrairement aux conditions habituelles, nous allons rencontrer, dans les basses couches, une température de l’air qui augmente au fur et à mesure que l’on s’élève, et donc une diminution de la densité de l’air. Résultat, l’avion conservant par inertie sa vitesse par rapport au sol, la pression mesurée dans le tube pitot va diminuer brutalement et donc indiquer une régression de l’IAS, et si, par malheur, on se trouve confronté à une panne de moteur et que l’on monte juste à V2 mini (1,2Vs), on risque de se trouver bien près de l’avertisseur de décrochage (1,06Vs) !

La seule solution est alors de diminuer rapidement l’assiette et donc la pente de montée pour récupérer les nœuds manquants : très désagréable à basse altitude !!!

Le brouillard de rayonnement est relativement simple à prévoir : voici, retranscrit sur les TAF d’un un cas réel, l’évolution telle que décrite plus haut.

Le TAF de Roissy LFPG prévoit d’abord, temporairement entre minuit et 6h, avec une probabilité de 30%, du brouillard abaissant la visibilité à 300 m.

Puis la prévision pour la période de 6h à 8h donne une visibilité de 100 m avec du brouillard givrant et une visibilité verticale non mesurable.

L’évolution attendue pour la période de 8h à 10h donne une visibilité qui remonte à 500 m et un plafond couvert à 100 ft.

Et on voit que pour Orly LFPO, c’est à peu près la même chose même si c’est un petit peu plus favorable…

Les autres types de brouillard

Un autre type de brouillard relativement fréquent est le brouillard d’advection.

Le principe en est très simple : il s’agit d’une masse d’air chaude est humide qui arrive sur un sol froid. Suivant l’échelle il peut s’agir d’un simple vent humide arrivant après une période de froid intense ou carrément d’un front chaud…

Les différences essentielles avec le brouillard de rayonnement sont qu’il n’y a pas forcément d’heure prévisible et qu’il y a toujours du vent associé et parfois de la turbulence, ce qui peut compliquer sérieusement le travail du pilote automatique.

La dissipation se fait par arrêt du vent qui stoppe l’apport d’air chaud et humide ou par son renforcement qui va brasser la masse d’air.

C’est souvent un phénomène local lié à une configuration géographique particulière, lié à la proximité de la mer. Un des cas les plus spectaculaires est l’entrée de la baie de San Francisco, et c’est aussi le type de brouillard le plus fréquent à New York Kennedy.

Enfin on peut citer d’autres types de brouillard plus anecdotiques qui produisent rarement des visibilités très réduites.

On pourrait également rajouter les vents de sables au voisinage des déserts, ou la fumée à Bombay et Delhi…

LES INFRASTRUCTURES AÉROPORTUAIRES

On en a déjà parlé plus haut avec le transmissiomètre, l’équipement d’un aéroport pour les LVP représente un investissement très important qui ne pourra être envisagé à la légère : ainsi, en France, seul CDG est équipé CAT III sur les huit QFU que permettent ses quatre pistes. Ailleurs, seuls les grands terrains sont partiellement équipés comme ORY (2 QFU), LYS (2 QFU), tous les autres terrains équipés ne le sont que sur un seul QFU (TLS, BOD, LIL, MRS, CMF, NTS, etc)…

A l’étranger, c’est surtout l’Europe qui est concernée par le brouillard de rayonnement, les terrains les plus touchés étant Milan, Londres, Francfort, etc… Aux USA, la plupart des grands terrains au trafic international sont situés au bord de la mer et sont plus touchés par le brouillard d’advection. L’équipement CAT III n’est pas très répandu (2 QFU à JFK) et la réglementation comporte plusieurs différences notables.

Concernant le balisage de piste, voici tout d’abord, pour mémoire, les deux types de ligne d’approche les plus communs, le type Calvert étant le plus courant en Europe.

Pour pouvoir homologuer le QFU en CAT II, il faudra que celle-ci soit complétée pour que le pilote puisse contrôler le positionnement de son avion avant de voir la piste elle-même (DH 100ft). Pour la CAT III, la rampe d’approche n’est pas requise puisque la décision est prise au seuil ou sur la piste suivant la valeur de la DH.

La piste elle-même devra comporter, en plus du balisage de bord de piste et de seuil, sur les premiers 900m une zone de toucher des roues TDZ composée de barrettes latérales blanches, et d’une ligne centrale lumineuse sur toute sa longueur. Cette ligne centrale est composée de lampes de couleur blanche espacées de 7,5m ou 15m (ou 30m mais non homologué LVP).

A partir des 900 derniers mètres avant l’extrémité de piste, les feux de la ligne centrale deviennent alternativement blancs et rouges. Voici ce que cela donne sur FSX avec la visibilité réglée à 200m.

A partir des 300 derniers mètres, le balisage axial de la piste devient entièrement rouge comme on le voit sur cette nouvelle photo prise dans les mêmes conditions. On voit aussi, sur cette vue, l’amorce du balisage axial du taxiway composés de lampes vertes.

Et voici ce que ça donne, en réel de jour, sur la piste de Clermont Ferrand.

Pour connaître les caractéristiques précises du balisage des pistes d’un terrain, sur le site du SIA, il faut cherche le tableau qui récapitule les caractéristiques du balisage d’approche et de piste. Voici celui de Charles de Gaulle, LFPG.

On commence à imaginer un peu mieux le montant de la facture que représentent de telles installations, et on comprend facilement que les gestionnaires se font un peu tirer l’oreille pour passer à l’acte. Par exemple, c’est sous la pression des compagnies low-cost que l’aéroport de Beauvais s’est laissé convaincre il y a quelques années, mais l’installation n’est que partielle puisque seule la piste 12 est CAT III, et pas CAT II car la ligne d’approche n’est pas aux normes et le profil du terrain qui précède la piste est de type porte-avion…

Les caractéristiques techniques des différents composants du balisage sont très complexes, et je serais bien en mal de les exposer ici. Voici plutôt un tableau bien intéressant qui précise l’incidence de leurs déficiences sur les minima. En principe, si la panne est connue d’avance, elle fait l’objet d’un NOTAM précisant les nouvelles conditions d’utilisation. Ce tableau s’utilise quand la panne est récente et que le NOTAM n’est pas encore paru.

Par exemple, si le balisage de la ligne centrale est en panne, la CAT III est interdite de nuit…

S’agissant des installations radioélectriques, et principalement de l’ILS, il devra, naturellement répondre lui aussi à certaines normes de précision, mais aussi présenter un certain niveau de protection contre les pannes, variable suivant le type d’approche LVP (secours chaud de 2 sec en CAT III).

Ce second tableau, comme pour le balisage, présente les conséquences des déficiences de différents équipements associés aux LVP.

On y voit, par exemple, que la panne de l’émetteur de secours de l’ILS interdit la CAT III.

LE MATÉRIEL EMBARQUE

L’ILS

Au niveau de l’avion, on l’a vu dans l’historique, l’option retenue étant le pilotage automatique, il faut un ou des pilotes automatiques capables d’amener l’avion au point de décision dans des limites de précision de plus en plus étroites, et même après puisque pour la CAT III, on doit avoir le pilotage de l’arrondi et du maintien de l’axe après l’atterrissage (Roll Out).

La difficulté principale du guidage sur l’ILS vient du fait que le faisceau du localizer et du glide slope sont angulaires : 1,5° à 3°de part et d’autre de l’axe pour le LOC (suivant la longueur de piste pour avoir toujours la même largeur de faisceau au seuil, 700 ft ou 214 m) et environ 1° pour le glide. Mais pour un même écart de 1° de LOC par exemple, l’écart en mètres va être très différent suivant que l’on se trouve à 10 miles nautiques ou juste au seuil de la piste alors que l’indication sur l’instrument sera exactement la même.

Il faudra donc, comme en pilotage manuel, adapter l’amplitude des corrections en fonction de la distance au seuil de piste. Pas très facile sachant que la seule notion de distance sur un ILS basique est le passage des markers : le DME associé à l’ILS est un luxe qui n’est pas encore systématique ! En école IFR, pour le LOC, on nous apprenait 10° maxi de correction avant l’OM et 5° après. Mais c’est un peu simpliste comme loi de pilotage pour un pilote automatique à qui on va demander de faire un auto land !!!

Sur les premiers systèmes, l’amplitude de correction était fonction du temps écoulé depuis l’interception du glide… Les améliorations sont venues quand on a été capable de fabriquer un radio altimètre de précision suffisante. Là encore, l’industrie française, avec TRT, sera à la pointe du progrès en intervenant sur le projet ATT d’Air Inter.

Le radioaltimètre

Le radioaltimètre est donc un élément essentiel dans la loi de pilotage du PA sur un ILS : il donne une idée de la distance au seuil mais surtout, l’information essentielle pour réaliser la courte finale, l’arrondi et le toucher lors d’un auto land. Il va servir également à déterminer la Hauteur de Décision, ou DH pour Decision Height, qui sera définie comme la hauteur du train d’atterrissage au dessus de la piste à laquelle le CDB devra prendre la décision de poursuivre l’atterrissage ou d’exécuter une approche interrompue. Sur B747-400, il y a 3 radiosondes.

Petite anecdote à ce sujet : si vous disposez d’un addon de B747-400, le PMDG par exemple, peut-être avez-vous déjà remarqué qu’au sol, le radioaltimètre indique -8 ft et non pas zéro, et peut-être vous êtes-vous demandé si c’était bien normal ?

Oui, c’est tout à fait normal et conforme à la réalité, et cela fait d’ailleurs partie des contrôles de conformité du PFD au cours de la préparation du poste. Et ce n’est bien sûr pas la manifestation d’une précision dégradée, bien au contraire !

Cela vient de la position des antennes des radiosondes, au nombre de 6, 2 pour chaque ensemble.

La radiosonde doit indiquer la hauteur des roues du train principal de l’avion au cours de l’approche, de l’arrondi et du toucher. Et l’assiette de l’avion varie de 2,5° en finale à environ 6° au toucher.

Les antennes des radiosondes se trouvant une quinzaine de mètres en avant du train principal (encadré en vert), les indications sont corrigées pour qu’on lise 0 ft lorsque les premières roues touchent le sol, amortisseur détendu et train tilté, avec une assiette avion de 6°.

Et il est donc tout à fait normal qu’il indique -8 ft lorsque le train avant sera posé avec une assiette proche de 0°.

Les antennes

Puisqu’on a le schéma d’implantation des antennes sous les yeux, on imagine facilement que, sur des avions aussi grands (B747 = environ 70 mètres de long), l’emplacement de chaque antenne est soigneusement choisi pour obtenir le meilleur rendement et la plus grande précision de guidage.

S’agissant de l’ILS, l’antenne utilisée n’est pas la même suivant la phase de l’approche.

Pour le LOCALIZER, tant que les modes LOC ou APP ne sont pas sélectionnés au panneau MCP, les trois récepteurs ILS utilisent l’antenne VOR située au sommet de la dérive (par exemple au cours de l’éloignement d’une approche avec virage de procédure).

Dès que le mode LOC ou APP est sélectionné, se sont des antennes de suivi,  situées sous le radôme, dans le nez de l’avion, qui sont utilisées.

En conséquence, avec l’aiguille centrée, c’est le nez de l’avion qui est sur l’axe de piste : avec 30 kt de vent de travers, ce qui fait environ 11° de dérive pour une vitesse d’approche moyenne de 150 kt, le train principal se trouvera à environ 6 mètres de l’axe de piste, auxquels il faut rajouter la demie voie du train d’aile, 5,5 m, on arrive à 11,5 m de décalage, il faut en être conscient ! Mais nous allons en reparler…

Pour le Glide Slope, tant que le train est rentré, se sont des antennes de capture, situées sous le radôme qui sont sélectionnées.

A la sortie du train, les antennes de suivi se trouvant sur les portes de train avant prennent le relais, permettant ainsi d’augmenter la précision en abaissant le point de mesure…

Voici un schéma très intéressant qui fixe bien les idées en matière de hauteur sonde et de segment visuel pour un B747-400 en courte finale LVP.

Pour la CAT II, en haut, on voit que le segment visuel n’est que de 210 m pour une RVR de 350 m, et donc 160 m avec les minima en auto land qui sont de 300 m ! On voit bien, également, que la pente du glide passe  par le train avant, et que lorsqu’on lit 100 ft à la sonde (DH), les yeux du pilote se trouvent à 136 ft, soit 30% plus haut ! Avec une visibilité verticale non mesurable, ce n’est pas sans incidence…

Pour la CAT III, en bas, à la DH de 17 ft (c.a.d. 56 ft pour les yeux du pilote) et avec 125 m de RVR, le segment visuel n’est que de 61 m, ce qui correspond au mieux à cinq feux de balisage axial et trois barrettes de TDZ. Et au toucher, avec l’assiette plus importante, c’est encore un peu moins… Globalement, ça ne fait pas lourd !

On voit que pour le B777 l’implantation est pratiquement identique.

Pour l’Airbus A330-200, les options semblent un peu différentes…

LES APPROCHES CAT II ET CAT III

Réglementation

Une fois que tous ces problèmes d’infrastructure et de pilote automatique sont réglés, la réalisation d’une approche LVP ne semble plus poser de problèmes particuliers. Mais il faut être sûr que le niveau de sécurité des occupants de l’avion et des riverains au sol ne va pas être inférieur à ce qu’il est lorsqu’il fait beau : c’est tout l’objet des procédures qui sont mises en place, les LVP.

Tout d’abord, qui sera autorisé à utiliser ces procédures ?

Comme on peut le voir sur le bas de la fiche d’approche ILS CAT I, CAT II et CAT III de la piste 08R de LFPG par exemple, le SIA n’indique pas de minima CAT II ou CAT III. Seule figure la mention indiquant que cette approche est homologuée pour les approches CAT II et CAT III.

En fait, pour pouvoir pratiquer les approches CAT II et CAT III, il faut déposer une demande auprès des autorités du pays concerné. Le dossier doit expliquer en détail le type d’avion qui sera utilisé, la méthode de détermination des minima opérationnels, les procédures de conduite du vol, de suivi des performances et de maintenance. On doit aussi détailler le programme mis en place pour la qualification des équipages et le maintien des compétences LVP ; tout ceci, bien sûr, en conformité avec la réglementation en vigueur.

Petite parenthèse : lorsqu’il a été mis en ligne en 1973 par UTA, le DC10 n’avait pas été certifié CAT III par l’administration française.  La compagnie, qui l’exploitait en CAT II, décida de passer à la CAT III en 1990. Il fallut faire un complément de certification et, notamment, quelques vols d’essai au CEV de Brétigny. Le DC10 devint, alors, le premier avion long courrier homologué pour pratiquer des approches CAT III en France, mis à part Concorde qui est un cas un peu particulier…

Là encore, c’est une option qui a un coût non négligeable en termes de matériel, de maintenance et de formation du personnel.

Pour la compagnie, c’est un argument marketing car elle peut améliorer ses performances de régularité à l’arrivée, en hiver notamment, mais elle peut aussi réduire sa facture de carburant en diminuant les dégagements et les prises de carburant !

Toutes les compagnies ne font donc pas cette démarche. Air France, pour sa part, n’a jamais cherché à en faire autant pour le B747-100, 200 ou 300, ce que ses concurrents Lufthansa et KLM avait fait pourtant…?

Mais revenons-en aux procédures LVP.

Les minima CAT I sont donc mentionnés sur les fiches d’approche du SIA. Pour la CAT II et la CAT III, les minima seront déterminés, piste par piste, par la compagnie qui fait la demande, en tenant compte, bien sûr, des OCH d’une part, et des valeurs les plus basses admissibles qui figurent dans la réglementation, européenne maintenant, à la section 1.430 du JAR-OPS1 ou EU-OPS1 pour ce qui concerne le transport aérien.

Voici ce que ça donne pour la CAT II, dans l’OPS1 en version française… La note 2a précise que, pour les avions de catégorie  D comme le B744, la RVR mini est de 300 m si on fait un auto-land.

Et voici l’application qui en est faite à Air France, dans l’ancienne version française sur fond jaune, et en version LIDO actuelle en insertion sur fond blanc.

Pour la CAT II, on voit que la DH est indiquée en tenant compte de la différence entre le niveau de la piste et celui de l’endroit, environ 400 m avant la piste, où l’avion va se trouver en atteignant la DH : on lit donc RA 103 (ou 104 sur LIDO ?) ce qui montre que le terrain avant le seuil de la 08R est un peu plus bas que la piste… On travaille dans le très fin !!!

Sur cette même diapo, on voit que pour la CAT III, les minima ne sont pas indiqués et qu’il est juste mentionné de se référer au TU (Manuel d’exploitation ancienne version) ou à la « Company » en version LIDO.

En fait, c’est nettement plus compliqué car il n’y a pas un seul type de CAT III mais quatre, suivant l’infrastructure aéroportuaire, l’équipement de l’avion, et plus encore, en fonction de l’état réel de l’avion au moment d’entreprendre l’approche.

Là aussi, l’administration a prévu les minima les plus bas admissibles dans les quatre cas : on voit que la différence entre CAT IIIA et CAT IIIB se joue sur une histoire de roll out passif après panne ou pas de roll out, et que le top du top, RVR 75 m avec ou sans DH, est soumis à l’existence d’un roll out opérationnel après panne…

Pour rester simple, un système est opérationnel après panne (fail opérative) si la redondance est telle que l’occurrence d’une panne ne remet pas en cause l’atterrissage automatique. Pour faire court, il assure quand même la fonction.

Le système est dit passif après panne (fail passive) si, dans la même occurrence, la fonction n’est plus assurée mais le système ne produit pas de déviation significative par rapport à la trajectoire. Il faut donc reprendre à la main…

Exemple du B747-400 AF

Détermination des minima applicables

C’est dans le manuel de chaque avion que l’on va trouver les minima applicables.

Voici ce que ça donne pour le B744 d’AF. Un autotest est réalisé par le système lorsque que l’avion franchit 1500 ft RA en approche ILS sous pilote automatique. Le résultat de ce test, appelé «AUTOLAND STATUS », va s’afficher au PFD, à environ 1400 ft RA, et donne trois verdicts possibles :

• LAND 3 : le système autoland est complètement opérationnel, les minima les plus bas sont autorisés, 17 ft et 125 m avec les 4 GTR en CAT 3B
• LAND 2 : certains dysfonctionnements ou pannes rendent le système autoland seulement fail passive pour au moins une fonction : les minima possibles sont alors dégradés.
• NO AUTOLAND : l’autoland est en panne, seule la CAT 1 est disponible puisque, sur cet avion, Air France a déposé la procédure de CAT II en autoland uniquement.

On voit donc qu’il faudra attendre 1400 ft en finale pour savoir quels seront les minima opérationnels applicables !!! Pas très pratique… Ce n’est pas tout à fait vrai car, au cours du vol, lorsqu’une panne intervient sur un élément nécessaire à l’autoland, l’EICAS va indiquer NO LAND 3 ou NO AUTOLAND, ce qui constitue un avertissement bien utile pour la fin du vol…

Mais tout n’est pas annoncé à l’avance. Par exemple, pour limiter les problèmes électriques pendant la phase critique que constituent la courte finale, l’arrondi et le roll out, l’alimentation des calculateurs FCC (Flight Control Computers) est automatiquement séparée lors de l’autotest (autrefois, c’était l’OMN qui le faisait à la main).  Sur B744, l’EICAS n’étant pas capable d’afficher le schéma correspondant, l’écran indique alors « Electrical Synoptic Inhibited for Autoland ».

Si l’opération n’est pas satisfaisante, le STATUS sera au mieux LAND 2…

Mais ce n’est pas tout. L’AUTOLAND STATUS ne surveille que le fonctionnement du pilote automatique, et il y a d’autres systèmes qui doivent fonctionner pour pouvoir faire une approche LVP. Voici la liste des équipements nécessaires et l’influence de leur déficience sur la capacité LVP du B744.

 

On retrouve, bien sûr, les éléments surveillés par l’AUTOLAND STATUS tels que PA ou ATS, mais on trouve également le GPWS, les annonces vocales de hauteur sonde (CALL OUT), l’essuie-glace côté CDB, le système anti-patinage (ANT SKID), l’horizon artificiel de secours, etc… et l’on constate ainsi que si l’essuie-glace gauche est en panne on sera limité à des minima CAT 1 !!!

Organisation du travail de l’équipage

On l’a vu, le très court délai disponible pour réagir à un défaut lors des phases critiques, ainsi que la nécessité d’une surveillance très pointue, imposent une répartition des tâches très précise. Air France a même choisi d’appliquer cette répartition à la CAT I, dès lors que la RVR est inférieure à 800 mètres.

• Le CDB est systématiquement Pilot Flying PF et se prépare à l’action en cherchant les références visuelles.
• L’OPL est Pilot Monitoring PM, son rôle est la surveillance active du déroulement de l’Autoland. De plus, il effectue les annonces et la radio.

Le rôle de surveillance du copilote est primordial car il n’est bien sûr pas question de laisser un ou des robots travailler seuls !!!

Le diagramme ci-dessus synthétise les différents éléments à surveiller : on voit qu’en dessous de 1000 ft AGL, tout élément non conforme entraîne, de la part de l’OPL, une seule et unique annonce « ALARME », qui elle-même entraîne une remise de gaz effectuée par le CDB.

L’OPL doit également surveiller la précision du suivi de l’ILS grâce à l’indicateur d’écarts excessifs qui est actif à partir de 500 ft RA, jusqu’au sol pour le LOC et jusqu’à 100 ft pour le G/S (non simulé sur B744 PMDG).

Les éléments basiques de pilotage que sont vitesse, assiette et inclinaison doivent aussi être surveillés de près et leurs valeurs se situer dans des « fourchettes » faute de quoi on devrait faire une remise de gaz…

Mais avant de commencer une approche de ce genre, quand même un peu plus compliquée qu’un simple ILS manuel, comme d’habitude en aviation, on va faire un briefing, ce qui va nous permettre de synthétiser tout ce que l’on vient de voir. Et comme cela n’arrive pas très souvent, la Compagnie Air France met à la disposition de ses équipages, un aide mémoire dont voici un condensé de la version française qui était en vigueur en 2011.

Détaillons un petit peu :

• Météo destination : pour CAT II et III, l’ATIS doit mentionner que les LVP sont en vigueur. Les RVR sont alors données par l’Approche.
• Météo dégagement : à ce stade, au moins un dégagement doit être accessible avec RVR > minima, mais cela n’empêche pas d’être prévoyant en anticipant une attente, l’encombrement possible des dégagements ou l’échec de l’autoland… Autrement dit, il ne faudra pas attendre le dernier carat pour dégager sur un terrain où il fait le même temps !
• Infrastructure : Notam ou Atis
• Equipement avion : l’autoland doit être valide du point de vue maintenance, ce qui doit être mentionné dans le dossier de vol.
• Pour les alarmes, et les tolérances de guidage et de pilotage, on vient juste d’en parler…
• Minima : dans le tableau déjà vu pour la CAT III ou fiche terrain pour la CAT II. Pour poursuivre après la DH, on doit avoir en vue les éléments de balisage indiqué dans le tableau : la différence vient du fait qu’en CAT II, autoland fail passive, on doit pouvoir reprendre à la main si le PA se déconnecte durant l’arrondi. En CAT III, fail operative, on doit juste vérifier qu’on est bien sur la piste.

La ou les RVR doivent être supérieures aux minima pour pouvoir poursuivre l’approche au-delà de la porte (Outer Marker ou équivalent).

Si elles sont disponibles, les RVR mi-piste et fin de piste doivent respecter certaines valeurs minimales indiquées dans les explications ci-dessous…

Déroulement d’une CAT 3 en B744

Voyons maintenant, à titre d’exemple, le déroulement d’un atterrissage automatique sur B744. C’est plus ou moins pareil sur les autres types d’avion…

Le schéma présenté sur ci-dessus détaille les différentes phases de l’approche avec les différentes annonces qui vont apparaître au FMA, Flight Mode Annonciator. C’est, en effet, grâce au FMA que l’on va pouvoir vérifier que l’autoland se déroule correctement, il est donc essentiel de connaître la séquence normale pour pouvoir détecter un défaut.

Tout est indiqué, mais on peut souligner quelques points clé :

• Quand on appuie sur APP, les trois voyants AP s’allument mais seul le premier pilote automatique engagé pilote réellement l’avion.
• C’est à 1500 ft RA que commence vraiment l’autoland : l’autotest est déclenché, il va donner son verdict, l’AUTOLAND STATUS, environ 5 secondes plus tard, si tout va bien LAND 3 vert, ROLL OUT et FLARE armés blanc. A partir de ce moment, les 3 AP pilotent l’avion simultanément et leur canal sur la gouverne de direction est engagé.
• S’il y a du vent de travers, le decrab aura lieu en deux phases : à partir de 500 ft si la dérive est >5°, et à 200 ft pour l’annulation finale de la dérive.
• Vers 50 ft début de l’arrondi
• Vers 25 ft réduction des moteurs
• Le Roll Out commence à 5 ft.

J’ai, bien sûr, essayé tout cela sur FSX et mon addon préféré, le B744 de PMDG : en voici quelques images…

J’ai  d’abord réglé la météo avec du brouillard et une visibilité de 100 m, FSX ne permet pas de faire plus précis !

Première vue : au cap d’interception pour la piste 08R de LFPG.

l’ILS DSE est identifié, le LOC est armé blanc, et la DH est réglée à 17 fr RADIO : attention, ce n’est pas le cas sur le PMDG mais en vrai, il faut s’assurer qu’il n’y a pas de DA BARO réglée en même temps qu’une DH RADIO sinon le CALL OUT MINIMUMS ne fonctionnera pas !

Notez aussi l’échelle du LOC qui, en configuration normale, présente deux points de chaque côté, environ 1° par point.

L’AUTOBRAKE est sur 4, position recommandée en LVP.

Nous avons maintenant intercepté le LOC, l’échelle est maintenant dilatée, le carré représente ½ point de l’échelle précédente soit environ ½ degré. Le G/S étant actif et cohérent avec la distance DME, nous sommes passés en mode APP, le FMA indique LOC vert et G/S armé blanc. Les 3 voyants AP sont allumés mais c’est toujours seul le gauche qui pilote.

1380 ft RA, l’autotest vient de rendre son verdict : le CDB annonce « LAND 3, ROLL OUT et FLARE armés ». Les trois AP pilotent simultanément l’avion avec le canal direction engagé. On aperçoit la rampe d’approche ce qui n’est pas rare par ce type de temps, le brouillard étant souvent peu épais et fractionné en bancs, et la visibilité verticale, au travers du brouillard est la plupart du temps bien meilleure qu’horizontalement.

320 ft RA : on est maintenant dans la couche de brouillard. Le système d’écarts excessifs est actif depuis 500 ft RA. Le seuil de déclenchement en LOC est ½ carré d’échelle étendue soit ¼ de point d’échelle normale (environ ¼ de degré). Sachant que la largeur du faisceau est réglée pour que la déviation maxi, 2,5 points, corresponde à une largeur totale de 214 m au seuil de piste (107 m de chaque côté), ¼ de point représente donc 10,7 mètres.

Le train d’aile se trouve à environ 5,5 m de l’axe de l’avion, ce qui fait donc 10, 7 + 5,5 = 16,2 m de l’axe de piste, à condition que la dérive soit nulle….

Comme on l’a vu précédemment, l’antenne LOC est dans le nez de l’avion. Si, en plus, on a 25 kt de vent de travers du mauvais côté (limitation en autoland, peu probable par temps de brouillard de rayonnement mais plus en cas d’advection) ce qui fait environ 10° de dérive, le train d’aile se trouvant à environ 30 m du nez, va se trouver désaxé de 5,3 m supplémentaires qui rajoutés aux 16,2 m font au total 21,5 m. Pour une piste de 45 m de large, 22,5 m de part et d’autre de l’axe, la marge avec le bord de piste deviendrait bien mince ! On comprend mieux pourquoi Boeing a prévu, pour le système Autoland, de décraber l’avion avant le toucher !!!

Pour le glide, le seuil de déclenchement de l’alarme d’écart excessif est d’environ 2/3 de point au-dessus ou en dessous jusqu’à 100 ft.

28 ft RA : FLARE, l’arrondi a commencé et IDLE, la réduction des moteurs aussi. Si le mode FLARE ne passe pas, l’OPL doit annoncer « ALARME » et le CDB doit engager une remise des gaz.

Mais là ça se présente bien puisqu’on voit déjà 3 feux de ligne axiale et une barrette de TDZ…

A 17 ft, le CALL OUT a annoncé “MINIMUMS”, mais surprise, plus rien en vue à l’extérieur ! J’ai donc engagé une remise de gaz. Celle-ci est effectuée en mode automatique par les 3 PA : le FMA indique THR/TOGA/TOGA et le mode PA est revenu à CMD. On a fait un point bas à 12 ft RA, mais on aurait pu aussi bien toucher la piste… Et on  voit strictement rien dehors !

La seconde approche sera faite avec la visibilité réglée à 200 mètres. Cette fois, à la DH, la piste est en vue : on aperçoit au moins 9 feux de ligne d’approche, ce qui fait un segment visuel de 120 m, auquel il faut ajouter les 60 m environ qui sont occultés, on arrive effectivement à un peu moins de 200 m…

On est à 12 ft RA, on lit IDLE au FMA, la réduction des moteurs est pratiquement terminée.

Après plusieurs tentatives avec différents réglages de la météo, on arrive, sur cette diapo, à quelque chose qui ressemble vraiment aux conditions limites de la CAT III B du B744. L’ambiance est plus lumineuse car le jour se lève.  Si, si, cherchez bien ! On voit au moins 5 feux de la ligne axiale et deux barrettes latérales à gauche et une à droite !

Ça correspond bien à ce qui est indiqué sur ce schéma…

Je ne peux pas affirmer que c’est vraiment ce que l’on voit en réel avec une RVR de 125 m car je n’ai jamais eu l’occasion de l’expérimenter : il m’est, bien sûr arrivé de faire des CAT III en vrai, mais je ne me souviens pas avoir eu moins que 200 m.

Par contre, c’est tout à fait conforme à ce que l’on voit au simulateur lors des entraînements périodiques ou au cours de la qualification de type…

Sur cette vue, on est en fin de décélération, en ROLLOUT, les 3 PA maintiennent l’avion sur le LOC. La RVR est ici réglée à 100 m mais on a l’impression qu’elle est encore plus faible car dès que l’on sort de la TDZ, après les 900 premiers mètres de piste donc, l’éclairage est moins dense, il ne reste que les seuls feux de ligne centrale…

Le plus gros est fait, mais les problèmes ne sont pas terminés : il va falloir rouler jusqu’au parking, et ce n’est pas, et de loin, le plus facile ! Il ne faut pas louper les panneaux de signalisation, surtout celui du taxiway par lequel on quitte la piste. Le grand danger, dans ce cas, c’est de se perdre et de faire une incursion sur une piste en service, comme lors d’un accident célèbre survenu à Milan Linate il y a déjà bien longtemps… !

La présence d’un radar sol est, bien sûr, un plus indéniable ! Mais il nécessite la vigilance permanente du contrôleur sol. Il existe aussi des systèmes de guidage individuel, comme il y avait à Londres Heathrow il y a bien longtemps, et qui a été repris sur quelques terrains asiatiques : le contrôle sol indique « taxi on the greens », et seuls sont éclairés les lignes centrales des taxiways à suivre pour atteindre le parking : on ne peut pas faire mieux !

Et une fois que l’on a trouvé le poste de stationnement, coupé les moteurs et effectué les check-lists appropriées, il reste encore une dernière formalité : il faut remplir le compte-rendu d’atterrissage automatique. L’administration souhaitant garder un œil sur la fiabilité des systèmes mis en œuvre lors des procédures LVP, une procédure de surveillance des performances du système Autoland doit être mise en place par l’exploitant.

Autrefois, on remplissait un formulaire spécial, aujourd’hui, on renseigne simplement une page spéciale du PV ACARS envoyé à la fin de chaque vol.

Le LVTO (Low Visibility Take Off)

Parlons maintenant du décollage car pouvoir atterrir dans le brouillard c’est bien, mais si on ne peut pas redécoller, c’est moins bien… !!!

Voici, tout d’abord, les minima les plus admissibles tels qu’ils apparaissent dans la réglementation, l’OPS 1.

On voit que pour un avion de classe D comme le B744, la RVR mini possible est de 200 m sur une piste équipée pour les opérations LVP : si on a atterri avec 125 m de RVR, on ne peut pas redécoller !!!

Voici maintenant comment sont indiqués ces minima sur la fiche SIA de LFPG.

On voit qu’il existe une possibilité de décoller avec une RVR plus faible, jusqu’à 75 m, dans le cadre d’une procédure LVTO. Mais, comme pour la CAT II/III, il faut que l’exploitant en fasse la demande en déposant un dossier similaire à ce que l’on a vu pour les approches de précision.

Voici comment tout cela est mis en musique dans le Manuel d’exploitation d’Air France. On retrouve toutes les valeurs vues précédemment mais, en plus, on trouve des valeurs réduites avec les conditions dans lesquelles elles peuvent être utilisées.

On lit notamment que pour les décollages LVTO, si la visibilité est inférieure à 400 m, c’est le CDB qui est obligatoirement PF. Et pour les RVR réduites, on doit mesurer un segment visuel de 90 m au seuil de piste et utiliser la pleine poussée pour décoller.

L’ancien MANEX du B744, en français, était d’ailleurs un peu plus précis même si la limite pour que le CDB soit PF était alors fixée à 200m. Il est, en particulier, clairement indiqué comment évaluer le segment visuel de 90 m en comptant le nombre de feux visibles sur la ligne centrale, qui ajoutés aux 60 m occultés font bien une RVR de 150 mètres !

Le problème, alors, est de trouver l’information sur l’espacement des feux de ligne axiale ? Pas très facile au SIA puisqu’il faut dénicher le tableau de synthèse du balisage des pistes.

En pratique, je n’ai pas trouvé, en France, une seule piste où l’espacement ne soit pas de 15 m. Ce n’était pas le cas avant où par exemple, lorsque CDG n’avait que 2 pistes, il y en avait une  avec 15 m et l’autre 7,5 m, et bien sûr, on ne se rappelait jamais de laquelle avait quoi !!!

Heureusement c’est plus simple sur les fiches habituellement utilisées par les équipages. Par exemple, sur LIDO actuellement utilisé à Air France, un petit pictogramme symbolise toutes les données sur le balisage, dont l’écartement des feux de ligne axiale…

Et voici ce que cela donne vu au travers du pare-brise de notre B744 PMDG favori : la visibilité FSX est réglée à 100 mètres, et on compte pourtant les 7 feux réglementaires…

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CONCLUSION

Nous voici arrivés au terme de ce petit exposé.J’espère qu’il vous donnera l’envie d’essayer de faire des arrivées LVP sur votre simulateur préféré J’ai notamment essayé en météo réelle, grâce à Activ Sky Next, le rendu était très réaliste…

Bons vols !