Le contrôle en route de la circulation aérienne

Depuis quelques années, le trans­port aérien est sou­mis à deux cri­tiques récur­rentes. La pre­mière est rela­tive à la gêne sonore engen­drée par les avions aux envi­rons des plates-formes aéro­por­tuaires, la seconde concerne la ponc­tua­li­té des vols. Le sys­tème de contrôle aérien consti­tuant une par­tie des causes de ces retards (20 % envi­ron), nous nous inté­res­se­rons ici à en déga­ger les élé­ments consti­tu­tifs pour mieux com­prendre les phé­no­mènes en jeu.

Les pro­grès connus en matière de construc­tion aéro­nau­tique et d’a­vio­nique ont per­mis aux avions de voler plus vite et par presque toutes condi­tions météo­ro­lo­giques. Il est donc plus que jamais néces­saire de gérer les flux de tra­fic aérien de l’ex­té­rieur au moyen de méthodes et d’ou­tils d’an­ti­ci­pa­tion fiables. Dans ce cadre, le contrô­leur aérien doit avoir une vue glo­bale du tra­fic pré­sent et à venir. Ces ser­vices ont pu se déve­lop­per grâce aux tech­niques infor­ma­tiques, radio et radar qui pro­curent à la fois un moyen de com­mu­ni­ca­tion et une visua­li­sa­tion auto­nome du trafic.

La mis­sion pre­mière (en fait un impé­ra­tif) de sécu­ri­té aérienne est assu­rée dans des struc­tures bien défi­nies qui sont essen­tiel­le­ment au nombre de trois : les tours de contrôle qui gèrent le tra­fic sur l’aé­ro­port et dans ses abords immé­diats (quelques dizaines de kilo­mètres), les contrôles d’ap­proches dont la mis­sion est de pré­pa­rer les flux de tra­fic en vue de leur inté­gra­tion dans les cir­cuits d’at­ter­ris­sage, et enfin les Centres en route de la navi­ga­tion aérienne (CRNA) s’oc­cu­pant des appa­reils évo­luant en régime de vol contrô­lé dans le reste de l’es­pace. Ce sont ces der­niers qui gèrent essen­tiel­le­ment les vols en croisière.

En France, on compte cinq CRNA situés à Paris, Aix-en-Pro­vence, Reims, Bor­deaux et Brest. Ils se par­tagent l’es­pace aérien fran­çais qui est divi­sé en uni­tés spa­tiales élé­men­taires appe­lées sec­teurs de contrôle et de dimen­sions de l’ordre de la cen­taine de kilo­mètres hori­zon­ta­le­ment et de quelques mil­liers de mètres ver­ti­ca­le­ment. Chaque centre a en charge un cer­tain nombre de ces sec­teurs, et est res­pon­sable du bon écou­le­ment du tra­fic dans cette zone. Dans le cas de Reims, la posi­tion géo­gra­phique de l’es­pace contrô­lé par le CRNA-Est en fait un point de pas­sage obli­gé pour les flux de tra­fic qui relient l’Eu­rope du Nord à l’Eu­rope du Sud.

Fonctionnement d’un centre de contrôle

Un CRNA est arti­cu­lé autour de deux pôles : la salle de contrôle et la salle tech­nique, toutes deux en très étroite rela­tion fonctionnelle.

La salle de contrôle où exercent les ingé­nieurs du contrôle de la navi­ga­tion aérienne (sou­vent com­mu­né­ment appe­lés aiguilleurs du ciel dans la presse) est com­po­sée d’un cer­tain nombre de posi­tions de tra­vail. Cha­cune est armée par deux contrô­leurs qua­li­fiés, l’un dit orga­nique pré­pare les actions à mener et gère les liai­sons avec les autres ser­vices de contrôle, l’autre dit rada­riste gère le tra­fic en temps réel. La posi­tion est pour cela équi­pée de deux écrans radar, d’une pla­tine radio pour les com­mu­ni­ca­tions avec les avions, d’une pla­tine télé­pho­nique pour les com­mu­ni­ca­tions avec les autres posi­tions qu’elles soient dans le même centre ou dans tout autre centre si la liai­son se jus­ti­fie, et d’une inter­face de com­mu­ni­ca­tion avec les cal­cu­la­teurs de trai­te­ment des plans de vol.

À chaque sec­teur est asso­ciée une posi­tion de contrôle, une posi­tion pou­vant, le cas échéant, gérer simul­ta­né­ment plu­sieurs sec­teurs. Chaque posi­tion armée dis­pose d’une fré­quence VHF de tra­vail dans la bande 118 – 137 Mhz. La salle est enfin gérée par un chef de salle qui en déter­mine à chaque ins­tant la confi­gu­ra­tion dans le but d’as­su­rer au mieux les mis­sions de sécu­ri­té et de régu­la­ri­té. Il est en cela aidé par un régu­la­teur qui a connais­sance du tra­fic à venir pour anti­ci­per les varia­tions de charge.

Phy­si­que­ment située sous la salle de contrôle, la salle tech­nique est le sys­tème ner­veux du contrôle aérien. Elle com­porte tous les élé­ments néces­saires au fonc­tion­ne­ment des divers sys­tèmes ins­tal­lés en salle de contrôle et décrits plus haut. On y trou­ve­ra en par­ti­cu­lier les cal­cu­la­teurs néces­saires à l’é­la­bo­ra­tion de l’i­mage radar issue des don­nées de plu­sieurs radars et agré­men­tée d’élé­ments d’in­for­ma­tion tels que l’in­di­ca­tif du vol, son alti­tude et sa vitesse.

C’est aus­si en salle tech­nique que sont gérées les infra­struc­tures télé­pho­niques et de com­mu­ni­ca­tion radio, ain­si que les dif­fé­rents cal­cu­la­teurs des sys­tèmes de coor­di­na­tion du tra­fic aérien. Une main­te­nance tech­nique opé­ra­tion­nelle est assu­rée 24 heures sur 24 tant pour ce qui est du centre lui-même que pour cer­tains sys­tèmes iso­lés (centre d’é­mis­sion-récep­tion VHF, radars). Tous les élé­ments iso­lés sont d’ailleurs dotés de moyens de sur­veillance et de main­te­nance à dis­tance. Les mis­sions de main­tien de la dis­po­ni­bi­li­té des équi­pe­ments sont assu­rées par les ingé­nieurs élec­tro­ni­ciens des Sys­tèmes de la Sécu­ri­té aérienne (IESSA).

Il est à noter que les sys­tèmes mis en œuvre sont des sys­tèmes lourds car leur inté­gri­té et leur fia­bi­li­té sont des cri­tères pri­mor­diaux. Ils sont géné­ra­le­ment dou­blés voire tri­plés pour faire face à la défaillance de n’im­porte quel élé­ment sans aucu­ne­ment affec­ter la sécu­ri­té du trafic.

Outre l’or­ga­ni­sa­tion tech­nique, un troi­sième point est à noter dans le fonc­tion­ne­ment du CRNA et prin­ci­pa­le­ment celui de Reims : la for­ma­tion des per­son­nels et en par­ti­cu­lier des contrô­leurs. L’aug­men­ta­tion du tra­fic engendre un fort besoin en effec­tifs de contrô­leurs. Or, cette for­ma­tion par objec­tifs jus­qu’à la qua­li­fi­ca­tion est longue. L’É­cole natio­nale de l’a­via­tion civile (ENAC) dis­pense la par­tie théo­rique et pra­tique géné­rale qui est pro­lon­gée par une for­ma­tion adap­tée à l’or­ga­nisme d’af­fec­ta­tion. Cette deuxième phase se fait à la fois au moyen de cours théo­riques et d’ap­pli­ca­tions sur simu­la­teur et sur tra­fic réel. La durée moyenne totale de for­ma­tion avoi­sine cinq années.

Mal­gré tous ces inves­tis­se­ments tant humains que tech­no­lo­giques, l’é­cou­le­ment du tra­fic ren­contre des difficultés.

La saturation de l’espace aérien

Qui ne s’est jamais éton­né d’en­tendre dire et répé­ter qu’en cer­tains endroits, et dans l’est de la France en par­ti­cu­lier, l’es­pace aérien est satu­ré, bien que le soleil soit plus sou­vent mas­qué par les nuages que par les avions. L’art du contrôle aérien consiste à faire cir­cu­ler un fort tra­fic, évo­luant dans les trois dimen­sions, dans un espace don­né et en res­pec­tant les normes de sécurité.

Sans entrer ici dans de trop longues des­crip­tions, on pré­ci­se­ra que les normes de sécu­ri­té éta­blissent des espa­ce­ments mini­maux hori­zon­taux et ver­ti­caux entre les dif­fé­rents avions. Ces espa­ce­ments visent d’une part à assu­rer de manière évi­dente la sécu­ri­té des vols, et d’autre part à prendre en compte les marges d’im­pré­ci­sion des dif­fé­rents moyens de navigation.

À ces néces­si­tés d’es­pa­ce­ment phy­sique des avions s’a­joute la capa­ci­té maxi­male de ges­tion des contrô­leurs. Cette capa­ci­té (aujourd’­hui fac­teur dimen­sion­nant) est défi­nie dans le but de confier au contrô­leur une charge de tra­vail lui per­met­tant d’ac­com­plir effi­ca­ce­ment toutes ses tâches, ceci en main­te­nant la sécu­ri­té. La capa­ci­té, défi­nie par sec­teur, dépend de plu­sieurs paramètres.

Nous en cite­rons deux à titre d’exemple non exhaus­tif : la com­plexi­té du réseau de routes du sec­teur (plus les routes sont mêlées, plus la ges­tion du sec­teur est dif­fi­cile en rai­son d’un nombre impor­tant de croi­se­ments d’a­vions), et le carac­tère évo­lu­tif des vols dans le sec­teur (un vol en croi­sière à vitesse et alti­tude constantes est plus simple à appré­hen­der qu’un vol en évo­lu­tion ver­ti­cale). Il découle de ces consi­dé­ra­tions un nombre de vols admis­sibles simul­ta­né­ment. En inté­grant la durée moyenne d’oc­cu­pa­tion du sec­teur par l’a­vion, on déter­mine un nombre de vols par heure. Dès lors que la demande de vols dans un sec­teur dépas­se­ra sa capa­ci­té, il y aura appli­ca­tion de mesures de régulation.

Nom­breux sont actuel­le­ment les sec­teurs qui se retrouvent à cer­taines heures de la jour­née en satu­ra­tion. Cela signi­fie que la demande est supé­rieure à la capa­ci­té c’est-à-dire l’offre. Un réflexe d’a­na­lyse éco­no­mique élé­men­taire condui­rait à dire qu’il suf­fit d’aug­men­ter le mon­tant de la rede­vance pour rame­ner la demande au niveau de l’offre. Cette idée n’est pas d’ac­tua­li­té pour le contrôle aérien. Le prin­cipe rete­nu est celui de la régu­la­tion auto­ri­taire des vols. Cette régu­la­tion est effec­tuée au niveau euro­péen par une cel­lule d’Eu­ro­con­trol nom­mée la CFMU (Cen­tral Flow Mana­ge­ment Unit). Le prin­cipe en est très simple : les plans de vols dépo­sés consti­tuent la base de cal­cul. Ils déter­minent la demande de trafic.

Dès lors que la demande excède la capa­ci­té, les vols se ver­ront assi­gner une heure de départ com­pa­tible avec le res­pect des capa­ci­té de tous les sec­teurs tra­ver­sés. La base du sys­tème repose sur un objec­tif de mini­mi­sa­tion du retard moyen, et les moda­li­tés de ces régu­la­tions sont décrites som­mai­re­ment dans le sché­ma joint. Ce sys­tème a l’a­van­tage majeur de limi­ter le retard subi par tout avion plu­tôt que de limi­ter le nombre d’a­vions retar­dés. Il est en quelque sorte plus juste. L’au­to­ri­sa­tion de départ ain­si attri­buée est bien connue sous le nom de cré­neau (slot en anglais). Les périodes où ce sys­tème d’al­lo­ca­tion de cré­neaux de tran­sit sont néces­saires sont dites périodes de régu­la­tion et le sec­teur concer­né est dit régulé.

Il découle de ce méca­nisme que cer­tains vols se ver­ront assi­gnés des cré­neaux pos­té­rieurs à leur heure de départ ini­tia­le­ment deman­dée. Le retard en ques­tion est appe­lé retard ATC (Air Traf­fic Control). Il entre dans le cal­cul du retard dit TCC (toutes causes confon­dues) qui, lui, prend en compte tous les para­mètres condui­sant au retard de l’a­vion : pas­sa­gers en retard, inci­dent tech­nique, mau­vaises condi­tions météo­ro­lo­giques… C’est le retard TCC qui est res­sen­ti de fait par le passager.

Pour don­ner des ordres de gran­deur, dans le cas du CRNA-Est (Reims), les retards ATC engen­drés par les sec­teurs sous sa res­pon­sa­bi­li­té ont été en décembre 1997 de 72 529 minutes pour un tra­fic de 46 538 vols. Ceci fait une moyenne d’en­vi­ron une minute et demie par vol réalisé.

Les enjeux du futur

Main­te­nir et amé­lio­rer le niveau de sécu­ri­té du sys­tème de navi­ga­tion aérienne est l’ob­jec­tif constant de tous les acteurs du trans­port aérien. En outre, un autre objec­tif est de main­te­nir le retard ATC moyen en des­sous des trois minutes par vol durant les mois de tra­fic dense. Ce n’est mal­heu­reu­se­ment pas tou­jours le cas aujourd’­hui, en par­ti­cu­lier à Reims. Pour cela, la capa­ci­té glo­bale de l’es­pace aérien doit être améliorée.

L’ef­fec­tif de contrô­leurs est un para­mètre dimen­sion­nant. En effet, le nombre de contrô­leurs dis­po­nibles va déter­mi­ner le nombre de posi­tions qu’il est pos­sible d’ar­mer. En fonc­tion de ce nombre, cer­tains sec­teurs devront éven­tuel­le­ment être regrou­pés sur une même posi­tion, rédui­sant natu­rel­le­ment la capa­ci­té du centre. Ceci jus­ti­fie plei­ne­ment une poli­tique de for­ma­tion de grande enver­gure. Le centre de Reims a, sur un effec­tif glo­bal en contrô­leurs de 293, 113 contrô­leurs en formation.

L’aug­men­ta­tion du nombre de sec­teurs apporte des amé­lio­ra­tions sur la régu­la­ri­té, mais cette méthode touche rapi­de­ment à ses limites. En effet, reve­nant à des consi­dé­ra­tions éco­no­miques, on peut dire que le contrôle aérien est typi­que­ment une acti­vi­té à ren­de­ments décrois­sants. L’aug­men­ta­tion de capa­ci­té selon cette méthode est finan­ciè­re­ment très oné­reuse. Par contre, des solu­tions pro­met­teuses existent dans un redé­cou­page de l’es­pace réac­tua­li­sé selon les prin­ci­paux flux de trafics.

Une deuxième limite à la mul­ti­pli­ca­tion des sec­teurs est la dis­po­ni­bi­li­té de fré­quences radio. La bande avia­tion n’offre plus que de rares canaux libres. Un res­ser­re­ment des canaux (de 25 kHz à 8,33 kHz) sera mis en place en 1999. Par ailleurs, mul­ti­plier les sec­teurs revient à rac­cour­cir le temps entre deux chan­ge­ments de fré­quence pour l’é­qui­page de l’a­vion, ce qui a ses limites au point de vue opérationnel.

La modi­fi­ca­tion des réseaux de routes peut appor­ter des gains sub­stan­tiels en dimi­nuant le nombre de croi­se­ments de routes. La com­plexi­té du sec­teur devient moindre per­met­tant une capa­ci­té supé­rieure. La dif­fi­cul­té lorsque l’on veut redes­si­ner les réseaux de routes est qu’une modi­fi­ca­tion dans un sec­teur entraîne inévi­ta­ble­ment des consé­quences sur les sec­teurs adja­cents voire même bien plus loin, et ce qui est bon d’un côté ne l’est pas néces­sai­re­ment de l’autre.

Les pro­grès de l’a­vio­nique per­mettent main­te­nant aux avions les plus modernes de faire de la navi­ga­tion dite de sur­face, contrai­re­ment à une navi­ga­tion le long de routes pré­dé­fi­nies au moyen d’ins­tal­la­tions de radionavigation.
Ce prin­cipe appe­lé RNAV (pour area navi­ga­tion) per­met­tra à terme la défi­ni­tion de routes mieux adap­tées au tra­fic et donc une uti­li­sa­tion plus glo­bale de l’espace.Explication sché­ma­tique du pro­ces­sus de régulation

Cette situa­tion serait amé­lio­rée par la mise en place d’une norme de sépa­ra­tion ver­ti­cale réduite (dite RVSM pour Redu­ced Ver­ti­cal Sepa­ra­tion Mini­ma) à 300 m au-des­sus de 9 000 m d’al­ti­tude (au lieu de 600 actuel­le­ment). Les croi­se­ments pour­ront alors se faire en affec­tant des niveaux de croi­sière dis­tincts aux deux routes sécantes.

Après ces limites dues aux effec­tifs et aux ques­tions tech­no­lo­giques viennent des limites struc­tu­relles. Outre le trans­port aérien civil, les mili­taires sont de gros uti­li­sa­teurs d’es­pace. Ils dis­posent en par­ti­cu­lier de volumes en espace supé­rieur pour l’en­traî­ne­ment au com­bat, au ravi­taille­ment et d’axes de tra­vail pour les Awacs. Ces espaces sont volu­mi­neux car ils doivent répondre aux besoins des mis­sions mili­taires et réduisent d’au­tant l’es­pace dis­po­nible pour le tra­fic civil.

Dans la zone de res­pon­sa­bi­li­té du CRNA-Est, qui est au centre de la Core-Area en Europe, l’ac­ti­vi­té de l’ar­mée de l’Air repré­sente plus du tiers de son acti­vi­té natio­nale. Lors de l’ac­ti­va­tion de ces zones, la capa­ci­té des sec­teurs concer­nés peut être affec­tée d’une dimi­nu­tion pou­vant aller jus­qu’à sept avions par heure (pour des capa­ci­tés de l’ordre de 30 à 50 avions par heure), entraî­nant des consé­quences lourdes sur les retards. Un remo­de­lage des zones ou une uti­li­sa­tion plus flexible de l’es­pace comme pré­co­ni­sée par Euro­con­trol offri­rait une capa­ci­té supé­rieure et per­met­trait de répondre aux demandes de tra­fic sans géné­rer de retards.

Le der­nier axe de recherche d’un gain de capa­ci­té concerne la défi­ni­tion du poste de tra­vail du contrô­leur. Il s’a­git de tra­vaux en ergo­no­mie qui ont conduit à la défi­ni­tion d’une nou­velle inter­face homme-machine dont la consti­tu­tion doit sou­te­nir le tra­vail du contrô­leur et donc amé­lio­rer sa dis­po­ni­bi­li­té pour accueillir le tra­fic. Le pro­jet en cours appe­lé ODS-France devrait être ins­tal­lé dans les centres de contrôle dans les quelques années à venir (en 1999 à Reims). Ces réa­li­sa­tions sont com­plexes et oné­reuses. De plus, la mise en place de nou­velles posi­tions ou de nou­veaux sys­tèmes doit se faire sans entra­ver le fonc­tion­ne­ment opé­ra­tion­nel du centre condui­sant à des calen­driers très serrés.

Tels sont les contraintes et les enjeux du contrôle de la cir­cu­la­tion aérienne, qui doit répondre à une demande sans cesse crois­sante en main­te­nant un niveau de sécu­ri­té des plus éle­vés, et néces­si­tant des ins­tal­la­tions tech­niques lourdes don­nant une cer­taine rigi­di­té à l’é­di­fice. Cette rigi­di­té est direc­te­ment liée aux impé­ra­tifs de sécu­ri­té et ne peut être (sauf évo­lu­tions tech­no­lo­giques fortes) remise en cause actuellement.

L’ob­jec­tif de ce bref expo­sé, qui espé­rons-le a été atteint, est que le pas­sa­ger qui som­meille en cha­cun de vous soit en mesure d’é­va­luer la com­plexi­té des contraintes du contrôle aérien, et donc de com­prendre les rai­sons pour les­quelles on lui annonce trop sou­vent à son goût que son vol par­ti­ra avec quelques minutes de retard en rai­son de la satu­ra­tion de l’es­pace aérien.

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