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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