Un des axes de recherche du transport aérien pour diminuer ses émissions est d’améliorer les modèles de prévision de trajectoire du contrôle aérien. Dans le cadre du projet 4D-TBO, Airbus a mené des études sur plus de 20.000 vols opérés par les A320 des compagnies aériennes Air France, British Airways, easyJet, Iberia, Novair et Wizz Air.

La transmission en temps réel de données de trajectoire à quatre dimensions « a le potentiel incroyable d’améliorer considérablement la prévision de la trajectoire d’un avion », souligne le constructeur européen. En réduisant « d’environ 30 à 40% » l’imprécision des modèles actuels de prévision de la gestion du trafic aérien (ATM), le projet Trajectory Based Operations in 4 Dimensions (4D-TBO) « contribue à ouvrir la voie à une gestion plus durable du trafic aérien de demain ». Si Airbus reconnait qu’il existe une certaine incertitude quant au calendrier exact de la reprise du trafic aérien à court terme, suite à la pandémie de Covid-19, les prévisions mondiales « sont claires » : le trafic aérien de demain « sera de plus en plus dense », une perspective qui soulève des « questions vitales » sur l’empreinte environnementale future de l’industrie aéronautique. En conséquence, la gestion du trafic aérien devient un domaine d’intervention de plus en plus important et complexe.

Mais selon le communiqué d’Airbus, une « petite révolution de l’ATM » vient d’avoir lieu: après deux ans de programmes expérimentaux de mise en service et plus de 20.000 vols effectués par environ 90 A320 des six compagnies aériennes, le projet 4D-TBO mené aux côtés de plus de 15 partenaires dans le cadre du programme SESAR (Single European Sky Air Traffic Management Research) touche à sa fin. Le projet s’est concentré sur l’analyse de la transmission en temps réel de données de trajectoire à quatre dimensions (latitude, longitude, altitude, temps) comme solution « pour mieux informer les opérations ATM ». Et les premiers résultats sont très encourageants.

« Des enjeux importants sont derrière ce projet », explique Jean-Brice Dumont, vice-président exécutif d’Airbus, Ingénierie. Grâce à la transmission de données de trajectoire en quatre dimensions, « l’ATM sera en mesure d’améliorer, d’optimiser et de mieux prédire la trajectoire d’un avion, nous permettant ainsi de réduire immédiatement et concrètement notre empreinte environnementale. Cela nous aidera également à concevoir le système ATM du futur, une entreprise qu’Airbus a entreprise aux côtés de nos autres parties prenantes du programme SESAR ».

Prédiction de trajectoire pour des opérations ATM améliorées

Deux scénarios modernes de contrôle de la circulation aérienne illustrent selon Airbus comment une meilleure prévision de trajectoire pourrait avoir un impact positif sur l’empreinte environnementale d’un avion. Par exemple, pendant les périodes de fort trafic aéroportuaire comme les vacances d’été, les contrôleurs aériens détournent souvent certains aéronefs vers des circuits d’attente (c’est-à-dire un parcours ovale suivi par des aéronefs en attente d’une autorisation d’atterrissage supplémentaire) pour mieux organiser la file d’attente des arrivées dans la zone terminale. Dans un autre exemple, le contrôle au sol demande souvent qu’un aéronef commence sa descente avant son sommet optimal de descente (TOD) – ou le point où la descente prévue en approche est amorcée – en raison d’un manque de visibilité précise de la trajectoire optimale d’un aéronef. Grâce à la transmission de données de trajectoire en quatre dimensions, le contrôle aérien pourra « améliorer, optimiser et mieux prévoir la trajectoire d’un avion, nous permettant ainsi de réduire immédiatement et concrètement notre empreinte environnementale ».

Dans ces scénarios, l’avion doit soit voler plus de temps, soit se retirer de sa trajectoire optimale, ce qui nécessite plus de consommation de carburant et par conséquent, augmente les émissions de CO2. En effet, s’il vole en circuit d’attente à 10.000 pieds et à 220 nœuds, un A320neo consomme 25 kg de carburant par minute, soit 100 kg pour une attente de quatre minutes. Avec un TOD optimal, les économies de carburant pourraient atteindre 10 kg, ou l’équivalent d’environ 32 kg de CO2. « Lorsqu’elles sont calculées sur une année entière pour une flotte de jets européens d’environ 5500 avions, les économies pourraient atteindre 65.000 tonnes de carburant », a calculé Airbus.

De plus, ces scénarios « pourraient entraîner des arrivées retardées, perturber le flux de départ et augmenter la charge de travail des contrôleurs et des pilotes ». En transmettant des informations complètes et à jour sur sa trajectoire, un aéronef peut envoyer au contrôle aérien « des données précieuses qui sont essentielles pour une meilleure prise de décision ». Il en résulte une gestion plus efficace et mieux coordonnée des trajectoires optimisées des aéronefs, ce qui conduira à une sécurité accrue des opérations du trafic aérien en général.

Selon Jean-Brice Dumont, le principal avantage de la solution 4D-TBO est son potentiel à réduire drastiquement l’imprécision des modèles de prédiction de trajectoire disponibles jusqu’à présent dans les centres de contrôle aérien. Mais « grâce à un étalonnage amélioré utilisant des données d’avion précises, ces nouveaux algorithmes ont prouvé leur capacité à réduire l’inexactitude des modèles de prévision de l’espace aérien d’environ 30 à 40% ». Conclusion : une précision améliorée des prévisions de trajectoire en quatre dimensions « réduit les marges lors de la détection de trajectoires conflictuelles et entraîne moins d’alertes aux contrôleurs », explique-t-il. « Cela réduit le besoin d’intervention du contrôleur et signifie que nous pouvons voler aussi près que possible de la trajectoire de vol optimale initialement identifiée. En conséquence, nous pouvons récolter toutes les récompenses de l’amélioration des performances des avions en termes d’environnement, de sécurité et de capacité ».

La fonction 4D-TBO devrait être progressivement mise en service en 2021 dans plusieurs pays européens (France, Suisse, Hongrie, Bulgarie, Pologne, Espagne) dans le cadre du futur projet SESAR PJ38 ADSCENSIO, qui impliquera le développement d’une plateforme centralisée de données de trajectoires partagées. Le contrôle aérien fait partie du programme Airbus de «décarbonisation», destiné notamment à réduire les émissions de CO2 de 50% d’ici 2050 et à développer le premier avion commercial zéro émission d’ici 2035.

Airbus teste le contrôle aérien en quatre dimensions 1 Air Journal

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