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RÉSUMÉ
Les trajectoires 4D, en associant la dimension temporelle aux trois dimensions spatiales, deviennent essentielles pour la gestion du trafic aérien (ATM). L’adoption progressive des technologies nécessaires à des opérations basées sur ces trajectoires ouvre la voie à des contrats 4D entre compagnies aériennes et gestionnaires d’espace aérien. Ces accords reposent sur des trajectoires négociées pour les aéronefs, incluant des tolérances dynamiques sous la forme de bulles 4D, pour garantir leur séparation du reste du trafic. Des études actuelles sur des trafics spécifiques (militaires, drones, taxis aériens) illustrent les avantages en termes de sécurité et d'efficacité d’un tel concept.
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Judicaël BEDOUET : Ingénieur de recherche - ONERA, the French Aerospace Lab, Toulouse, France
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Thomas DUBOT : Ingénieur de recherche - ONERA, the French Aerospace Lab, Toulouse, France
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Antoine JOULIA : Ingénieur de recherche - ONERA, the French Aerospace Lab, Toulouse, France
INTRODUCTION
L’une des principales missions de la gestion du trafic aérien (ou ATM, de l’anglais Air Traffic Management) est de séparer efficacement des aéronefs partageant un même espace aérien.
Les trajectoires, qui décrivent leur mouvement dans l'espace, jouent un rôle essentiel dans cette tâche, en permettant :
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de maintenir une distance de sécurité adéquate entre les aéronefs ;
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de fournir une description concise des intentions de vol de chaque utilisateur de l’espace aérien (Airspace User ou AU en anglais) ;
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de faciliter la gestion de conflits potentiels entre plusieurs aéronefs ;
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de calculer les éventuelles surcharges de trafic dans les secteurs aériens ;
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d'établir une représentation mentale partagée par les différents acteurs de l’ATM.
Afin de modéliser, représenter et traiter ces trajectoires, divers systèmes automatisés ont été mis en place, tant du côté des compagnies aériennes (par exemple, des algorithmes de planification de vol) que des organismes de contrôle (par exemple, des algorithmes de sectorisation dynamique ou de régulation). Pour faire face à l'augmentation significative du trafic et à sa complexification due à l'émergence de nouveaux types d'aéronefs, d'importants programmes de modernisation des systèmes ATM (comme SESAR en Europe) ont été lancés, en parallèle de nouveaux systèmes de contrôle automatisés (comme 4-FLIGHT ).
Les trajectoires 4D, incluant la position actuelle et passée de l’avion, mais aussi ses intentions de vol, constituent un élément commun majeur à tous ces programmes et systèmes. Cependant, au moment de leur déploiement, il est essentiel de se poser des questions approfondies sur la notion de trajectoire. Est-ce que tous les acteurs partagent réellement la même définition de trajectoire ? Que signifie concrètement le terme 4D ? Quelles briques technologiques sont nécessaires, aussi bien au sol qu'à bord des aéronefs ? Quelle est la différence entre trajectoire 4D et contrat 4D ? Ces trajectoires 4D peuvent-elles également convenir à la gestion d’autres types de trafic ?
Cet article a pour objectif de répondre précisément à ces questions, en définissant les différents termes et concepts et en explorant les systèmes de gestion de trafic d'hier, d'aujourd'hui et de demain. Comment les trajectoires 4D pourront-elles concrètement être implémentées ? Permettront-elles, grâce à des investissements raisonnables, de répondre aux enjeux de l’ATM des années à venir, en particulier en contribuant à un ATM encore plus sûr, efficace et décarboné ?
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2. Trajectoire 4D
2.1 De la nécessité de passer en 4D
Si l’ancien monde où la communication entre pilotes et contrôleurs se faisait uniquement par la voix pour contrôler un avion, et où chacun avait sa vision de la trajectoire de l’avion avec ses propres contraintes, n’est pas encore complètement révolu, il est apparu nécessaire dès les années 2000 de disposer d’outils plus modernes pour échanger et réviser une trajectoire. Cette idée a donné lieu au concept de TBO (Trajectory-Based Operations) qui vise à remettre la trajectoire au centre du système ATM, comme objet de partage entre ses différents acteurs. Le GATMOC , document de référence mondial pour la gestion du trafic aérien, considère la gestion de la trajectoire comme un changement significatif à opérer pour parvenir à un système ATM plus optimal, avec le minimum possible de déviations pour l’avion (cf. § 1.9.2 de ).
Un certain nombre de limitations ont été identifiées par l’(Organisation de l’aviation civile internationale OACI) :
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une diffusion dispersée, potentiellement incohérente. À l’heure actuelle, plans de vol et trajectoires sont décrits de différentes manières et échangés de point à point, de différentes façons suivant des liaisons, formats et protocoles hétérogènes, rarement interopérables. Un plan de vol peut être modifié plusieurs fois, ce qui peut induire des incohérences entre les différents systèmes, d’autant plus accrues que les usagers peuvent potentiellement avoir à notifier différents gestionnaires ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SESAR Joint Undertaking. - https://www.sesarju.eu/
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(2) - DSNA - 4-FLIGHT Modernisation technique du système français de navigation aérienne du système français de navigation aérienne pour les centres de contrôle en-route pour les centres de contrôle en-route. - https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/dsna_4_flight.pdf (2022).
-
(3) - GIANAZZA (D.) - Optimisation des flux de trafic aérien : allocation de niveaux de vols et définition de trajectoires 3D. - Présenté à EDIT 2003, Colloque des doctorants de l’École Doctorale Informatique et Télécommunications (2003).
-
(4) - The OpenSky Network – Free ADS-B and Mode S data for Research. - https://opensky-network.org/
-
(5) - AIC FRANCE A 01/23 - Plan de retrait de service de certaines aides radio à la navigation pendant la période d’ici au 31 décembre 2024. - https://www.sia.aviation-civile.gouv.fr/media/store/documents/file/l/f/lf_circ_2023_a_001_fr.pdf
- ...
NORMES
-
World Geodetic System. https://earth-info.nga.mil/index.php ?dir=wgs84&action=wgs84 - (WGS 84) - 1984
-
Interoperability Requirements for ATS Applications using Arinc 622 Data Communications. EUROCAE. - ED-100A - avril 2005
-
Interoperability Requirements for ATS Applications Using ARINC 622 Data Communications. RTCA, Inc. - RTCA DO-258 - 7 avril 2005
-
Change 1 – Interoperability Requirements Standard for Aeronautical Telecommunication Network Baseline 1 (Interop ATN B1). EUROCAE. - ED-110B - mars 2014
-
Volume 1 & 2 – Change 1 Interoperability Requirements Standard for Aeronautical Telecommunication Network Baseline 1 (ATN B1 Interop Standards). RTCA, Inc. - RTCA DO-280 - 18 mars 2014
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Safety and Performance Requirements Standard for Baseline 2 ATS Data Communications (Baseline 2 SPR Standard). EUROCAE. - ED-228A - mars 2016
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Volume 1 & 2 – Safety and Performance Requirements Standard for Baseline 2 ATS Data Communications (Baseline 2 SPR Standard)...
ANNEXES
Règlement d’exécution (UE) 2021/116 de la Commission du 1er février 2021 sur la mise en place du premier projet commun de soutien à la mise en œuvre du plan directeur européen de gestion du trafic aérien prévu par le règlement (CE) n° 550/2004 du Parlement européen et du Conseil, modifiant le règlement d’exécution (UE) n° 409/2013 de la Commission et abrogeant le règlement d’exécution (UE) n° 716/2014 de la Commission (Texte présentant de l’intérêt pour l’EEE), vol. 036. 2021.
Règlement (CE) n° 29/2009 de la Commission du 16 janvier 2009 définissant les exigences relatives aux services de liaison de données pour le ciel unique européen (Texte présentant de l’intérêt pour l’EEE), vol. 013. 2009.
Décision d’exécution (UE) 2019/2012 de la Commission du 29 novembre 2019 relative à l’octroi de dérogations en vertu de l’article 14 du règlement (CE) n° 29/2009 de la Commission définissant les exigences relatives aux services de liaison de données pour le ciel unique européen, vol. 312. 2019.
Code des transports – Transport ferroviaire ou guide (Articles L2000-1 à L2351-1).
Règlement d’exécution (UE) 2021/664 de la Commission...
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Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
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Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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