Y a-t-il un autopilote dans l’avion ?
Quatrième épisode de cette newsletter dédiée à la tech derrière la Tech.
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La news de la semaine
2 ans après les crashs des vols Ethipian Airlines et Lion Air ayant entraîné la suspension des vols sur Boeing 737 MAX pour une durée indéterminée, la compagnie américaine United Airlines annonce qu’elle va commander à Boeing 25 avions supplémentaires de la nouvelle version du 737 MAX. Un dysfonctionnement dans le système de stabilisation MCAS (pour Maneuvering Characteristics Augmentation System) semble être une des raisons principales des accidents. Comment fonctionnent les systèmes d’assistance au pilotage des avions de ligne ?
Y a-t-il un autopilote dans l’avion ?
Les Flight Management Systems (FMS) comportent quatre modules principaux :
Le Flight Management Computer qui permet au pilote de sélectionner, dans une base de données de routes aériennes, l’itinéraire à emprunter par l’avion.
Le Automatic Flight Control qui est le pilote automatique (ou l’assistance au pilotage) en tant que tel.
Le Aircraft Navigation System, un système de navigation basé sur la technologie GPS qui permet, par le biais de la triangulation avec plusieurs satellites, de donner la position précise de l’avion.
Le Electronic Flight Instrument System, tableau de bord anciennement électro-mécanique et désormais complètement digital.
Comment fonctionne l’autopilote ?
Un vol peut être découpé en 8 phases : le roulage, le décollage, la montée à l'altitude de croisière, la croisière, la descente, l’atterrissage, les applaudissements, le roulage. L’autopilote n’est que très peu utilisé sur les phases de roulage (des innovations sont en cours, par exemple chez Airbus) et d’atterrissage (moins de 1% des vols commerciaux utilisent cette fonction). Sur toutes les autres phases le pilotage automatique est actif.
En fonction de la phase en cours, l’autopilote poursuit un but donné. Par exemple, en croisière, l’objectif est de maintenir le cap et l’altitude. Pour cela, le logiciel utilise un système appelé “negative feedback loop” qui reçoit un flux séquentiel de mesures (vitesse, degré d'inclinaison de l'avion) et répond par une action de correction après chaque mesure. C’est globalement ce que fait l’être humain lorsqu’il conduit une voiture sur une ligne droite, en donnant de subtils coups de volant pour corriger le fait que la voiture ne va pas exactement tout droit (à cause du vent, de l’état de la route ou de l’imperfection mécanique du véhicule). Ce système de mesures-corrections est également présent dans le corps humain pour préserver la stabilité du taux de glucose en émettant de l’insuline (-) ou du glucagon (+).
Le système de pilotage automatique reçoit en continu les informations de divers capteurs (de pression, de température, d’humidité, de vibration, de vitesse, de position, d’altitude) disséminés dans l’avion afin de prendre les décisions adéquates et d’émettre des alertes si nécessaire.
Sur un Boeing 787, 10000 capteurs récoltent par jour 15 Gigaoctets de données. Une partie de ces données sont interprétées en temps réel par l’avion et une autre est stockée dans la boîte orange pour analyser à posteriori les données du vol, notamment dans le cas d’anomalies signalées par l’équipage.
Comment ces logiciels sont conçus ?
Dans le domaine de l’aérien, que ce soit pour le matériel, le logiciel ou l’humain, la règle d’or est la redondance.
Il est fréquent dans l’industrie aérienne que, pour un même besoin, deux équipes de développeurs implémentent le même cahier des charges, parfois dans un langage de programmation différent, pour pondérer le risque d’anomalies. Cette méthode a un coût mais elle est indispensable pour assurer la fiabilité des logiciels présents dans l’avion. Un algorithme de prise de décision permet ensuite d’arbitrer l’action à réaliser.
On peut imaginer (en simplifiant à peine…) le type de raisonnement suivant :
Cas OK :
Système A = tourner un peu à droite / Système B = tourner un peu à droite
Prise de décision = tourner un peu à droite
Cas KO :
Système A = tourner à gauche / Système B = tourner à droite
Prise de décision = réveiller le pilote
Les logiciels sont exécutés sur différents ordinateurs, si l’un d’eux présente une faille, c’est un autre qui prend le relai.
La prochaine fois que vous prendrez l’avion vous pourriez repérer les séquences au cours desquelles le pilote prend le contrôle manuel de l’appareil. En effet, un ordinateur en pilote automatique conduit de manière beaucoup moins brusque qu’un humain en pilotage manuel. En 2016, le département des Transports des Etats-Unis s’inquiétait dans un rapport du manque de formation des pilotes au vol manuel.
Réponse à l’énigme de la semaine dernière
La semaine dernière il vous était proposé de réfléchir à une énigme proposée par les ingénieurs de la Nasa.
Le message encodé en binaire dans le parachute était “Dare Mighty Things” (une citation du président Roosevelt que Google traduit par “Osez les choses puissantes”). L’explication est détaillée dans l’image ci-dessous :
N’hésitez pas à partager cette édition, que vous ayez résolu l’énigme ou non…
Sources
BFM TV, 2021, La compagnie United Airlines commande 25 Boeing 737 Max supplémentaire, https://www.bfmtv.com/economie/la-compagnie-united-airlines-commande-25-boeing-737-max-supplementaires_AD-202103010279.html
Forbes, 2021, Mars Messages: Why NASA’s ‘Secret Code’ In The Perseverance Rover’s Supersonic Parachute Is Just The Start, https://www.forbes.com/sites/jamiecartereurope/2021/02/25/mars-messages-why-nasas-secret-code-in-the-perseverance-rovers-supersonic-parachute-is-just-the-start/?sh=1f990c85d75f
Condé Nast Traveler, 2017, How Autopilot on Planes Works, https://www.cntraveler.com/story/how-autopilot-on-planes-works
Wikipedia, Flight Management System, https://en.wikipedia.org/wiki/Flight_management_system
Wikipedia, Autopilot, https://en.wikipedia.org/wiki/Autopilot
Industrie Techno, 2017, Data : à quoi servent les 10000 capteurs d’un Boeing 787 ?, https://www.industrie-techno.com/article/data-a-quoi-servent-les-10000-capteurs-d-un-boeing-787.50644
Slate, 2016, Les pilotes ne savent plus très bien voler en mode manuel, http://www.slate.fr/story/112729/pilotes-voler-manuellement-automatisation
Flight Deck Friend, Can a plane land automatically ?, https://www.flightdeckfriend.com/ask-a-pilot/can-a-plane-land-automatically
New Atlas, 2020, Autonomous Airbus aces autopilot taxi, takeoff and landing tests, https://newatlas.com/aircraft/airbus-attol-autonomous-airliner/