Le GPWS et le MSAW

La collision avec le sol ou l'eau d'un avion piloté est une des causes majeures de pertes de vies humaines en aviation de transport. On appelle ici vol piloté tout vol au cours duquel l'équipage n'a pas perdu le contrôle de l'avion, qui reste techniquement et aérodynamiquement pilotable. La probabilité de survie à un tel accident est très faible, du fait de la grande énergie cinétique et de la concentration de l'impact.

A la fin des années 1960, un grand nombre d'avions de transport ont été équipés de radioaltimètres nécessaires aux approches de précision. Le radioaltimètre est un équipement embarqué autonome qui mesure la hauteur de l'avion par rapport au sol. Ce capteur (radioaltimètre) permettait la liaison avec un calculateur d'alarme, qui à partir des informations radioaltimétriques de l'instant (hauteur instantanée du relief survolé) fournirait grâce à des enveloppes, une "prédiction" sur la future hauteur au-dessus du relief. Le concept du GPWS (Ground Proximity Warning Control) ou APS (Avertisseur de Proximité du Sol) a été lancé 1969, et développé par bon nombre d'équipementiers dont Sundstrand qui développa le GPWS ce qui lui permit d'acquérir un monopole.

En 1975, après l'accident d'un Boeing B727 à Washington, la flotte américaine entière a été équipée de GPWS. Selon des études américaines, une diminution du nombre d'accidents classifiés "vols pilotés contre le relief" pourrait être en partie attribuée au GPWS qui présentait pourtant des défauts initiaux. Durant les cinq années précédant 1975, les États Unis ont connu une moyenne de 2,8 accidents de ce type par an. Après l’équipement de ce système dans la flotte américaine, le nombre d’accidents a très fortement diminué. Ces résultats de sécurité ont conduit en 1979 à inclure dans les normes l'emport d'un dispositif avertisseur de proximité de sol. : Il "devra pouvoir donner automatiquement en temps opportun à l'équipage de conduite un avertissement clair lorsque l'avion se trouve dans une situation qui peut être dangereuse du fait de la proximité de la surface terrestre". Selon une étude de l'équipementier Sundstrand, environ 95 % de la flotte mondiale répondant à ces critères d'emport était équipée en GPWS.

De janvier 1983 à avril 1991, le système confidentiel de collecte de rapports d'incidents ASRS (USA) a dénombré 64 rapports d'équipages ayant vécu une alerte GPWS. Dans au moins 35 cas, c'est l'alerte GPWS qui a permis d'éviter l'accident.

Des études en vol auraient montré, un temps moyen de réaction salvatrice des équipages de 5 à 6 secondes après le déclenchement de l'alarme pour des pilotes non entraînés sous simulateur à l'utilisation du GPWS.

Le GPWS est un équipement qui déclenche une alarme vocale et visuelle lorsque, entre 30 et 2450 ft, il existe une de ces conditions:

• taux de rapprochement du sol excessif
• proximité du sol avec une configuration atterrissage anormale
• écart excessif sous le plan de descente final (glide slope)

ou entre 10 et 2450 ft une des conditions suivantes:

• taux de descente excessif
• perte d'altitude après le décollage ou une remise de gaz

Le GPWS

Type d’approche nécessitant le GPWS  

Cet équipement élabore un certain nombre de domaines de déclenchement d'alarmes spécifiques annonçant un risque de collision avec le sol survolé. Il travaille à partir d'une information primaire, la hauteur radio-altimètrique, dont il déduit par différenciation une vitesse de rapprochement du sol. Ceci a pour conséquence que le GPWS ne "voit pas au devant de l'avion".

Il exploite également des informations complémentaires telles que vitesse air, altitude et vitesse verticale barométriques, et l’écart par rapport au glide slope (plan de descente final).

D'autres informations, provenant de capteurs témoignant de la configuration avion (train, volets), déterminent des sous modes de fonctionnement, à l'intérieur des domaines primaires.

L'Enhanced GPWS (EGPWS) est un GPWS qui fournit à partir d'une base de donnée mondiale du relief les informations suivantes supplémentaires:

• affichage des zones de relief sur les écrans de navigation et prévision des conflits possibles avec ce relief
• un plancher de sécurité par rapport au sol qui améliore les alarmes de proximité du sol à l'atterrissage.

L’EGPWS

Image obtenue grâce à un GPWS plus performant

Le MSAW (Minimum Safe Altitude Warning)

En France, à la date de l'accident, la responsabilité de l'anticollision avec le relief n'incombait pas aux organismes de contrôle au sol. Cependant, devant la gravité de ce problème, les services de la navigation aérienne ont recherché s'ils ne pouvaient pas offrir aux usagers aériens une assistance préventive en cas de danger sous la forme d'une information de vol, à titre de service radar, sans modifier l'attribution respective des responsabilités.

De ce souci est né le concept de MSAW (Minimum Safe Altitude Warning) développé tout d'abord par la F.A.A. (Federal Aviation Administration des EtatsUnis) en mesure complémentaire au GPWS. Le concept a été repris par la France où un système semblable est en cours d'étude.

Le principe est le suivant:

Le système de traitement radar "en-route" connaît la position, le niveau de vol, la vitesse horizontale et la vitesse verticale de chaque avion en contact radar et équipé d'un transpondeur "mode CI'.

Ce système est donc en mesure de déterminer la position d'un appareil par rapport au relief qu'il survole ou vers lequel il se dirige à condition qu'il ait en mémoire la topographie de ce relief. Le même processus pourrait être utilisé pour positionner les avions par rapport aux zones à statut particulier.

En ce qui concerne la modélisation du relief, l'Institut Géographique National dispose d'une base de données numérisées du relief qui remplit les conditions requises. Elle est la source à partir de laquelle le système peut construire sa base de données géographiques internes.

Le système de surveillance détermine à chaque renouvellement de l'information radar, le domaine d'évolution de chaque appareil afin de vérifier, sur des critères prédéfinis ou prévisionnels, s’il ne se mettra pas en danger à brève échéance.

L'efficacité du système repose essentiellement sur une prédiction fiable et suffisamment anticipée de la trajectoire de l'avion. Il faut en effet éviter de générer des alarmes non justifiées qui décrédibiliseraient le système, tout en adoptant des marges de sécurité suffisantes qui permettent à l'équipage de réagir à temps.

La Direction de la Navigation Aérienne a déjà pu vérifier en 1991 que le MSAW pouvait apporter une aide au contrôleur dans le domaine de la surveillance des zones à statut particulier.

Elle poursuit cette action et fait une évaluation approfondie du logiciel afin de vérifier si une fonction de surveillance de cette nature est utilisable dans le contexte opérationnel actuel, notamment aux abords d'un aérodrome ou dans les évolutions à basse hauteur.

Elle s'attache aussi à améliorer la couverture radar, les performances du système de traitement radar, le mode de présentation et la distribution des informations sur les positions de contrôle.  

Principe du MSAW