Navigation aérienne
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La navigation aérienne est l'ensemble des techniques permettant à un pilote d'aéronef de maitriser ses déplacements. En général, cette route débute et se termine sur un aérodrome.

Historique

La navigation aérienne (La navigation aérienne est l'ensemble des techniques permettant à un pilote d'aéronef de maitriser ses déplacements. En général, cette route débute et se termine sur un aérodrome.) est largement héritière de la navigation maritime (La navigation maritime concerne toute les activités humaines de circulation sur les mers et océans. On parle de navigation hauturière lorsque le navire navigue en haute mer (hors de vue de terre) et de navigation côtière (ou...) et la terminologie utilisée est identique. Elle s’en distingue par le fait que l’avion peut survoler aussi bien des zones maritimes que des zones terrestres qui comportent des obstacles. La vitesse (On distingue :) des avions est bien plus élevée que celle des navires et l’autonomie est limitée ; il en résulte que le calcul de la position, puis de la route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) à suivre, doit être effectué plus souvent et plus rapidement.

La navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) aérienne, au cours de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) moitié du XXe siècle, s’est développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) grâce à la radionavigation, aidée par le fait que la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) radioélectriques est plus facile entre le sol et l’air qu’au niveau du sol. Le développement et la généralisation (La généralisation est un procédé qui consiste à abstraire un ensemble de concepts ou d'objets en négligeant les détails de façon à ce qu'ils puissent être...), au début du

, des moyens satellitaires de navigation tend à supprimer toute spécificité à la navigation aérienne.

Les outils nécessaires

La montre

La pratique de la navigation requiert l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'une montre pour le calcul des heures estimées de passage aux points de report et de l'heure (L'heure est une unité de mesure  :) d'arrivée à destination. Elle permet aussi de déterminer la vitesse sol de l'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un...) en mesurant le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) nécessaire pour parcourir une distance et en comparant ce résultat avec le temps qu'il aurait fallu sans vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les phénomènes...).

Le rapporteur (Un rapporteur (ou rapporteur d'angle) est un outil utilisé en géométrie pour mesurer des angles et pour construire des figures. Les rapporteurs...)

Il est indispensable de pouvoir mesurer les angles sur la carte pour naviguer. Notre trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) dans le plan horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la droite » ou vice versa.) est en effet caractérisée par une route, que l'on exprime par un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) par rapport au Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) vrai.

La règle

Il en existe plusieurs types, les plus adaptées au cockpit (L'habitacle (mais aussi cabine de pilotage, poste de pilotage, cellule ou encore cockpit) d'un avion désigne l'espace réservé au pilote, son copilote et au mécanicien. Il contient...) des avions étant les règles de petite taille. Elles permettent, outre le tracé des routes, de mesurer les distances à parcourir.

Le journal de bord

Le crayon et la gomme

Le crayon et la gomme permettent de tracer la route sur la carte aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) pour un vol donné. Il sera préférable d'utiliser une mine grasse pour permettre d'effacer sans traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans...).

Navigation à vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.)

VFR : Visual Flight Rules.

La navigation à vue est pratiquée depuis les origines de l’aéronautique et reste encore le moyen le plus utilisé par l’aviation légère. Le pilote connaît sa position en cherchant au sol des repères qui figurent sur sa carte. Il suit une trajectoire en se déplaçant d’un point (Graphie) de repère à l’autre, ou même en suivant un repère continu tel qu’une autoroute (Une autoroute est une route réservée à la circulation des véhicules motorisés rapides (automobiles, motos, poids lourds) et dont le tracé permet de circuler avec une sécurité optimale. Dans certains pays, mais pas en France,...) ou une rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve, contrairement...).

La navigation à vue ne nécessite aucun instrument mais elle n’est praticable que lorsque les conditions météorologiques permettent de voir le sol.

Il y a deux méthodes de navigation :

Le cheminement

Cheminer consiste à suivre les lignes naturelles caractéristiques bien visibles depuis un avion. Cette méthode peut être utilisée chaque fois qu'une partie du parcours amène à longer un repère naturel ou artificiel (autoroute, rivière importante) pendant un certain temps.

Il est important de choisir de bon repères, facilement visibles et reconnaissables, comme les fleuves, les autoroutes, les côtes, les voies ferrées importantes.

On appelle aussi cheminement le fait de se diriger, à vue, d'un point connu à un repère identifié, puis de celui-ci à un autre repère identifié.

On peut enfin cheminer de VOR en VOR, en utilisant les moyens de radionavigation.

Navigation à l’estime

Le principe de l'estime est simple : connaissant une position de départ, il s'agit de déterminer le cap à prendre et l'HEA pour arriver sur un point caractéristique ou sur un aérodrome (Un aérodrome est une surface (sur terre ou sur l'eau) destinée à être utilisée (en totalité ou en partie) pour l'arrivée, le départ des aéronefs et pour leurs évolutions....). Il peut s'agir aussi, après un temps de vol à un cap donné, de déterminer la position de l'avion.

L'estime est la technique de navigation adaptée lorsque l'on souhaite joindre deux points par le trajet le plus direct : la ligne droite.

La méthode est la suivante : au départ, étant en possession des informations météorologiques, vous avez une estimation du vent prévu sur votre trajet. Vous pouvez donc estimer approximativement la dérive et l'afficher dès le départ. En vol, le premier tronçon permet de tester cette dérive et d'en faire éventuellement une nouvelle estimation pour le tronçon suivant.

D'autre part, vous avez estimé, lors de la préparation du vol, le temps nécessaire pour parcourir la distance entre deux repères. En vol, l'écart entre l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences...) estimée et l'heure réelle de passage du premier repère, dû au vent éventuellement rencontré, permet d'estimer plus finement l'heure de passage au repère suivant : si vous avez mis plus de temps que prévu pour rejoindre ce premier repère, vous augmentez proportionnellement le temps estimé pour rejoindre le repère suivant.

Au passage sur ce dernier repère, l'écart entre l'heure réelle de passage et l'heure estimée vous permet de recalculer l'heure de passage au repère suivant. Cette technique est répétée au passage de chaque repère.

Navigation par erreur systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain...)

Combinaison (Une combinaison peut être :) des deux précédentes méthodes. Elle consiste à naviguer à l'estime en direction d'un repère facilement "cheminable" (côte maritime par exemple, fleuve (En hydrographie francophone, un fleuve est un cours d'eau qui se jette dans la mer ou dans l'océan – ou, exceptionnellement, dans un désert, comme pour...) etc.) mais très en amont (erreur systématique) du repère que l'on souhaite réellement atteindre, la destination par exemple. Il suffit alors de cheminer le long du premier repère, la côte dans notre exemple. L'erreur systématique permet de connaître à coup sûr la direction à prendre à partir de ce premier repère remarquable.

Navigation aux instruments

IFR : Instrument Flight Rules

Elle est basée sur le suivi d'axes radioélectriques, ou situés entre deux waypoints RNAV. Dans ce cas, un équipement RNAV est nécessaire (GPS, FMS, boîtier RNAV, Centrale inertielle)

Navigation astronomique

Pour les très longues distances, ce type de navigation, utilisée dans la marine, a également été utilisée en avion. Pour la navigation astronomique les avions étaient équipés d'une bulle sur le dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie du corps consistant en les vertèbres et les côtes. Les dorsaux étaient les muscles les plus...) du fuselage (Le fuselage désigne l'enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge transportée, ainsi que l'équipage. Le fuselage d'un avion supporte la voilure et...) pour permettre l'utilisation d'un sextant (Un sextant est un instrument de navigation permettant de relever la hauteur angulaire d’un astre au-dessus de l’horizon. Il est utilisé pour faire le point hors de vue de terre (voir...).

Navigation inertielle

La navigation inertielle utilise un instrument, la centrale inertielle, qui dispose d’un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) d'accéléromètres et de gyroscopes capables de mesurer les accélérations et les vitesses de rotation selon les trois axes de l'espace. L’intégration de ces mesures au cours du temps permet de calculer la vitesse et l'attitude de l’avion et donc sa trajectoire. Cette technique est totalement indépendante des moyens extérieurs, discrète puisqu’elle n’utilise pas la radio et reste la plus précise pour les besoins militaires (erreur circulaire de l’ordre du kilomètre par heure de vol).

La navigation inertielle utilise un instrument très coûteux et n’est plus utilisée que pour les besoins militaires. Elle a été utilisée par l’aviation commerciale dans les régions dépourvues d’infrastructure radioélectriques avant l’apparition des moyens satellitaires. La dérive des centrales nécessite d’effectuer un recalage de temps en temps lorsqu’on doit effectuer une navigation précise.

Corrélation d’altitude ou d’image

L’avion est équipé d’un calculateur qui emporte en mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) une carte numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à...) des altitudes, des échos radars ou des images du terrain. Il utilise un radioaltimètre, un radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des...) ou une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la...) pour " lire " les altitudes ou la topographie du terrain survolé. Le calculateur effectue une corrélation entre l’information en mémoire et l’information lue pour en déduire la position.

Les systèmes de navigation par corrélation sont autonomes mais ne sont pas discrets. Leur précision est très bonne, voire excellente, mais leur coût est très élevé. Ils ne sont utilisés que pour les applications militaires et permettent le recalage des systèmes à inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme (se déplaçant sur une...), en particulier à proximité de l’objectif.

Radionavigation

C'est une aide à la navigation utilisée pour voler en niveau, contrôler une navigation à l'estime, effectuer du VFR on top (vol au dessus des nuages), effectuer de l'IFR

Navigation satellitaire

À partir de 1990, les États-Unis ont mis en place un système de navigation, le GPS, utilisant des balises sur satellites. Le principe de base est identique à celui de la radionavigation. En recevant l’émission en provenance d’une balise le récepteur calcule sa distance ; il est donc sur une sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un...) centrée sur le satellite (Satellite peut faire référence à :). L’intersection de deux sphères donne un cercle ; l’intersection avec une troisième sphère donne deux points et enfin un point unique avec la réception d’une quatrième émission.

L’avantage des systèmes satellitaires sur les systèmes classiques de radionavigation est son accessibilité et sa précision constante sur l’ensemble du globe terrestre.

Le défaut principal du GPS est qu’il appartient au ministère de la défense des États-Unis et qu’il est susceptible d’être rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière et...) indisponible sur simple décision politique (Décision politique est un épisode de la série télévisée Stargate SG-1. C'est le vingt-et-unième épisode de la saison 1 et l'histoire suit directement l'épisode précédent Une dimension...). L’Union soviétique avait commencé le déploiement d’un système équivalent, le Glonass (GLONASS (en russe ??????? est un acronyme pour ?????????? ????????????? ??????????? ??????? soit GLObal'naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema, qui signifie Système GLObal de NAvigation par Satellite) est le nom du système de positionnement...), mais l’avenir de ce système est incertain. L’Union européenne développe un autre système, Galileo (Galileo est le nom du futur système de positionnement par satellites européen, en test depuis 2004, qui commencera à être utilisable en 2010 et le sera pleinement en 2012.).

Sur le plan technique, les systèmes satellitaires de navigation sont actuellement les plus précis. Le très faible coût des récepteurs permet d’envisager l’équipement de tous les types d’aéronefs.

Le problème le plus épineux du GPS concerne l'intégrité du système, notamment pour l'utilisation future lors d'approches de précision. L'intégrité d'un système est sa capacité à détecter une dégradation au-delà d'un seuil fixé et à avertir l'utilisateur sans excéder un temps d'alarme. On doit être sûr que le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés...) utilisé pour une approche de précision est absolument fiable. Dans le cas de l'ILS par exemple, on ne doit pas rayonner de faux-signaux plus de 1 seconde par exemple pour la cat 3 et 6 secondes pour la catégorie 1. Un système de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) automatisé provoque l'arrêt de la station en cas de mauvais rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.).

Évolution probable

Sur un plan technique les systèmes satellitaires de navigation combinent les avantages des systèmes de radionavigation pour un coût bien plus faible. La réduction du coût des calculateurs permet de développer des ensembles de navigation qui superposent les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sur une carte, simplifiant ainsi, sinon éliminant, la fonction de navigation. Ces systèmes existent pour l’aviation de loisir et sont largement utilisés par les autres activités aériennes.

Le pilote devra toutefois disposer en permanence de l’accès à une autre technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) en cas de panne ou d’arrêt du système satellitaire.

La radionavigation ne permet de suivre que des trajectoires composées de segments de droite (aux approximations près des systèmes de projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) utilisées en cartographie). Les systèmes satellitaires permettent de suivre des trajectoires quelconques ; à terme, cette capacité devrait révolutionner le contrôle aérien en multipliant le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de " routes " disponibles, y compris pour l’approche et l’atterrissage. De plus, la précision de ces systèmes devrait permettre de diminuer les espacements entre avions tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en maintenant un niveau adéquat de sécurité. Des expérimentations ou des projets sont en cours sur les routes et les zones les plus chargées : nord-est (Le nord-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux nord et est. Le nord-est est opposé au sud-ouest.) des États-Unis, Atlantique-Nord et Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des sous-parties...) de l’Ouest.

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