Simulateur de vol
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Introduction

Poste de pilotage expérimental d'un simulateur NASA

Un simulateur de vol est une application au domaine de l'aéronautique, du pilotage des aéronefs en particulier, des techniques de simulation de phénomènes (Les chercheurs, les ingénieurs, les militaires et bien d'autres professionnels se posent souvent la question : quel est le résultat que j'obtiens si j'exerce telle action sur un élément ?) physiques.

Les simulateurs de vol du XXIe siècle sont numériques : 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...) en provenance de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour...) pilote-aéronef (les commandes de vol) sont transmises à un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des...) qui calcule les sorties (indications des instruments de bord, environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) visuel, etc.) Les simulateurs de vol étaient analogiques jusqu'à la fin des années 1970-1980.

Un simulateur de vol (Un simulateur de vol est une application au domaine de l'aéronautique, du pilotage des aéronefs en particulier, des techniques de simulation de...) peut être utilisé pour :

  • le développement d'aéronefs nouveaux ;
  • l'entraînement des équipages aux fonctions de bord : pilotage, navigation ;
  • l'enquête suivant un accident ;
  • être intégré dans un simulateur plus complexe tel qu'un simulateur de combat aérien, etc.

Les simulateurs de vol sont aussi devenus des jeux vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non...) très prisés.

Un simulateur de vol est composé de trois parties principales : les dispositifs d'entrée des données, le modèle de vol et les dispositifs de restitution de l'environnement. Le modèle de vol représente les équations aérodynamiques et les paramètres de l'aéronef : les simulateurs professionnels utilisent des données réelles qui sont souvent protégées par le secret de défense ou le secret industriel et indisponibles pour les jeux vidéo. L'entrée des données est réalisée à partir des commandes réelles dans un simulateur professionnel ; les commandes sont remplacées par un joystick et le clavier dans les jeux. Enfin les simulateurs professionnels restituent l'environnement grâce à une planche de bord réelle et des écrans multiples alors que les jeux n'utilisent, le plus souvent, qu'un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou...) unique.

Histoire

Le tonneau Antoinette

Les pionniers

Compte-tenu de la difficulté du pilotage, on a eu recours assez rapidement à des « entraîneurs » qui étaient des simulateurs très simplifiés où l'apprenti (Un apprenti est une personne qui apprend un métier. Dans un contexte moderne, c'est un jeune professionnel qui suit une formation en alternance entre une entreprise et un centre de formation, les trois parties prenantes ayant...) pilote répétait sur des commandes fictives les manœuvres de base. Dès les débuts de l'aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un...) on a tenté de restituer les effets aérodynamiques des commandes sur un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air,...) simplifié fixé au sol et placé dans le lit du 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....). Un des premiers entraîneurs connu fut le « tonneau Antoinette » construit en France en plusieurs exemplaires par la société de Léon Levavasseur dès 1910. Il comportait un poste de pilotage monté sur rotule et actionné manuellement en lacet, roulis et tangage.

Le brevet d'Edwin Link

Le premier vrai simulateur de vol fut vraisemblablement le système mis au point (Graphie) par Edwin Link (fabricant d'orgues aux États-Unis) dès 1929 et connu sous le nom de Link Trainer. Il comportait une cabine (Sur un bateau, une cabine désigne une pièce d'habitation pour une ou plusieurs personnes. Une cabine peut prendre plusieurs aspects : sur un grand navire,...) posée sur un mouvement électro-pneumatique dont les positions répondaient aux commandes du pilote. Un chariot (Un chariot est un plateau équipé de quatre roues, et sert au transport de charges. Par extension on inclut également ceux à trois ou cinq roues, parlant alors de chariots à trois ou cinq points d'appui. Un...) équipé d'un stylet (Le mot stylet peut désigner :) reproduisait sur table traçante (Une table traçante est un outil de dessin industriel. Elle se compose d'une table horizontale et d'un porte-stylo motorisé, le tout étant commandé par ordinateur (mais connecté à une unité logique de traitement qui...) le trajet virtuel de l'avion et l'instructeur pouvait donner des ordres à l'élève à l'aide d'un micro. Ce simulateur, très utilisé lors 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 mesure du temps. La...) Guerre mondiale essentiellement pour le vol aux instruments, connut diverses évolutions jusque dans les années 1960.

L'approche scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.)

La mise en œuvre de modèles de vol sur calculateurs, analogiques d'abord dès les années 1950 puis numériques, a donné aux simulateurs la possibilité de représenter plus fidèlement le comportement d'un aéronef (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère terrestre. On distingue deux catégories...) en vol.

Le grand projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) Whirlwind du Massachusetts Institute of Technology en 1946 fut de concevoir et mettre au point un calculateur numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique » qui...) en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel nécessaire à un simulateur de vol militaire.

Outre la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul souvent insuffisante, la restitution visuelle des premiers simulateurs, limitée aux phases de décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état statique - au sol - vers le vol.) et d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant qu'il est...), n'était rendue que par le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) d'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...) vidéo survolant mécaniquement une maquette réelle de terrain de grande dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si...). Ce n'est que plus tard, au milieu des années 1970, que commencèrent à apparaître des images de synthèse encore très schématiques (sur des moniteurs dits à « balayage cavalier ») mais qui permettaient un 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...) ponctuel (En géométrie, un point est le plus petit élément constitutif de l'espace de travail.) très précis des feux de piste, de nuit. Au début des années 1980, la représentation en trois dimensions de surfaces avec ombrage de Gouraud avait une allure plus réaliste mais il a fallu attendre les années 1990 pour voir dans les simulateurs des images de synthèse 3D texturées.

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