Traffic Collision Avoidance System

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Le Traffic alert and Collision Avoidance System (TCAS)(en français, « système d'alerte de trafic et d'évitement de collision ») également appelé ACAS ("Airborne alert and Collision Avoidance System") selon l'OACI, est un instrument de bord d'avion destiné à éviter les collisions en vol entre aéronefs. L'Organisation de l'aviation civile internationale le prescrit pour les avions de plus de 5 700 kg ainsi que pour ceux qui sont autorisés à transporter plus de 19 passagers. Le TCAS est un système actif, contrairement au PCAS (en) qui est un système passif d'évitement de collision d'usage dans l'aviation générale, conçu en application de ces prescriptions.

Son rôle est de détecter les aéronefs environnants s'ils sont équipés de transpondeur (ce n'est pas un radar, il ne détecte pas un avion sans transpondeur ou transpondeur coupé), d'alerter l'équipage d'un risque potentiel de collision (TCAS génération I et au-dessus) et de générer pour les modèles les plus sophistiqués (TCAS II et au-dessus) le cas échéant des alarmes et des ordres de manœuvre d'évitement dans le plan vertical (montée/descente: TCAS II et au-dessus) et/ou horizontal (TCAS III et au-dessus, non implémenté à l'heure actuelle).

Historique[modifier | modifier le code]

La recherche pour mettre au point des systèmes d'évitement de collision en vol avait commencé dans les années 1950. Une suite d'accidents tragiques, causés par des collisions en vol, a conduit la FAA (Federal Aviation Administration) -Administration Fédérale de l'Aviation américaine- à prendre des décisions. Parmi ces accidents tragiques, on note :

Implantation[modifier | modifier le code]

Indicateur TCAS et IVSI

Pour les TCAS type II (installés dans les avions de ligne), le système est composé:

  1. d'un calculateur chargé d'élaborer les informations de trafic et d'alerte,
  2. d'un ensemble d'au moins deux antennes directionnelles (une située au-dessus, l'autre au-dessous de l'avion) fonctionnant en UHF (Émission:1030-Réception:1090Mhz),
  3. d'un boîtier de commande couplé au transpondeur,
  4. d'un générateur de message audio et visuel (affichage).

Dans les avions munis d'un glass cockpit (écrans numériques), l'affichage du TCAS peut être intégré dans le ND (Navigation Display) et affichera le cas échéant des informations de résolution de trafic (RA) dans le PFD (Primary Flight Display). Dans les cockpits plus anciens et les avions équipés d'instruments mécaniques, l'indicateur de vitesse verticale instantanée (IVSI) est remplacé par un instrument électronique semblable, intégrant le TCAS (image ci-contre).

Fonctionnalités[modifier | modifier le code]

Le TCAS II est un système interrogatif et coopératif, qui questionne les transpondeurs des avions proches sur la fréquence 1030 MHz. L'avion interrogé répond ensuite sur la fréquence 1090 MHz et entamera si nécessaire un dialogue avec le TCAS s'il est lui-même équipé du même système (TCAS II et au-dessus), ce afin de coordonner les actions indiquées aux pilotes en cas de risque de collision.

Le TCAS interroge toutes les secondes environ tous les avions équipés de transpondeur mode A, C ou S (allumé) dans sa zone de détection (un cercle de 30 NM de rayon). En fonction des réponses des transpondeurs des trafics détectés, le calculateur détermine la position de ceux-ci en deux (transpondeur Mode A sans report d'altitude) ou trois dimensions (transpondeur Mode C avec report d'altitude ou Transpondeur Mode S ou ADS-B). Il est capable d'interroger et suivre plus de 45 appareils simultanément et d'en afficher jusqu'à 30.

Le type d'information affiché et le cas échéant de message généré par le TCAS dépend de la position et de la distance du trafic détecté par rapport à l'avion dans le plan vertical et horizontal.

Principe du TCAS

Pour ce faire, le calculateur intègre autour de l'avion plusieurs volumes de surveillance et/ou de protection (image ci-contre), volumes dont la taille est dépendante de la vitesse de l'avion (25 secondes de vol, 40 secondes de vol, entre 4 et 6NM, jusqu'à 30 NM) et de la distance verticale (de +/- 850ft à +/-1200ft pour les deux premiers volumes).

  1. Un avion détecté dans le premier volume (Autre Trafic/Trafic proche) ne génère pas d'alerte auditive mais est affiché à titre d'information sur l'indicateur (symbole: losange évidé blanc ou bleu (autre), losange plein blanc ou bleu (proche) si distance autre trafic <6NM ou +/-1200ft verticalement). Si le trafic est équipé d'un transpondeur avec report d'altitude (Mode C ou Mode S), un nombre (distance verticale entre les deux aéronefs) suivi d'une flèche (en montée/descente) est également affiché en regard du symbole.
  2. En cas d'entrée d'un trafic dans le deuxième volume (Intrus), une alerte appelée « Traffic Advisory » (TA) est émise pour informer le pilote qu'un autre avion se trouve à proximité mais ne présente pas de danger immédiat. Elle comporte en plus d'un symbole spécifique (symbole: cercle plein orange), une annonce vocale dans le cockpit ("Traffic, Traffic"), mais le TCAS ne suggère pas de manœuvre d'évitement.
  3. Affichage TCAS sur Navigation Display(ND)
    Si la collision semble imminente (entre 15 et 35 secondes de vol et/ou une distance verticale de +/- 750ft) et nécessite une intervention du pilote (Menace), une alerte appelée « Resolution Advisory » (RA) est émise indiquant l'avion concerné et signalant l'action à effectuer sans délai par le pilote pour éviter l'autre trafic, à savoir maintenir la trajectoire actuelle, monter, descendre ou encore surveiller la vitesse verticale. Elle comporte en plus d'un symbole spécifique (symbole: carré plein rouge), une annonce vocale dans le cockpit indiquant la manœuvre à effectuer (par exemple: "Climb, Climb", voir tableau), et une consigne de résolution (un ordre de montée/descente affiché sur l' IVSI ou le PFD sous la forme d'un secteur vert (gamme de vitesses verticales à atteindre) et rouge (gamme de vitesse verticales à éviter impérativement).
  4. Si l'avion intrus est également équipé d'un TCAS II (transpondeur mode S), les deux systèmes vont coordonner leurs manœuvres d'évitement dans le plan vertical (ex : l'un monte et l'autre descend, il serait absurde que les deux avions s'évitent en montant tous deux). Bien souvent, le TCAS indique à un avion de monter et à l'autre de descendre, ce qui augmente considérablement la distance entre les deux appareils.
  5. Quand l'alerte est terminée, le système annonce "Clear of conflict" (plus de conflit).

Types de messages d'avis de trafic (Traffic Advisory (TA)) et d'avis de résolution (Resolution Advisory (RA))[modifier | modifier le code]

Type Message vocal Signification Required action
TA Traffic; traffic. Intruder near both horizontally and vertically. Attempt visual contact, and be prepared to manœuvre if an RA occurs.
RA Climb; climb. Intruder will pass below Begin climbing at 1500–2000 ft/min
RA Descend. Descend. Intruder will pass above. Begin descending at 1500–2000 ft/min
RA Increase climb. Intruder will pass just below Climb at 2500 – 3000 ft/min.
RA Increase descent. Intruder will pass just above. Descend at 2500 – 3000 ft/min.
RA Reduce climb. Intruder is probably well below. Climb at a slower rate.
RA Reduce descent. Intruder is probably well above. Descend at a slower rate.
RA Climb; climb now. Intruder that was passing above, will now pass below. Change from a descent to a climb.
RA Descend; descend now. Intruder that was passing below, will now pass above. Change from a climb to a descent.
RA Maintain vertical speed; maintain. Intruder will be avoided if vertical rate is maintained. Maintain current vertical rate.
RA Level off, level off. Intruder considerably away, or weakening of initial RA. Begin to level off.
RA Monitor vertical speed. Intruder ahead in level flight, above or below. Remain in level flight.
RA Crossing. Passing through the intruder's level. Usually added to any other RA. Proceed according to the associated RA.
CC Clear of conflict. Intruder is no longer a threat. Return promptly to previous ATC clearance.

Le calculateur reçoit également en entrée des informations externes (position des volets, contacteur de train, alarme cisaillement de vent, avertisseur de décrochage) lui permettant d'inhiber certains de ses messages de résolution (RA) lorsqu'il est près du sol ou près de son plafond pratique, de manière à privilégier des ordres de résolution cohérents (éviter de donner un ordre de descente près du sol par exemple) ou d'éviter générer des fausses alertes en approche avec les autres avions au sol. Les messages TCAS sont inhibés également en cas d'alerte WINDSHEAR (Cisaillement de vent) ou GPWS (proximité du sol), alertes qui sont prioritaires.

Outre le TCAS II, on citera également un système passif, comme le PCAS ou Portable Collision Avoidance System (système portable d'évitement de collision), qui ne fait qu'écouter les émissions transpondeur des autres appareils, sans émettre. Ce système portable est typiquement utilisé dans l'aviation générale (principalement les avions d'affaires) et ne fait qu'indiquer qu'un appareil est situé à proximité, afin de permettre une détection visuelle de l'intrus par l'équipage.

Contrôle au sol et TCAS[modifier | modifier le code]

Bien que le système cause parfois de fausses alertes, les pilotes ont maintenant l'instruction stricte de considérer tous les messages TCAS comme des alertes réelles nécessitant une intervention immédiate. La règlementation de l'Administration fédérale de l'aviation américaine et des autorités de la plupart des autres pays précise qu'en cas de différence entre les instructions du TCAS RA et du contrôle du trafic aérien (ATC), le TCAS RA a toujours la priorité.

La collision d'Überlingen, en 2002, a été en partie provoquée par des ordres contraires du contrôleur de vol et des TCAS des appareils ; un des appareils suivant son TCAS, l'autre appareil suivant les instructions du contrôle au sol, contraires à ceux de son TCAS[1]. Depuis cette catastrophe, l'OACI préconise la prévalence des instructions du TCAS sur celles des contrôleurs aériens.

Article connexe : Vol 2937 Bashkirian Airlines.

Situation légale dans le monde[modifier | modifier le code]

Juridiction (Organisme) Classification de l'aéronef Mode TCAS Date de l'obligation
États-Unis (FAA) Tous les avions de transport commercial à turbines, avec plus de 30 sièges passagers (ou MTOW supérieure à 33 000 livres (~15 000kg)) TCAS II 1er janvier 1993
Europe (EUROCONTROL) Tous les avions de transport commercial à turbines, avec plus de 30 sièges passagers (ou MTOW supérieure à 15 000kg)[2] TCAS II 1er janvier 2000
Europe (EUROCONTROL) Tous les avions de transport commercial à turbines, avec plus de 19 sièges passagers (ou MTOW supérieure à 5 700kg)[2] ACAS II (= TCAS II Version 7.0) 1er janvier 2005
Europe (EUROCONTROL) Obligation de mettre à jour à la version 7.1 TCAS II version 7.1 1er décembre 2015
Australie (CASA) Tous les avions de transport commercial à turbines, avec plus de 30 sièges passagers (ou MTOW supérieure à 15 000kg)[3] TCAS II 1er janvier 2000
Hong Kong, Chine (CAD) Tous les avions à Hong Kong munis de plus de 9 sièges passagers (ou MTOW supérieure à 5 700kg)[4] TCAS II Version 7.0 1er janvier 2000

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Rapport d'accident sur la base d'Airdisaster
  2. a et b European ACAS II Mandate
  3. [PDF] Explanatory Statement regarding TCAS for CASA
  4. [PDF] Airworthiness Notice No. 24

Liens externes[modifier | modifier le code]