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Continuous Descent Operations

Bruxelles, 6 janvier 2011. Dans un des espaces aériens les plus complexes d’Europe, le consortium B3 (Belgocontrol, Brussels Airport Cy et Brussels Airlines) propose une approche intégrée innovative  pour optimiser les opérations de descentes vers les aéroports. L’objectif principal est de réduire les émissions de CO2 en contribuant à l’introduction en Europe d’un concept relativement nouveau en aviation: les Continuous Descent Operations (CDO). L’année 2011 sera consacrée à l’expérimentation de cette procédure et à l’analyse de ses bénéfices.

Continuous Descent Operations
Née sous la dénomination ‘Continuous Descent Approach’ (CDA), la CDO est une technique de pilotage par laquelle un avion à l’arrivée descend de sa position optimale, avec les moteurs à puissance réduite et évite les paliers. Elle ne peut s’effectuer que dans le respect d’une opération safe de l’avion et en conformité avec les procédures publiées et les instructions du contrôle aérien. Elle permet à la fois une réduction du bruit engendré par des modifications de la puissance des moteurs combiné avec une altitude légèrement plus élevée que lors d’une approche conventionnelle par paliers, et une réduction de consommation de carburant et donc des émissions de CO2.

Schéma d’une CDO.  (Eurocontrol)

Le fait d’accepter ou de refuser une approche continue reste la prérogative du pilote, car il s’agit essentiellement d’une technique de pilotage. Le contrôle aérien pour sa part conserve la prérogative d’approuver ou non ce type d’approches, en fonction de la situation globale du trafic.

Pour beaucoup d’aéroports, les possibilités d’implémenter la CDO sont limitées en raison du volume de trafic en approche ou à proximité de l’aéroport et du respect des capacités demandées, ainsi que de la nécessité d’assurer la sécurité du trafic aérien en respectant les séparations règlementaires entre les avions. C’est pourquoi elle s’applique surtout en période de moindre trafic (heures creuses, nuit). Lorsqu’il y a beaucoup de trafic, le pilote devra ajuster la configuration et le niveau de vol pour maintenir un espacement consistant avec les autres avions. Il faut en outre que les conditions météorologiques le permettent.

Terminologie
Cette procédure fait l’objet de beaucoup d’intérêt de la part des différents acteurs concernés, qu’ils soient aéroports, fournisseurs de service de navigation aérienne, ou compagnies aériennes, car elle présente des bénéfices potentiels tant environnementaux (réduction des émissions et du bruit),  qu’économiques (réduction des coûts en carburant grâce à une consommation réduite). Elle est donc étudiée, et parfois expérimentée, de façon très diverse dans plusieurs pays. Et sans qu’il y ait une définition standardisée, unique et approuvée par tous du terme précédemment utilisé ‘Continuous Descent Approach’ (CDA), ce qui empêche son harmonisation et donc les possibilités de l’appliquer de façon identique sur différents aéroports. Et la CDA ne couvre que les opérations de ‘descente’.

La CDA est devenue CDO.

Dans un but d’harmonisation au niveau mondial, on est maintenant passé au ‘CDO’, pour Continuous Descent Operations. Cette terminologie est déjà utilisée par la FAA et  couvre à la fois les opérations de descente et d’atterrissage. Elle est maintenant adoptée en Europe, à la fois par Eurocontrol et SESAR (Single European Sky Air Traffic Management Research), le bras technologique du Ciel unique européen.

Historique
A l’initiative de Belgocontrol (www.belgocontrol.be ), un projet ‘Continuous Descent Approach’ a été initié début 2009. Ceci dans le but d’étudier les possibilités d’utilisation de cette technique qui apporte à la fois des bénéfices environnementaux (réduction du bruit et des émissions) et économiques (réduction des consommations de carburant). Le projet s’est fait en collaboration avec les différents acteurs concernés, à savoir le contrôle aérien, les compagnies aériennes intéressées et les aéroports concernés. Le projet CDA, devenu CDO, concernera ‘ in fine ’ les cinq aéroports publics belges.

Survol de la balise VOR-DME en approche finale de la piste 25L.

Les travaux des experts de Belgocontrol, Brussels Airlines et quelques autres opérateurs, et Brussels Airport Cy ont permis de démarrer une phase de tests opérationnels à partir de début juillet 2009, et ce avec l’approbation de la Belgian Supervisory Authority (BSA) et de la Direction Générale du Transport Aérien (DGTA). Le nombre d’opérations CDA a augmenté mais reste relativement limité. Les tests se font principalement sur les pistes 25L et 25R. Lorsque les pistes 25 sont en usage, le potentiel et le nombre de CDA effectives est plus important. Pendant les périodes de fort vent de nord, nord-est, les pistes 25 ne peuvent être utilisées et il n’y a donc pas de CDA pour des raisons de capacité et de sécurité.

La période de test a permis à la fois aux pilotes des compagnies aériennes impliquées et aux controleurs aérien de gagner de l’expérience pratique de cette procédure. L’expérimentation initiée par le groupe de travail a aussi bénéficié du support d’Eurocontrol.

Mais la préparation de la mise en service du nouveau centre de contrôle aérien CANAC 2 de Belgocontrol, inauguré en février 2010, a mobilisé pendant plusieurs mois les contrôleurs aériens belges. Maintenant que cet outil est en service et maîtrisé par les contrôleurs, on a pu envisager une nouvelle phase dans les opérations rebaptisées CDO, et ce avec une dimension européenne.

Une dimension européenne et mondiale
Le défi environnemental est crucial pour le développement du transport aérien. Même si ce secteur ne représente que 3% de l’ensemble des émissions de CO2 produit par l’activité humaine, il est en croissance et se doit donc de réduire son impact environnemental. L’aviation étant une activité globale, la recherche de solutions ne peut s’effectuer que de façon harmonisée au niveau non seulement européen, mais aussi mondial. D’où la signature de l’accord AIRE entre la Commission européenne et la FAA.

Et au niveau européen, la prise en compte de la dimension environnementale dans les objectifs du Ciel unique européen et de son bras technologique, SESAR. Ce dernier a initié un vaste programme de recherche et développement en matière de transport aérien et environnement, et s’efforce de réunir tous les acteurs concernés. C’est ce qui a permis à l’expérience locale de CDA, rebaptisée CDO, de prendre une dimension européenne et internationale.

B3
Fort de l’expérience de collaboration entre les trois acteurs principaux (contrôle aérien, compagnie aérienne et aéroport), Belgocontrol, Brussels Airlines et Brussels Airport Cy ont en effet décidé de s’unir sous la dénomination B3 et de proposer la candidature de ce consortium pour participer activement à l’ambitieux programme de modernisation du ciel européen initié par SESAR.

La candidature de B3 a été retenue pour évaluer les possibilités de ‘Continuous Descent Operations’ à Brussels Airport (www.brusselsairport.be). Pourquoi Brussels Airport?  Sa localisation entre quatre grands hubs européens (Amsterdam, Francfort, Paris et Londres), et la densité et la complexité de l’espace aérien du futur FABEC (Functional Airspace Block Europe Central) en font un laboratoire unique: si cela marche ici, alors c’est applicable pratiquement partout. Les questions posées sont: est-ce applicable sans réduction de capacité et en maintenant ou améliorant la sécurité? Comment mesurer le bénéfice environnemental? Peut-on l’utiliser ailleurs en fonction des résultats obtenus?

Le kick-off meeting du B3.

Lancée par un ‘kick-off meeting’ en septembre 2010, le projet B3 est dirigé par Philippe Coupez, Fleet Manager Airbus chez Brussels Airlines (www.brusselsairlines.com), et s’échelonnera sur une période de 15 mois. La CDO étant avant tout une technique de pilotage, il était logique de donner le lead au partenaire airline. Au niveau de Belgocontrol, c’est Elisabeth Peeters, Conseiller environnement, qui gère le projet. Et chez Brussels Airport Cy, c’est Maarten Maes du département environnement. Au niveau de l’évaluation du bruit, il est appuyé par les experts acoustiques de la KUL.

Explications techniques
Pour beaucoup d’aéroports, les possibilités d’implémenter une CDO sont limitées en raison du volume de trafic aérien. Lorsque le trafic en approche est intense, le pilote doit ajuster la puissance des moteurs, la position des volets et la sortie du train d’atterrissage en vue de maintenir une séparation avec les autres avions pour des raisons de sécurité évidentes. Descendre les volets et le train d’atterrissage augmente la trainée, ce qui nécessite plus de puissance pour conserver la même vitesse.

Lors d’une ‘Continuous Descent Operation’, avec les moteurs au ralenti depuis l’altitude de croisière ou le niveau intermédiaire jusqu’à l’approche finale, le Flight Management System (FMS) calcule toute l’approche automatiquement. En plus, le FMS de l’avion, lorsqu’il est programme avec la météo prévue sur tous les points de sa route, déterminera la trajectoire de l’avion et son heure d’arrivée avec beaucoup plus de précision. Avec pour résultat que l’avion s’intégrera de façon plus souple dans le flux du trafic d’approche.

Le projet B3 se concentre sur des opérations réalisables avec la technologie actuelle et se focalise sur la dernière partie de la descente, lorsque le vol est sous le contrôle de l’unité ‘Approach’ de Belgocontrol. La CDO est un travail d’équipe entre le contrôleur et le pilote. La procédure sera basée sur du radar vectoring pour une route optimale. Le contrôleur est responsable de la délivrance de vecteurs radar pour l’avion (donnant des caps et la distance à parcourir) et de la séparation avec le reste du trafic. Le pilote est responsable du profil de descente, s’assurant qu’il reste aussi près que possible de la pente idéale. 

L’écran du radar d’approche de Belgocontrol à CANAC 2, outil indispensable pour aider le contrôleur à permettre une CDO.

L’échange et l’analyse des données sera un effort commun de Brussels Airlines, Belgocontrol et Brussels Airport Cy et servira trois objectifs: optimiser la procédure opérationnelle; identifier et quantifier les gains en carburant et en réduction de CO2; identifier les gains en réduction des nuisances sonores.

Les premiers tests CDO n’ont produit qu’un nombre limité de données. Le nombre de vols effectuant ces tests pourra progressivement augmenter grâce à une familiarisation et une expérience grandissante dans l’exécution de ce type d’approches, à la fois par le contrôle aérien et par les pilotes. Il est absolument certain qu’une diminution de la consommation sera obtenue. Le pourcentage de celle-ci variera en fonction du type d’avion, de son poids effectif, des vents, de la température, et des aspects saisonniers: en hiver, l’utilisation des systèmes de dégivrage augmente la consummation des moteurs. C’est la raison pour laquelle la période de tests en vol est si importante pour la validation d’un maximum de données de vol. Ce n’est qu’après une analyse poussée que l’on pourra chiffrer la reduction effective de consommation.

On estime que les Airbus A330 de Brussels Airlines économisent jusqu’à 150 kg de fuel, soit une réduction de 470 kg de CO2 par CDO.

En permettant d’implémenter rapidement la procédure pour tous les types d’avions on produira des économies immédiates. Comme aucun équipement particulier n’est requis, le concept pourrait être adapté aux autres aéroports sous l’ombrelle de SESAR.

Tant pour le calcul de la réduction du bruit que pour la mesure des diminutions de consommation et donc d’émissions de CO2, l’analyse des données détaillées des Flight Data Recorder constitue une des sources les plus fiables. Mais l’importance et le niveau détaillé des données FDR impliquent une charge de travail intense. On recherche aussi des méthodes pour rendre ces données techniques plus facilement utilisables Et aussi de pouvoir faire la distinction entre les vols qui ont effectué ou non une vraie CDO. En ce qui concerne les émissions de CO2, l’idée de base est d’extraire des données FDR les données relatives aux consommations de carburant pour un nombre représentatif de vols ayant effectué une CDO et de comparer ces résultats avec ceux de vols qui n’ont pas effectué de CDO.

L’outil ‘Integrated Noise Model’ (INM) est lui utilisé pour évaluer l’impact sonore. Ce programme de simulation du bruit généré par les avions est conforme à la méthode ECAC Doc 29 approuvée par la Conférence Européenne de l’Aviation Civile (CEAC) et également d’application par le VLAREM pour le calcul des contours de bruit annuels.

  La CDO permet de réduire les nuisances sonores (Eurocontrol).

Le consortium B3 travaille également en collaboration avec Eurocontrol, qui développe un outil, dénommé EFICAT. Ce programme permet d’évaluer l’impact des CDO sur base d’une analyse des données radar.

SESAR JU
SESAR Joint Undertaking  ( www.sesarju.eu ) est l’institution chargée de la mise en œuvre du programme SESAR. C’est la dimension opérationnelle et technique du Ciel unique européen. La JU est cofinancée par l’Union européenne, Eurocontrol et l’industrie aéronautique au sens large, puisque ce volet de la JU regroupe des participations non seulement des constructeurs d’avions (Airbus et Dassault notamment) et d’équipements ATM (Thales entre autres), mais aussi de compagnies aériennes, de fournisseurs de service de navigation aérienne, d’aéroports, en individuel et par le biais de leurs associations. Ces participations peuvent être sous forme d’apports d’expertise ou de programmes de développement et de recherches. SESAR est chargé d’établir un ‘Master Plan ATM’ d’ici à 2020, afin de répondre aux besoins croissants prévisibles en capacité, efficacité, ponctualité, tout en répondant aux défis environnementaux. Et pour cela étudie un grand nombre de solutions potentielles tant technologiques qu’opérationnelles au travers de programmes de recherche et développement. Et les CDO sont un de ces éléments.

 

L’ accord ‘Atlantic Interoperability Initiative to Reduce Emission’ (AIRE) conclu en 2007  entre la Commission européenne et la FAA est un programme qui vise à réduire les émissions de CO2 et à accélérer le rythme du changement en utilisant d’avantage les “best practices” de la gestion du trafic aérien et en capitalisant sur les progrès technologiques au niveau des avions. Cet accord supporte l’implémentation de procédures favorables à l’environnement pour toutes les phases du vol. AIRE est un élément important de la composante ‘verte’ du programme SESAR et le SESAR Joint Undertaking est responsable de sa gestion au niveau européen. Les  améliorations au système de gestion du trafic aérien (ATM) présentent un potentiel de réduction des émissions de CO2 pouvant atteindre 10%. Les améliorations au système ATM permettront également d’autres bénéfices environnementaux tels que des réductions du bruit et une amélioration de la qualité de l’air local autour des aéroports. En se focalisant sur l’efficacité environnementale, on améliorera le niveau général du transport aérien, avec des réductions de coûts, des temps de vol plus courts, une meilleure ponctualité et des standards de sécurité améliorés. L’objectif de AIRE en 2011 est de faciliter la transition entre des expérimentations “vertes” et l’implémentation d’opérations ‘vertes’. Le projet B3 est l’un des 18 programmes sélectionné par SESAR dans le cadre de AIRE.

Philippe Coupez, au kick-off meeting du B3, a résumé l’objectif du groupe: “Ce que nous faisions en tant que concept, nous voulons maintenant le mettre sur papier de telle sorte que d’autres puisse tirer avantage de notre expérience de façon à ce qu’elle puisse être utilisée partout ailleurs dans le monde.”

Le team B3 et SESAR/ Maarten Maes (Brussels Airport Cy), Alain Siebert (SESAR JU), Philippe Coupez (Brussels Airlines), Daniel Goffin (Belgocontrol), Elisabeth Peeters (Belgocontrol), Celia Rodrigues (SESAR JU).

Les tests, qui ont débuté fin 2010, s’étaleront sur toute l’année 2011, et leur analyse détaillée devrait permettre de quantifier les bénéfices environnementaux et économiques, et de permettre une application plus intense de cette technique à Brussels Airport, et de faciliter son introduction sur d’autres aéroports tant belges qu’européens. L’expertise combinée des trois partenaires ‘B’ est un atout majeur qui leur a permis d’être sélectionné par SESAR, juste reconnaissance au niveau européen de la qualité de nos acteurs aéronautiques.

Guy Viselé