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Très intéressant ,(ne sait pas trop où le poster ...! )
Les insuffisances inacceptables des protections du domaine de vol des Airbus et proposition d’un remède définitif
Par Christian ROGER
jumboroger@orange.fr
Blog : jumboroger.fr
Commandant de Bord Boeing 747 Air France (Retraité) Ex Leader de la Patrouille de France
Expert de l’accident de Sharm El Sheikh (2004) pour le compte des familles des victimes
Ancien Président du Bureau Air France
du SNPL (Syndicat National de Pilotes de Ligne) – 1986 / 1990
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J’ai rédigé cet article pour qu’il soit accessible à des non spécialistes de l’aviation, même si le sujet est assez complexe. Je demande donc aux professionnels de ne pas s’étonner de cet aspect pédagogique. Après tout, certains rappels sont toujours profitables !
Rappel sur l’incidence de vol
Ce document va être axé sur les problèmes d’incidence d’un avion et il est bon d’en rappeler quelques notions.
L’incidence est l’angle entre le profil de l’aile et le flux d’air qui arrive sur l’avion. Elle permet la portance de l’aile.
Paradoxalement et de façon difficilement compréhensible, l’usage s’est pris depuis l’aube de l’aviation de situer le décrochage de l’avion par rapport à sa vitesse, au lieu de choisir l’incidence, qui est à la racine de la portance.
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La portance augmente en même temps que l’angle d’attaque et passe par un maximum, puis si l’AOA continue à augmenter, l’écoulement de l’air devient turbulent au lieu d’être laminaire. La portance décroit et l’avion passe en décrochage.
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Le « Deep Stall » : un danger pour les avions modernes
De par leur conception structurale, certains avions sont susceptibles d’être victimes dans certaines circonstances du phénomène d’« Autocabrage » ou « Deep-Stall » (décrochage profond).
Ce phénomène catastrophique mène inexorablement l’avion au sol sans que l’équipage puisse entreprendre quoi que ce soit aux commandes, lesquelles sont totalement inefficaces pour redresser la situation.
La situation de Deep Stall se produit lorsque l’incidence de vol dépasse la valeur « d’incidence limite », au-delà de laquelle se produit un « autocabrage » non maitrisable aux commandes.
Cette situation se caractérise par « un nez haut », « une vitesse indiquée très faible », en deçà de la vitesse de décrochage, une trajectoire « de chute » très prononcée vers le sol, sans que l’équipage puisse aux commandes remettre « le nez bas » pour en sortir. Dans ce décrochage, l’avion ne fait pas l’abattée classique à piquer qui permet de récupérer classiquement un décrochage.
Au sens aérodynamique, l’avion est dans une situation « d’hyper-stabilité d’incidence », situation irréversible car hyper-stable, sauf à disposer de dispositifs spéciaux.
Ce pourrait être par exemple un parachute dans la queue, dont le déploiement permettrait de
faire basculer l’avion « nez à piquer », pour recoller les écoulements d’air sur les voilures et
les gouvernes, (à condition bien sûr de ne pas être trop près du sol pour pouvoir ensuite
redresser l’avion). Aucun avion actuel n’en est équipé.
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Schématiquement, cet autocabrage peut se rencontrer selon la conception de l’avion :
• A la suite d’une action inconsidérée « à cabrer » de l’équipage avec une vitesse indiquée soit déjà faible, soit en diminution rapide (action à cabrer inconsidérée au vu de la motorisation disponible)
• Quand lors de manœuvre « à cabrer », la surface de l’aile vient masquer l’écoulement sur la gouverne de profondeur (cas par exemple des gouvernes de profondeur situées en haut de dérive)
C’est pourquoi les constructeurs, conscients de ces limites aérodynamiques et de ses dangers, équipent les commandes de vol des avions potentiellement vulnérables à ce phénomène d’un « limiteur d’incidence ». C’est un dispositif qui agit directement sur la gouverne de profondeur pour en limiter le braquage « à cabrer » lorsque l’action sur les manches des pilotes est susceptible d’amener l’avion en situation de « Deep-stall ».
Il est bien évident que lors des essais en vol Airbus, les équipages d’essais ne se sont
jamais approchés de cette situation dont l’issue fatale est garantie.
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Le seul avion sur lequel l’approche du « Deep-Stall » a été réalisée est l’ A400M, avion de transport militaire d’Airbus, pour lequel le cahier des charges prévoyait cette démonstration. Pour ces essais, l’avion prototype a été équipé de fusées situées à l’arrière de l’avion pour permettre de faire basculer le nez de l’avion « à piquer », pour retrouver des conditions de vol pilotables s’il s’était enfoncé dans un Deep Stall.
La « robustesse » des systèmes : une nécessité absolue
Du fait de leur conception structurale, les Airbus sont vulnérables au « Deep Stall » et leurs commandes de vol disposent donc du « limiteur d’incidence ».
C’est un outil essentiel et il est vital en toutes circonstances, au décollage, en croisière comme à l’atterrissage. Il doit être toujours actif et donc « robuste », quel que soit l’état des commandes de vol et de leurs protections électroniques.
Le terme « robuste » dans cette phrase implique un système qui n’est jamais mis en défaut, ou avec des probabilités si faibles qu’elles seront considérées comme sans danger réel.
Cette « robustesse » se doit d’exister que les commandes de vol soient en situation « Normale » (capteurs élaborant l’incidence correctement fonctionnels) et à fortiori et surtout si les commandes de vol sont en mode « dégradé » (certains capteurs étant analysés comme douteux ou dégradés).
La condition indispensable à l’existence d’une « robustesse » d’une chaîne de contrôle impose que les différents éléments qui contribuent à créer de la redondance
soient suffisamment nombreux et absolument indépendants les uns des autres.
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L’absence de robustesse des capteurs des lois de commandes de vol des Airbus compromet la sécurité des vols
Il est surprenant de constater que les problèmes de contrôle de la trajectoire sur les Airbus ne proviennent pas des commandes de vol qui fonctionnent impeccablement, grâce à la redondance apportée par 7 systèmes, avec une robustesse qui a été démontrée et jamais mise en défaut à ma connaissance.
TOUS les problèmes que rencontrent les Airbus dans la maîtrise de la trajectoire sont le fait de capteurs, indispensables à ces commandes et dont la redondance laisse à désirer.
Au nombre de trois pour le contrôle de la vitesse et de trois autres pour le contrôle de l’incidence, ils ne peuvent pallier une double panne ayant pour cause le givrage des sondes..
Cette capacité de givrage simultané rend illusoire la validité des probabilités de pannes affichées par le constructeur et acceptées par les autorités de certification !
1°) Manque de robustesse des données Pitot
Lors du crash de l’Airbus Rio-Paris et selon les données des enregistreurs de vol, il est constaté qu’un simple désaccord des mesures de vitesse par les tubes Pitot durant 29 secondes (panne simple en l’occurrence et non catastrophique) a entraîné l’inhibition du « limiteur d’incidence ». La perte de ce limiteur d’incidence est une conséquence du passage des commandes de vol en mode « Alternate ».
L’incidence de l’avion a pu atteindre 40° pour une incidence de décrochage de 6° seulement, ce qui explique la perte totale irréversible de contrôle de l’avion et l’issue catastrophique qui
en a résulté.
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Certes, on peut mettre en cause les deux copilotes dans ce drame, il faut tout de même souligner qu’il s’est passé 1 minute et 40 secondes entre un vol en croisière normal et une situation de décrochage sans issue !
Il est anormal de constater qu’un simple désaccord entre des capteurs Pitot ait inhibé la fonction « limiteur d’incidence » à un instant où cette panne des Pitots exigeait justement de disposer d’un limiteur d’incidence parfaitement opérationnel. Cette absence de limiteur d’incidence et un cabré excessif du pilote ont permis d’atteindre un décrochage irréversible.
Un fonctionnement normal du limiteur d’incidence aurait permis de sauver l’avion.
Où est l’indicateur d’incidence recommandé par le BEA ?
Dans son rapport final sur cet accident, le BEA avait recommandé l’installation d’indicateurs d’incidence sur les tableaux de bord de tous les avions de ligne. Six ans après le crash, cela reste un vœu pieu et seul les A 330 d’Air Inter en avait été équipés, à l’initiative du Directeur Technique de la compagnie, issu de la promo d’avant la mienne de l’Ecole de l’Air.
2°) Le manque de robustesse des données des sondes d’incidence
Le meilleur moyen de sortir d’un Deep Stall est assurément de ne pas s’y mettre et donc que le limiteur d’incidence soit toujours en action.
Malheureusement, la conception des Airbus ne permet pas d’assurer la pérennité de cette sécurité comme elle devrait l’être.
Le 5 novembre 2014, un Airbus A 321 de Lufthansa s’est trouvé dans un piqué mortel, avec une gouverne de profondeur inefficace, alors que les pilotes la sollicitaient en plein cabré. Ce piqué était dû à la mise en action de la protection Alpha Prot, qui mettait l’avion en piqué pour corriger une incidence de vol excessive, qui n’existait pas en réalité ! 8
Cette situation était provoquée par le givrage simultané de deux sondes d’incidence sur les trois existantes et la logique Airbus est de supprimer la donnée qui n’est pas en phase avec les deux autres.
C’est un principe tout à fait judicieux, mais seulement si les éléments fournis par ces trois capteurs sont rigoureusement sans source commune de panne, qu’il s’agisse d’électricité, d’hydraulique ou autre, ce qui n’est pas le cas, puisqu’elles sont susceptibles de givrage simultané.
En l’occurrence, cela a conduit à éliminer la sonde d’incidence qui fonctionnait correctement en gardant comme référence les deux qui étaient en panne ! Good bargain !
Le BUSS (Back Up Speed Scale) : innovation d’Airbus qui remédie partiellement aux pannes de capteurs d’incidence
Dans un article que j’avais publié sur ce blog le 20 février 2013, j’avais relaté l’incident catastrophique du vol d’un A330 d’Eva Air, de Taiwan, lors duquel les pilotes s’étaient trouvés confrontés à une profondeur bloquée à piquer, qui les entrainaient à la mort. Cet incident grave était dû aux sondes d’incidences qui avaient givré et ils ont surmonté cette anomalie en utilisant le système BUSS d’Airbus, qui coupe les 3 ADR (Air Data Reference) et fait passer les commandes de vol en loi « Directe ».
Les pilotes avaient perçu le problème au cours de la montée à partir de 20.000 pieds (Bandeau
de vitesse Alpha Prot cachant VLS sur l’horizon artificiel) et décidé de traiter la panne en
arrivant à 31.000 pieds, qui était leur premier niveau de croisière. Mais en arrivant à ce niveau
la protection d’incidence s’est mise en œuvre, entrainant l’avion dans un piqué incontrôlable malgré leurs manches à plein cabré.
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Les pilotes ont échappé à la mort parce que leur avion était équipé du système « BUSS », innovation d’Airbus, utilisé lorsque les indications de vitesse sont inexploitables ou douteuses.
Ce BUSS est associé à une ECAM rénovée (Tableau électronique d’affichage des pannes), qui va indiquer par exemple : « NAV ADR 1+2+3 Fault » et l’ECAM va alors solliciter les pilotes en leur demandant de couper les 3 ADR.
Le BUSS se met automatiquement en action quand l'équipage déconnecte les trois ADR.
On n’utilise plus alors les sondes d’incidences habituelles et cette information d’incidence a pour origine les centrales de navigation à gyro-laser.
Une fois les ADR mis sur OFF, l'équipage voit apparaitre sur son horizon artificiel :
•
- Une plage de vitesse « Back Up Speed » qui remplace l’échelle de vitesse habituelle en donnant sur l’horizon artificiel une zone verte (OK), et des zones ambre et rouges, ces dernières indiquant une vitesse trop faible ou trop forte (Fast ou Slow).
•
- Une altitude d’origine GPS qui remplace l’altitude barométrique habituelle.
Le pilote aux commandes n’a plus alors qu’à piloter en ajustant la poussée et l’assiette
• •
•
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•
avion pour garder le repère vitesse en face de la plage verte (Fly the green).
EFIS : situation normale
rEFIS : activation du BUSS
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Avec la coupure des 3 ADR, la protection du domaine de vol offerte par le BUSS est un outil indispensable, car le pilotage ne peut se faire qu’en mode « Manuel » et à haute altitude :
• Ce pilotage est toujours délicat, très « pointu »
• Dans une plage de vitesse réduite
• Avec des réactions de commandes assez inhabituelles par rapport à la loi « Normale ».
Les pilotes n’en ont pour leur quasi-totalité aucune expérience, sauf ceux qui ont été pilotes de chasse.
Ce système BUSS est basique sur le A380 et en option sur les autres modèles d’Airbus. La compagnie Eva Air s’était bien trouvée de l’avoir acheté et de disposer de pilotes qui avaient su l’utiliser au bon moment.
En situation de turbulence à haute altitude, l'indication de vitesse présentée est très instable et difficile à utiliser, ce qui a conduit Airbus à recommander, mais pas interdire, de ne pas utiliser le BUSS au-dessus du niveau de vol 250. (Cf : FOT (Flight Operations Telex) du 9 septembre 2009).
Mais faut-il encore que les pilotes n’aient pas à faire face à un piqué mortel !
En définitive, le BUSS n’offre qu’une protection partielle contre les avatars des sondes d’incidence et il serait préférable d’être plus ambitieux et de résoudre ce problème de façon définitive, comme je le propose ci-dessous.
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Un « Panic Button » qui ne veut pas dire son nom !
Sans que cela soit dit par Airbus, le BUSS revient pratiquement à installer sur les Airbus, le fameux « Panic button » pour lequel je plaide avec tant d’autres pilotes, qui savent que l’électronique est un moyen de la sécurité, mais certainement pas l’Alpha et l’Oméga de celle- ci.
Ce « panic button » qui coupe toutes les protections a été adopté sur l’Airbus A400 militaire, parce que ceux-ci l’avaient demandé.
En utilisant le BUSS, les pilotes d’Eva Air ont ainsi récupéré un mode de pilotage habituel en loi « directe », qui existe depuis les frères Wright et bénéficié d’un avantage essentiel du système BUSS, qui restitue aux pilotes une indication sur le pilotage à suivre pour éviter de se mettre en décrochage.
Il faut souligner que le Concorde a fait toute sa carrière avec une loi de commandes de vol électrique « Normale » et une autre « Directe », et c’est tout, sans qu’il ait jamais eu de problème de commandes de vol.
Pourquoi ce système de sécurité n’est-il pas monté en série sur tous les Airbus ?
Le Buss est fourni en série sur tous les A380 et c’est la preuve qu’il fonctionne correctement. On se demande donc pourquoi il n’existe pas sur TOUS les autres Airbus ? La réponse est double :
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1°) Cette généralisation obligerait le constructeur européen à reconnaître que les multiples protections du domaine de vol sont un progrès, mais ne sont pas infaillibles et qu’en définitive, devant l’usine à gaz qu’elles deviennent en cas de dysfonctionnement, il vaut mieux rendre aux pilotes le plein contrôle de la trajectoire en les neutralisant.
Cela serait un désaveu de l’idéologie qui a présidé à la conception des Airbus et il est difficile d’afficher cet « aggiornamento » après les sottises qui ont été prononcées :
« Cet avion est si facile qu’il pourrait être piloté par ma concierge » (Bernard Ziegler, Directeur des vols),
ou : «« L’efficacité de l’architecture des commandes électriques de vol et l’existence de lois de Contrôle élimine le besoin d’entraînement aux manœuvres de récupération sur les avions d’Airbus protégés ». (Manuel de vol Airbus).
2°) Le BUSS est une option payante que les compagnies aériennes rechignent à acheter et beaucoup font le calcul cynique que la probabilité d’avoir ces cas de figure est suffisamment ténue pour qu’on prenne le risque en faisant l’économie de cette option.
C’est oublier l’effet dévastateur d’une catastrophe aérienne, dont l’occurrence est faible, mais que le public a beaucoup de mal à accepter. C’est oublier aussi que les performances en probabilité d’occurrence de pannes affichées par le constructeur sont sujettes à caution, car les autorités de certification n’ont aucun moyen de les vérifier !
Je pose une question : l’ABS est sur les automobiles un système de sécurité dont la nécessité a été démontrée de façon incontestable. Viendrait-il aujourd’hui à l’idée d’un constructeur de le mettre en option ? 14
Une solution bricolée publiée par Airbus : le BUSS du pauvre !
Suite à la chaude alerte de l’incident survenu au A321 de Lufthansa, pour remédier à cette situation de piqué intempestif provoqué par un givrage des sondes d’incidence, Airbus a publié le 12 décembre 2014 l’OEB (Operation Engineering Bulletin) ci-dessous, qui recommande de couper deux ADR (Air Data Reference) sur les trois existants, de façon à passer en loi « Alternate ».
Dans cette loi, les sondes d’incidence ne sont plus prises en compte et la protection Alpha
Prot est ainsi supprimée. La commande de profondeur redevient normalement active pour
les pilotes.
Cette solution n’est pas satisfaisante, car elle aboutit pour Airbus à se débarrasser du
problème en renvoyant aux bons soins des pilotes :
• Un avion à piloter en manuel, dans la loi de commande de vol « Directe »
• Un tableau de bord dégradé
• Eventuellement à haute altitude, donc dans un domaine de vol restreint et difficile • Sans que leur domaine de vol soit protégé contre une incidence excessive
• Et, cerise sur le gâteau, en lisant la vitesse sur le badin de secours !
Merci Airbus pour ce royal cadeau !
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A quoi sert de vouloir mettre des protections du domaine de vol, que personne ne conteste, si elles disparaissent au moment où on en a le plus besoin ?
Dans cette situation difficile, si je peux employer cet euphémisme, car c’est un autre adjectif qui me vient à l’esprit, il s’ajoute une autre donnée : pour passer à la solution de BUSS du pauvre, il faut que les pilotes soient informés qu’ils ont une panne des sondes d’incidence :
• Cela peut se manifester par l’avion qui part à piquer, ce qui ne passera pas inaperçu !
• Mais ce peut être aussi par une simple modification d’un bandeau de vitesse sur l’horizon artificiel, qui ne saute pas aux yeux. Aucune autre alarme ni sonore, ni lumineuse n’en informera les pilotes. C’est aberrant.
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Cette solution apparait comme un « bricolage » de rattrapage, alors que le bon sens aéronautique exigerait que, puisque le système de protections s’est révélé défaillant, on le neutralise pour revenir à un pilotage de l’avion « à l’ancienne », avec une protection contre le décrochage qui manque cruellement dans ce BUSS du pauvre qu’est l’OEB 49 d’Airbus.
Le système BUSS serait une solution d’attente, en attendant qu’Airbus mette en place sur TOUS ses avions le système que je préconise ci-dessous.
Pourquoi les sondes d’incidence des Airbus sont-elles source d’incidents,
inconnues sur les Boeings ?
Il y a quelque chose de surprenant à constater que le constructeur européen n’arrive pas à donner une fiabilité à des sondes qui givrent allègrement.
Dans le même temps, on constate que les récents Boeing ne souffrent pas de cette maladie, ce qui prouve que ce n’est pas une fatalité.
Pour les sondes Pitot, qui accumulaient les incidents, il a fallu le crash du Rio-Paris pour qu’Airbus se décide à recommander les sondes Goodrich, qui limitaient efficacement le nombre d’incidents.
Faudra-t-il encore des morts pour qu’une protection d’incidence « robuste » soit enfin installée sur les Airbus. Je pense que la solution suivante pourrait être installée, qui remédierait définitivement à ce problème :
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Une solution définitive des protections du domaine de vol des Airbus : : adopter le même système que sur les avions de chasse
Sur les avions de chasse, il n’existe aucune limitation d’inclinaison ou de cabré de l’avion, bien entendu, car cette capacité est une nécessité évidente pour les cabrioles qui sont leur lot.
On peut planter le nez dans le ciel avec un cabré et une inclinaison aberrante, le badin va s’écrouler, mais l’avion restera contrôlable et ne partira pas en décrochage.
C’est déjà une qualité des Airbus, quand ils sont en loi de commandes de vol « Normale » et que j’avais pu vérifier lors d’un vol d’essai mémorable chez Airbus, que j’ai relaté dans mon livre « Piloter ses rêves ».
Cette protection du domaine de vol sur les chasseurs est bien entendu le résultat d’une protection d’incidence toujours active. Et ce résultat est obtenu par la robustesse de ce système, qui résulte de l’utilisation de multiples capteurs qui n’ont aucun point commun de panne, ce qui assure la redondance de l’ensemble.
Sur les Airbus, la médiocrité des protections du domaine de vol par les sondes Pitot ou d’incidence est d’autant plus aberrante qu’il existe à bord de l’avion tous les éléments pour constituer une chaîne de contrôle parfaitement fiable des vitesses et de l’incidence.
Sur tous les avions actuels, la navigation est assurée par trois plate-formes à gyro-laser, dont chacune donne des accélérations sur les trois axes.
Combinées au temps, ces accélérations permettent de calculer des vitesses. D’autre part, la
présence du GPS à bord permet de calculer une altitude de l’avion, puisque cette donnée est
indispensable pour l’affichage de la vitesse indiquée sur les Badins des pilotes.
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Les trois plateformes gyro-laser + GPS peuvent ainsi fournir trois valeurs identiques :
• De la vitesse indiquée
• De l’incidence de l’aile.
Ces éléments sont fournis avec une précision tout à fait acceptable, car l’objectif principal de ces données gyro-laser sera de lever le doute pour savoir en cas de désaccord entre les sondes Pitots ou AOA laquelle ou lesquelles sont en panne, en les comparant aux données fournies par les trois centrales à gyro-laser.
Ces 6 données à comparer les unes aux autres permettent de cibler à coup sûr la double panne, qui est le point faible des protections actuelles des Airbus en Pitots et AOA.
Si deux sondes Pitots ou AOA tombent en panne en même temps, la troisième sera en phase avec les données des 3 plate-formes à gyro-laser et ainsi, on conservera celle qui était bonne comme référence, au lieu de l‘éliminer comme on le fait actuellement !
Il faut souligner que la robustesse de l’ensemble des plate-formes à gyro-laser est établie de façon irréfutable. C’était une nécessité absolue puisque, par exemple, ces plate-formes assurent la navigation sur les Pôles où la composante magnétique habituelle est inexploitable. Il faut alors une robustesse certaine pour que l’avion ne se trouve pas en perdition sur le Pôle, sans moyen de navigation !
L’intervention de cet ensemble se ferait en continu, sans que les pilotes aient à détecter la panne et agir ensuite. Bien entendu, les tableaux d’alarmes devraient signaler toute anomalie.
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On notera l’avantage essentiel de cette formule par rapport au système de BUSS : les données habituelles du tableau de bord resteraient en place. Le pilote automatique pourrait continuer à être utilisé.
Cette modification devrait s’appliquer, bien entendu, à tous les Airbus qui volent et cela n’a rien d’extravagant sur le plan industriel, quand on voit que certains constructeurs d’automobiles ont été contraints de ramener en usine des millions de véhicules victimes d’un défaut. Au demeurant, on notera qu’il ne s’agit que de modifications de logiciels et d’électronique, dont l’ampleur est forte dans ses conséquences et mesurée sur le plan industriel.
Depuis 1988 où est sorti le premier Airbus « Fly by wire », des milliers de modifications ont été apportées et ce ne serait qu’une parmi d’autres, mais qui donnerait la certitude d’éviter tout LOC (Lost of control), qui représente actuellement la première cause de crash des avions de ligne.
Intervention du SNPL au sujet de ce fameux OEB
Chose inhabituelle, le SNPL est intervenu sur ce problème en diffusant un additif à l’OEB d’Airbus, après avoir constaté qu’il n’était pas assez explicite sur les conséquences de la coupure de 2 ADR et le choix de ceux qu’il fallait couper.
Cette intervention est pertinente, mais je pense que le syndicat des pilotes aurait dû compléter cette intervention en demandant qu’Airbus accepte enfin de mettre en place un dispositif pérenne, qui établisse une protection d’incidence lors de tous les cas de vol des Airbus, comme celui proposé ci-dessus.
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