Soutenance mémoire
Température de l’air
La température est une grandeur physique qui exprime la chaleur ou le froid de l’atmosphère ou de l’air ambiant dans un lieu donné. Sa mesure s’effectue, en météorologie, avec un thermomètre ou thermographe dans un abri fabriqué en bois ou en plastique, situé à une hauteur de 1,25 à 2m au-dessus du sol, conformément aux recommandations générales de l’OMM. On utilise souvent les thermomètres en mercure, en alcool ou en toluène qui ont chacun des intervalles de graduations pour la mesure de la température, alors que la mesure en altitude s’effectue soit par le radiosondage, soit par avion ou par satellite. En général, l’unité de mesure est en degré Celsius. En aéronautique, la température varie en fonction de l’altitude et la connaissance du niveau de l’isotherme zéro degré permet de connaître la zone où se produit le givrage (entre 0° et -5°) qui entraîne la modification du profil et du poids des aéronefs.
Paramètres de mouvement: vent
Par définition, le vent est une quantité vectorielle qui caractérise le mouvement de l’air. Ce dernier est beaucoup plus important dans le plan horizontal que dans le plan vertical. Dans cet ouvrage, nous nous intéressons à celui se trouvant sur le plan horizontal. Le vent est caractérisé par deux grandeurs différents telles que: Sa direction, elle se définit comme le sens où le vent vient, repéré par rapport au nord géographique; Son intensité, sa force ou sa vitesse, étant exprimée en , en kt ou en selon les besoins d’usagers. De différents types des instruments sont utilisés pour mesurer la caractéristique du vent en surface et en altitude. L’instrument mesurant le vent en surface se situe à 10m du sol. La période d’établissement de la moyenne des observations du vent de surface sera de: 2 minutes pour les messages d’observations régulières et spéciales locales et pour les affichages du vent situés dans les locaux des organes « Air Traffic Control » (ATC); 10 minutes pour les « Meteorological Aerodrome Report » (METAR). Le vent en altitude est donné par des instruments comme le ballon suivi par le radar ou par l’homme à l’aide d’un théodolite optique ou électronique et ceux donnés par l’instrument installé au bord des avions ou par satellite. Il est bien noté que la direction du vent est donnée en degré vrai (par nord géographique) à la station météorologique tandis qu’elle est convertie en degré magnétique dans les locaux des organes « Air Traffic Services » (ATS). Pour la communication, les deux variables du vent horizontal sont présentées dans les messages d’observations régulières et spéciales locales et dans les METAR, en multiples de 10 degrés vrais et en nombres entiers de kilomètres par heure (ou en nœuds).
Turbulences
C’est une agitation de masse d’air dans l’atmosphère qui se manifeste par de mouvements tourbillonnaires de direction et d’intensité variables. En réalité, il existe trois types de turbulences telles que:
la turbulence mécanique;
la turbulence thermique;
la turbulence de sillage.
La turbulence mécanique est due à l’effet des reliefs sur le mouvement horizontal la masse d’air et entraîne des mouvements ondulatoires en altitude. La turbulence thermique se produit à l’intérieur et aux alentours de nuages cumuliformes à cause de la différence de températures et de pressions des masses de l’air dans l’atmosphère. En effet, le mouvement d’air se présente par ascendance et descendance de fluide de la masse d’air. La turbulence de sillages se manifeste par la fluctuation d’air issue des passages des aéronefs pendant le décollage ou l’atterrissage au-dessus de l’aérodrome et en croisière. Elle dépend donc de la vitesse et du type des aéronefs en question, mais elle disparaît effectivement au bout de trois minutes. Ainsi, la turbulence en air claire (TAC) se manifeste au voisinage d’un jet, et ce phénomène est très dangereux pour le contrôle des aéronefs en vol. Par conséquent, les conditions aéronautiques dues à ces turbulences se divisent en deux: – en vol, il est primordial de réduire la vitesse et le désagrément pour les passagers, parce que ce phénomène menace la structure pour une accélération verticale;
– pendant le décollage et l’atterrissage, le risque de perte de contrôle et la réduction de la cadence pourront se produire aux aéroports.
Historique et définition générale de RVSM
Vers la fin des années 50, il a été reconnu que la performance des instruments barométriques diminuait progressivement avec l’altitude, alors il était nécessaire d’augmenter le minimum de séparation verticale (VSM: Vertical Separation Minima ») de 1000ft (pieds) à partir du niveau de vol FL290 à cause de l’imperfection de l’altimètre. En 1960, un VSM de 2000ft a été établi pour les aéronefs évoluant au-dessus du FL 290. En 1966, ce niveau de vol a été établi au FL 290 dans le monde entier. D’après l’OACI, un VSM réduit peut être appliqué dans certaines conditions spécifiques, dans des portions désignées de l’espace aérien, sur la base d’accords régionaux de la navigation aérienne. Vers la fin des années 70, à cause de l’augmentation du coût du carburant et grâce à des demandes croissantes d’efficacité accrue de l’exploitation de l’espace aérien opérationnel, l’OACI a lancé un vaste programme d’études basé sur la faisabilité d’une réduction du VSM de 2000 ft au-dessus du FL290, à un VSM de 1000ft, identique à celui qui est utilisé en dessous de FL290 grâce à l’utilisation des altimètres électroniques jugés plus précis que les baromètres classiques. Différentes études ont été menées durant toute la dernière décennie par l’Organisation de l’Aviation Civile Internationale (OACI) en Europe, au Canada, au Japon, et aux Etats Unis. L’optique fondamentale de ce programme était de:
► déterminer la précision de maintien d’altitude des dispositifs altimétriques du parc aérien de l’époque;
► déterminer les origines des erreurs de maintien d’altitude;
► déterminer les niveaux de sécurité requis pour la mise en œuvre de l’utilisation du minimum réduit de séparation verticale (RVSM) de 1000 ft, dans la bande d’altitude comprise entre les FL290 à FL410 inclus;
► déterminer si la mise en œuvre et l’utilisation du RVSM à l’échelle mondiale était: techniquement faisable, compte tenu de la nécessité prioritaire de respecter les normes de sécurité fixées, et de la rentabilité du vol.
Alors les résultats de ces études ont montré que la réduction de la séparation verticale était à la fois sûre, rentable et faisable, et ne requièrent pas d’exigences techniques excessives. Du fait que les instruments de vol étaient moins faisables auparavant, il avait été donc décidé d’appliquer une séparation verticale minimale de 2000 ft au-dessus du FL290. Pourtant, nous avons jusqu’à présent, le « Conventional vertical separation minima » (CVSM):
– 1000ft d’espacement en dessous de FL290
– 2000ft d’espacement au-dessus de FL290
Depuis le 24 janvier 2002, en Europe, cette règle a été remplacée par l’implémentation du RVSM. Ceci est dû à l’amélioration de la qualité des instruments embarqués à bord des avions. Ils sont plus précis et plus fiables que ceux utilisés pendant les précédentes décades. En considérant cela, il est nécessaire d’augmenter la capacité de l’espace aérien supérieur par réduction de l’espacement de 2000ft à 1000ft entre les FL290 et FL410.
Quantités des carburants estimées en litres et leur prix correspondant [08]
Nous allons prendre trois routes R2, R18 et R4 ayant respectivement la distance maximale, moyenne et minimale (1000NM, 605NM et 235NM) pour faire l’estimation de la quantité de carburant dans les deux espaces cités auparavant puis les différences des quantités et les prix correspondants. Ces résultats sont donc représentés pour le cas des deux Boeing dans le tableau 32 et le tableau 33. Le premier montre la quantité totale de carburant consommée par les deux aéronefs, sur les deux espaces NON-RVSM et RVSM le long des trois routes et le deuxième tableau nous expose les prix totaux de kérosène.
CONCLUSION GENERALE
En termes de conclusion, notre étude peut affirmer que nous avons pu mettre en évidence l’existence des différences de consommations de carburant des aéronefs dans les deux espaces NON-RVSM et RVSM et que la mise en œuvre de ce dernier récemment par l’Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne en Afrique et à Madagascar nous apporte un impact positif sur l’économie du transport aérien à Madagascar et dans le monde entier. Il est primordial de considérer tous les éléments influençant sur la performance des avions qui conduit à l’augmentation ou la diminution de leurs consommations au cours du vol, à savoir: les paramètres météorologiques significatifs à la navigation aérienne ainsi que les paramètres aérodynamiques significatifs à une influence sur l’exploitation des aéronefs. Pourtant, parmi ces variables, ceux qui ont un impact direct aux études sont les paramètres vent en altitude et la masse volumique de l’air atmosphérique, autrement dit, la température et la pression en altitude. En outre, pour le complément des données, il nous a fallu considérer les caractéristiques des aéronefs et les différentes routes existant dans l’UIR d’Antananarivo comme, d’une part, la consommation spécifique et la vitesse propres de chaque avion, leur masse totale au début de croisière, et d’autre part la longueur de chaque route, l’angle que fait cette croisière avec le Nord magnétique. Nous pouvons dire que les données sont complètes lorsque les paramètres météorologiques, les caractéristiques des avions et les données des routes sont toutes insérées dans les données d’une journée avec laquelle nous effectuons l’exécution du programme des calculs. Notre étude est orientée, en fait, sur la détermination de la consommation distance en carburant de chaque avion dépendant des facteurs cités précédemment. Les résultats obtenus ont permis de déduire avec l’utilisation de la méthode de régression linéaire et en obtenant chacun une forte corrélation:
cette consommation varie linéairement, premièrement en fonction du paramètre vent: une variation moyenne de 10kt de vent la fait augmenter ou diminuer de 3,09% et 1,69% des valeurs sans vent, respectivement pour les cas de l’ATR-42 et du Boeing 737 au niveau moyen inférieur;
ensuite, elle est fonction linéaire de la longueur de la route parcourue avec les valeurs suivantes: lors d’un parcours de 100NM, les consommations distances moyennes de l’ATR-42 et Boeing 737 diminuent respectivement de 0,064 kg et 0,12 kg ainsi que pour l’ATR-72 et le Boeing 767, leurs Cd se réduisent respectivement à 0,085 kg et 1,540 kg les tous sur l’espace NON-RVSM;
enfin, la consommation distance est effectivement fonction linéaire décroissante des niveaux de croisière avec le gradient 0,225kg par 1500 mètres pour le cas de l’ATR-42 (la Cd est 3,21kg/NM à FL050 et elle vaut 2,35kg/NM à FL240). Pour le cas du Boeing 767, ce gradient vaut 1,080kg/1500m. En effet, au plafond de l’espace NON-RVSM (FL240), la Cd est 10,86kg/NM alors que sa valeur devient 7,57kg/NM au plafond de l’espace RVSM (FL390).
Enfin, il est important de mentionner que la valeur de la consommation distance, sur l’espace NON-RVSM, est toujours plus grande que celle obtenue dans l’espace RVSM pour le cas des deux Boeing. C’est surtout le but de notre étude et c’est prouvé qu’en moyenne, pour le cas du Boeing 737, nous avons après conversion 1754,2 et 1776,6 € respectivement pour les directions Est et Ouest avec différence de prix de carburant, tandis que ces valeurs seront 2558,5 et 2850,4 €, toujours respectivement pour les deux sens de routes pour le Boeing 767. Ces différences de prix sont obtenues après avoir parcouru les 1000NM de distance. En bref, d’une manière générale et contrairement à ce que nous pourrions croire, grâce à cette étude, les flux aériens surtout les long-courriers tendent à se concentrer sur un nombre très réduit d’espacement vertical que nous appelons RVSM et aussi grâce aux aéronefs équipés d’instruments plus performants. Cependant, cette étude de la consommation pourra être poursuivie et approfondie si nous obtenons suffisamment de données concernant les caractéristiques des réacteurs de chacun des aéronefs. De ce fait, d’autres paramètres météorologiques pourront avoir des effets particuliers sur la performance du moteur, qui iront toujours vers l’étude de la minimisation de la consommation en carburant des aéronefs.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ANNEXES
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE: PARAMETRES DE TEMPS SIGNIFICATIFS ET PHENOMENES METEOROLOGIQUES SIGNIFICATIFS A LA NAVIGATION AERIENNE
I-1 PARAMETRES DE TEMPS SIGNIFICATIFS
I-1-1 Paramètres d’état
I-1-1-1 Température de l’air
I-1-1-2 Pression de l’atmosphère
I-1-2 Paramètres de compositions
I-1-2-1 Humidité
I-1-2-2 Nuages
I-1-2-3 Précipitation
I-1-2-4 Temps présent
I-1-3 Paramètres de mouvement: vent
I-2 PHENOMENES DE TEMPS SIGNIFICATIFS
I-2-1 Trouble de la visibilité
I-2-2 Givrages
I-2-3 Turbulences
I-2-4 Cisaillement du vent
I-2-5 Cumulonimbus et phénomènes associés
I-2-6 Cendre volcanique
I-2-7 Cyclone
I-3 CONCLUSION
DEUXIEME PARTIE: ESPACES RVSM ET NON-RVSM ET CARACTERISTIQUES DES AVIONS
II-1 ESPACE RVSM ET NON-RVSM
II-1-1 Historique et définition générale de RVSM
II-1-2 Espace RVSM
II-1-2-1 Avantages
II-1-2-2 Inconvénients
II-1-3 Espace NON-RVSM
II-1-2-1 Avantages
II-1-2-2 Inconvénients
II-1-4 Conclusion
II-2 RAPPEL DE L’AERODYNAMYQUE
II-2-1 Aérodynamique des aéronefs
II-2-1-1 En croisière
II-2-1-2 Durant la montée stabilisée
II-2-1-3 Pendant la descente stabilisée
II-2-1-4 Conclusion
II-2-2 Types d’avions utilisés dans cette étude
II-2-2-1 Famille ATR
II-2-2-2 Famille Boeing 737
II-2-2-3 Famille Boeing 767
II-2-3 Types de moteurs à réactions
II-2-3-1 Turboréacteurs
II-2-3-2 Turbopropulseurs
II-2-4 Différentes vitesses d’avions
II-2-4-1 Vitesse propre de l’avion
II-2-4-2 Vitesse sol de l’avion
II-2-4-3 Equivalent de vitesse
II-2-4-4 Vitesse conventionnelle
II-2-4-5 Vitesse indiquée
II-2-4-6 Conclusion
II-2-5 Différentes types de consommation
II-2-5-1 Consommation horaire
II-2-5-2 Consommation spécifique
II-2-5-3 Consommation distance
II-2-5-4 Rayon d’action spécifique
II-2-5-5 Conclusion
II-3 CONCLUSION
TROISIEME PARTIE: TRAITEMENT DES DONNEES ET ETUDE COMPARATIVE DE LA CONSOMMATION DANS LES ESPACES RVSM et NON-RVSM
III-1 ZONE D’ETUDE
III-2 DONNEES D’ETUDES
III-2-1 Données concernant les routes dans l’UIR d’Antananarivo
III-2-2 Données relatives aux aéronefs
III-2-3 Données météorologiques relatives aux espaces RVSM et NON-RVSM
III-3 TRAITEMENT DES DONNEES
III-3-1 Influence des différents paramètres sur la consommation distance
III-4 RESULTATS RELATIFS A CHAQUE AERONEF
III-4-1 Cas de l’ATR-42
III-4-1 Cas de l’ATR-72
III-4-3 Cas du Boeing 737
III-4-4 Cas du Boeing 767
III-5 COMPARAISON ENTRE LES DEUX ESPACES RVSM ET NON-RVSM
III-5-1 Cas de l’espace NON-RVSM
III-5-2 Cas de l’espace RVSM
III-5-3- Quantités des carburants estimées en litres et leur prix correspondant
III-6 CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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