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Les simulateurs

Sur les 45 heures de formation minimum nécessaires à la préparation d’une licence PPL, 5 heures peuvent être réalisées sur simulateur de vol agréé. Par simulateur de vol agréé, on entend un outil pédagogique véritable, répondant à des normes réglementaires strictes, utilisé sous le contrôle d’un instructeur et pour quelques leçons bien spécifiques.

Le simulateur possède plusieurs avantages :

  • Faible coût de l’heure de vol
  • Mise en situation sur mesure selon la leçon désirée
  • Répétabilité de l’exercice
  • Possibilité de s’entrainer à des situations dégradées, sans jamais se mettre en danger

Le simulateur est particulièrement adapté pour les premières leçons de vol sans visibilité, ainsi que pour s’entrainer à la gestion de pannes.

Les simulateurs PC

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Les plus connus sont Microsoft FlightSimulator et X-Plane. Leur réalisme graphique est saisissant, et ces logiciels peuvent être interfacés avec de « vrais » tableaux de bord. Certains bricoleurs de génie sont à l’origine de réalisations à couper le souffle, de magnifiques cockpits de Beech 200, d’Airbus A320 ou de Boeing 737. Néanmoins, il ne faut pas perdre de vue que ce sont des jeux vidéo ! Certaines société peu scrupuleuses vendent à prix d’or des « heures de vol » sur des simulateurs dont le moteur logiciel n’est qu’un jeu de Microsoft.

Ces jeux sur PC peuvent être suffisants pour s’entrainer à la radionavigation par exemple, ou répéter certaines procédures d’urgence avec toutefois un réalisme limité. Les possibilités sont restreintes en raison d’un manque de réalisme des commandes de vol et des performances des avions. Les systèmes (circuits, moteur, etc.) sont parfois améliorés grâce à certains add-on.

Si les VOR et ILS sont parfaitement reproduits, tous les pilotes qualifiés IFR avec qui j’en ai discuté me rejoignent sur cette analyse : on ne peut pas s’entrainer sérieusement au vol IFR sur un simulateur dont le moteur logiciel est un jeu vidéo, en raison du manque de réalisme des commandes de vol, de l’inadéquation entre les réactions de l’avion simulé et les méthodes réelles utilisés en vol (par exemple piloter la descente d’un ILS à l’assiette et au variomètre est quasiment impossible sur FlightSimulator, dont les commandes sont trop sensibles et les avions quasiment impossibles à stabiliser et bien trimmer). Ces jeux peuvent être à l’origine de « negative training » (entrainement menant le pilote à prendre de mauvaises habitudes). C’est particulièrement flagrant avec certains équipements très mal simulés sous FlightSimulator, qui peuvent mener le pilote privé à partir sur des idées préconçues totalement fausses lorsqu’ils passent sur l’avion réel. Un exemple flagrant est l’utilisation des pilotes automatiques. Bien qu’en apparence identique au vrai, le pilote automatique Bendix KAP140 dans FlightSimulator est totalement fantaisiste et il en est de même pour bien d’autres équipements.

Les simulateurs « Fixed Based »

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Il existe une large gamme de simulateurs dits « fixed based » (sans mouvement de la cabine) mais nous n’allons évoquer que ceux concernant les aéroclubs.

Pour avoir le droit de loguer 5 heures de vol dans le cadre du PPL, le simulateur doit être approuvé par la DGAC. L machine doit répondre à un certain nombre d’exigences, qui permettront son classement en catégorie BITD ou FNPT. Les simulateurs BITD (Basic Instrument Training Device) dont les plus élémentaires et présentent l’avantage d’une certification simplifiée. Le réalisme de leurs commandes et de leur modèle de vol est néanmoins largement meilleur que ce que peut offrir un jeu vidéo.
Les simulateurs FNPT (Flight and Navigation Procedure Trainer) se déclinent en plusieurs versions (FNPT 1, FNPT 2, FNPT 2 MCC). Plus couteux et plus compliqués à certifier, ces simulateurs présentent surtout des avantages dans la formation des pilotes professionnels et pour la qualification IFR, car ils permettent un crédit d’heures de vol conséquent et donc une réduction significative du coût des formations.

Les simulateurs BITD et FNPT doivent présenter un visuel extérieur réaliste, des instruments de bord aux réactions rapides et en accord parfait avec les actions sur les commandes de vol. Le comportement aérodynamique doit tenir compte des trainées, de la température, de la position du centre de gravité de l’avion… Les commandes de vol doivent être proches d’un avion réel, l’action sur compensateur doit être ressenti dans le manche, mais la dureté variable des commandes en fonction de la vitesse n’est pas une obligation. Dans le cas du FNPT, le modèle de vol doit être parfaitement similaire à celui d’un avion réel (souvent un TB20 pour les aéroclubs équipés d’un simulateur AlSim 50). La DGAC vérifie périodiquement les FNPT lors d’un audit obligatoire pour le maintien de la certification du simulateur. Plusieurs paramètres subjectifs sont vérifiés, ainsi qu’un contrôle objectif du réalisme des performances et des commandes de vol : ce sont les tests QTG.

Les simulateurs Full-Flight

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Voilà un sujet que je maitrise, ayant travaillé sur ces simulateur durant plusieurs années, aussi bien en tant que technicien de maintenance qu’en tant qu’instructeur. N’hésitez pas à m’envoyer vos questions si vous souhaitez des précisions.

Les simus full-flight (FFS : Full Flight Simulator) sont des cockpits complets montés sur une plateforme mobile permettant de reproduire toutes les sensations du vol (accélération, freinage, turbulences, toucher des roues à l’atterrissage, etc.).

Ils sont classés selon 4 niveaux de performances (A, B, C, D). Les meilleurs simulateurs (FFS Level D) sont parfois tellement sophistiqués qu’ils permettent aux pilotes de ligne de prendre directement les commandes d’un avion avec des passagers à bord, sans jamais avoir vu l’avion réel auparavant. On parle alors de simulateur Level D « Zero Flight Time ».

Ces simulateurs sont aujourd’hui construits par des fabricants comme CAE, FlightSafety, Sim-Industries, Thalès. On dit souvent qu’ils coutent plus cher que l’avion lui même. C’est une fausse vérité. Le prix d’un simulateur FFS varie peu quelque soit la taille de l’avion.On entend parfois que le prix d’un avion est réparti en trois parts égales : la cellules, les moteurs, et l’avionique. La plupart des simulateurs contiennent beaucoup d’avionique réelle, ce qui explique immédiatement le tarif élevé du simulateur. Le simu est aussi un ensemble de systèmes extrêmement complexes et à la pointe de la technologie, ce qui justifie largement le tarif. Ainsi le coût d’un simulateur d’Airbus A320 n’est pas très éloigné de celui d’un A340. Ce n’est pas la taille de l’avion qui définit le tarif du simu, lequel peut couter entre 15 et 25 millions d’euros environ. Pour certains avions de petite taille (Cessna Citation, Embraer Phenom, ..) le simulateur peut donc couter plus cher que l’avion. Si l’exploitation d’un simulateur coute moins chère que celle d’un avion, les FFS restent extrêmement onéreux à entretenir. Ils consomment énormément d’électricité et nécessitent une maintenance permanente et couteuse. Leur certification représente également un coût prohibitif. C’est pourquoi le tarif horaire d’un simulateur FFS peut varier entre 400 et 800 euros.

Host

Host

L’ordinateur « Host » est le cerveau d’un simulateur FFS. C’est lui qui calcule la position géographique de l’avion, sa position dans l’espace, l’état de ses systèmes, etc. C’est en général un « super ordinateur » capable d’effectuer des calculs complexes en temps réel. Sur la photo ci dessus, vous pouvez voir à droite les deux calculateurs « host » d’un simulateur de Boeing 747-200. Les simulateurs plus récents sont en général équipés de serveurs UNIX, voire même depuis peu de PC tournant sous des versions « gonflées » de Microsoft Windows, spécialement équipés pour fonctionner en temps réel. Si la stabilité des PC sous Windows est discutable, ils ont toutefois une bonne fiabilité et présentent l’avantage d’une maintenance simplifiée et d’un démarrage rapide.

Interface

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Si le HOST est le cerveau du simulateur, l’interface est sa moelle épinière. Parfois constituée d’une multitude de cartes électroniques, parfois d’automates industriels et d’ordinateurs, l’interface est cette partie permettant la connexion entre le host et le cockpit. Chaque interrupteur, chaque voyant lumineux, chaque aiguille d’instrument, chaque manette doit être « connectée » à l’informatique simulant le vol.La photo ci dessus représente une partie de l’interface d’un simulateur d’Airbus A320.

L’interface permet aussi à une informatique conventionnelle (serveurs, PC,..) de communiquer avec des éléments d’avionique réels, des calculateurs de pilote automatique, de FMS, des avertisseurs de proximité du sol (EGPWS) et autres boitiers électroniques qui sont présents dans le simulateur et parfaitement échangeables par des boitiers similaires installés dans les avions. Souvent, un ordinateur (AIC : avionic interface computer) est dédié à cette passerelle entre électronique réelle avionnable et réseau informatique du simulateur.

Les commandes de vol

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Les commandes d’un simulateur FFS doivent être parfaitement réalistes, conformes à l’avion réel. Pour cela, la conception des commandes de vols des simulateurs est d’une grande complexité.

Les commandes sont toujours connectées à des vérins (hydrauliques, électriques, ou parfois pneumatiques) permettant leur déplacement et la variabilité de leur résistance. Ces vérins sont pilotés par un ordinateur spécifique, qui utilise une multitude de données d’entrées (force exercée par le pilote, position de la commande, vitesse à laquelle la commande est déplacée, mais aussi vitesse simulée de l’avion, position du centre de gravité, vent, pannes, position des trims, etc etc.).

La sensations tactile aux commandes doit être extrêmement réaliste, ainsi que la réponse de l’avion à la moindre sollicitation. Des tests spécifiques sont régulièrement réalisés par les techniciens et vérifiés par la DGAC (ci dessous la photo d’un technicien réalisant un test QTG sur les commandes de vol d’un simulateur de Fokker 100). La réponse du simulateur est comparée à celle de l’avion réel grâce aux résultats des vols d’essais réalisés dans des conditions comparables par les pilotes d’essais.

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Système visuel

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Le visuel d’un simulateur FFS doit pouvoir représenter différentes conditions d’ensoleillement (jour, nuit, aube, crépuscule), représenter la météo, les trafics conflictuels, etc. Bref, autant de paramètres qui sont parfaitement représentés dans les jeux vidéo type « FlightSimulator ». Cependant, le visuel d’un simulateur FFS joue un grand rôle dans le réalisme de la simulation, grâce à plusieurs particularités :

  • L’immersion : les pilotes sont au milieu de l’image qui entoure le cockpit sur plus de 180 degrés, le reste de l’espace extérieur devant être parfaitement noir, hermétique à toute lumière parasite alors que sur un simulateur FNPT vous pouvez parfois voir le plafond, le sol, etc.
  • La puissance lumineuse : pour être certifié niveau C ou D, un simulateur FFS doit disposer d’un visuel d’une luminance de 7 pieds-lambert (soit 24 candelas par mètre carré). Pour cela, l’image est projetée par 3 puissants projecteurs situés sur le toit du simulateur
  • La collimation : le simulateur devant rester assez compact, l’image placée devant et autour est proche des pilotes. Pourtant, les pilotes ont la sensation de « regarder au loin », ce qui participe considérablement au réalisme du visuel. La collimation est rendue possible par un jeu de miroirs. L’image est projetée sur un écran semi transparent situé au dessus du cockpit (le « BP-Screen). L’image est ensuite envoyée vers les yeux des pilotes par un immense miroir en mylar entourant tout le cockpit. Ci dessous un simulateur de MD-83 dont le mylar est démonté, on aperçoit alors l’écran BP Screen au dessus du cockpit :

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L’avionique

Sur les simulateur, l’avionique (électronique de bord, écrans du cockpit, etc.) peut être soit réelle, soit simulée.

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L’avionique réelle présente l’intérêt de n’avoir aucun défaut de réalisme. La maintenance est aussi simplifiée en ce sens qu’un calculateur en panne est immédiatement remplacé par un calculateur identique fourni par le constructeur de l’avion. Une compagnie comme Air France possède un stock conséquent d’équipements avionique réels. En cas de panne sur un simulateur, il est possible de prélever un équipement directement dans ce stock. L’inconvénient majeur est le coût : chaque équipement avionnable coute une fortune.

A l’inverse, l’avionique simulée coute moins cher et présente une meilleure souplesse. Il est possible de simuler facilement plusieurs configurations différentes, voire même plusieurs types d’avions différents. La maintenance peut être simple quand il s’agit de simples ordinateurs type PC. En revanche, si le système inclus des équipements électroniques spécifiquement conçus pour le simulateur, ils peuvent être plus difficiles à trouver et donc à remplacer qu’une avionique réelle. Ces avioniques sont aussi plus assujetties aux bugs ou aux défauts de réalisme puisque ce sont des copies.

Le poste instructeur

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Les simulateurs doivent évidemment comporter une place pour l’instructeur. Voire même parfois deux instructeurs sur certains simulateurs anciens (un instructeur pilote et un instructeur mécanicien-naviguant). Le poste instructeur (IOS : Instructor Operating Station) est parfois fixe, parfois mobile. Il permet un contrôle du simulateur (mise en route de la plateforme mobile, du visuel, réglages du son, etc.), des conditions atmosphériques (nuages, orages, pluie, neige, givrage, vent, visibilité, etc.), des pannes, du chargement de l’avion, etc.

L’instructeur dispose de boutons, d’écrans tactiles, de micros. Tout cela est géré par un ou des ordinateurs. L’ensemble du système IOS envoie des ordres à l’ordinateur principal (le HOST) afin de commander la position initiale de l’avion, son chargement, la simulation de pannes, etc. Très souvent, c’est aussi cet IOS qui gère la simulation des moyens de radionavigation (balises VOR, ILS, etc.. au sol). Les changements de fréquence, l’installation de nouvelles radiobalises, etc.. nécessitent une mise à jour fréquente de la base de donnée de l’IOS. Enfin, l’IOS permet aussi parfois le débriefing de la séance en enregistrant toutes les conversations des pilotes, divers paramètres liés au vol, ainsi que des images grâce à des caméras et des projecteurs infrarouges.

Le motion

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Le motion (« mouvement » en anglais) est la particularité essentielle du simulateur full-flight. La cabine du simulateur, pouvant peser jusqu’à une dizaine de tonnes, est posée sur une plateforme rendue mobile par l’action de 6 énormes vérins. Ces derniers sont mus par une puissance hydraulique, électrique ou électro-pneumatique. Les motion hydraulique présentent l’avantage d’une grande réactivité, tout en assurant un réalisme impressionnant, une vitesse d’action idéale. Toutefois ces motion hydrauliques coutent cher à entretenir, sont bruyants. Les simulateurs récents sont souvent équipés de motion électriques ou électro-pneumatiques, moins rapides sur de grandes amplitudes et aux mouvements plus « secs », mais néanmoins très réalistes et surtout beaucoup moins chers à entretenir. Ci dessous un « groupe » hydraulique, composé d’un ensemble de pompes, réservoirs, électrovannes, etc.

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Les vérins permettent de simuler efficacement les turbulences, mais aussi les accélérations et freinages en cabrant la cabine. Les atterrissages durs sont parfaitement bien reproduits grâce à un déplacement vertical et sec de la cabine.

L’environnement sonore

Il serait possible d’écrire un article détaillé pour chacune des parties du simulateur, et d’entrer dans un niveau de détail insoupçonnable. Je ne vous parlerai pas de la climatisation, de la génération de fumée (pour simuler un incendie dans le cockpit), du TCAS, etc.. car ce serait trop long. Je termine donc par l’environnement sonore qui se doit aussi d’être extrêmement réaliste.

La qualité sonore des simulateurs est également vérifiée par la DGAC. Les techniciens simulateurs testent le son à l’aide de micros et d’équipements spécifiques.

Le simulateur est bardé de puissants hauts parleurs. Il y en a partout, y compris des caissons de basses sous le plancher qui participent à la sensation vibratoire. Pour alimenter ces hauts parleurs, des amplificateurs sont choisis parmi du matériel de concert (souvent des amplis Crown). Les amplis sont eux même nourris par des ordinateurs ou parfois des équipements plus spécifiques (samplers, etc.). Les sons des moteurs et tous les autres sons « techniques » doivent être fidèlement représentés. Mais également le tonnerre, la pluie, le bruit d’un groupe électrogène branché à l’avion au sol, le bruit d’une défaillance particulière (dépressurisation, pompage moteur,..).

Les radios sont également simulées. Des bandes sonores pré-enregistrées tournent en boucle, avec parfois des pistes sonores spécifiques selon le pays « survolé » (pour respecter les accents) et spécifique également selon le type d’organisme de contrôle aérien contacté (les messages entendus ne sont pas les mêmes sur une fréquence sol ou sur un centre de contrôle en route). Enfin, une synthèse vocale permet d’écouter les ATIS dont le message varie selon les paramètres météo insérés par l’instructeur.

Piloter un simulateur full-flight, pour de vrai

Vous êtes pilote privé, ou élève pilote, et vous rêver de connaitre les sensations éprouvées aux commandes d’un avion de ligne ? Ou bien vous êtes intéressés par la technique et souhaitez voir en vrai un tel bijou de technologie ?

Plusieurs entreprises permettent l’accès à ces matériels habituellement réservés aux professionnels. Attention, ne confondez pas simulateur récréatif et matériel réellement utilisé par les compagnies aériennes.

Certaines entreprises (Flight Experience ou Aviasim) ont le vent en poupe. Elles proposent une initiation encadrée par un professionnel, à un tarif très raisonnable. Attention toutefois : le matériel utilisé n’a rien à voir avec tout ce dont j’ai parlé jusqu’ici. Ce ne sont pas des simulateurs de vol certifiés, le réalisme de leurs commandes de vol est médiocre et le cockpit totalement factice.

Très peu de prestataires permettent de prendre les commandes d’un véritable simulateur de vol professionnel, certifié. Je ne saurai que vous recommander Smart Flight, qui propose plusieurs formules et vous permettra de prendre les commande de simulateurs full flight à Roissy, ceux là même utilisés par des compagnies comme XL Airways, Europe Airpost, Transavia,… Vous y découvrirez réellement le pilotage d’un avion de ligne, avec un réalisme époustouflant des commandes de vol, des sons, un cockpit réel (la plupart des éléments avionique sont 100% réels et pourraient être montés dans l’avion).

 http://www.smart-flight.fr/