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AV — AvioniqueChapitre 7 · 25 questions pratiques

Chapitre 7 : Avionique avancée — TCAS, Radar météo, FMS, Pilote auto, EFIS, EICAS

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Chapitre 7 : Avionique Avancée — Systèmes de Navigation, de Gestion de Vol et d'Affichage

1. Aperçu du Chapitre

Ce chapitre couvre les systèmes avioniques modernes qui sont au cœur des opérations aériennes contemporaines. Ces systèmes automatisent des tâches critiques, améliorent la connaissance de la situation et augmentent la sécurité. Le technicien d'entretien d'aéronefs (TEA) doit comprendre non seulement le fonctionnement de chaque système, mais aussi les interactions complexes entre eux et les procédures de diagnostic de pannes.

Les systèmes abordés sont :

  • TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System) : Système de surveillance du trafic aérien et d'évitement de collision.
  • Radar Météo : Système de détection des précipitations et des turbulences.
  • FMS (Flight Management System) : Système de gestion de vol intégrant navigation, performance et guidage.
  • Pilote Automatique (Autopilot) : Système de contrôle automatique de la trajectoire de l'avion.
  • EFIS (Electronic Flight Instrument System) : Système d'instruments de vol électroniques (PFD, ND).
  • EICAS (Engine Indicating and Crew Alerting System) : Système d'affichage des paramètres moteur et d'alertes.
Diagramme — Avionique avancée — TCAS, Radar météo, FMS, Pilote auto, EFIS, EICAS AVIONIQUE AVANCÉE — TCAS, Radar météo, FMS, Pilote auto, EFIS, EICAS Module E-ELECTRONICS — Schéma technique des systèmes embarqués LÉGENDE : Données / Bus ARINC Commandes / Contrôle Affichage / Visualisation Alertes / Warnings TCAS: Traffic Collision Avoidance System | FMS: Flight Management System | EFIS: Electronic Flight Instrument System | EICAS: Engine Indication & Crew Alerting System TCAS Traffic Collision Avoidance System RADAR MÉTÉO Weather Radar WXR — Antenne FMS Flight Management System PILOTE AUTO Autopilot / AP FD + A/P + A/T EFIS Electronic Flight Instrument System EICAS Engine Indication & Crew Alerting BUS ARINC 429 Données avioniques CAPTEURS IRS / ADC / Radio AFFICHAGE PFD / ND / MFDU Écrans multifonctions ACTIONS Servos / Alarmes Trafic Météo Nav Guidage Données vol Moteurs / Alertes Cartes / Plans Mesures Commandes Données Alertes Asservissement SYSTÈMES EMBARQUÉS RÉSEAU DE BORD INTERFACE PILOTE

2. Concepts Clés et Analyse Technique Détaillée

2.1. TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System)

TCAS II — TA et RA TCAS II — TA et RA Zone RA Zone TA MONTER AVION A (Mode S) Zone RA Zone TA DESCENDRE AVION B (Intrus Mode S) COORDINATION MODE S RA Complémentaires TA (Traffic Advisory) • Alerte Trafic (~40 secondes) • "TRAFFIC, TRAFFIC" (Aucune manœuvre) RA (Resolution Advisory) • Avis de Résolution (~25 secondes) • Ordre vertical: MONTER / DESCENDRE Logique TCAS II • Interroge Transpondeur Mode S • Calcule Tau (Temps avant CPA)

Le TCAS est un système indépendant de l'ATC au sol qui interroge les transpondeurs des aéronefs à proximité pour déterminer les menaces de collision.

  • Principes de Fonctionnement : Le TCAS émet des interrogations (Mode C et Mode S) et analyse les réponses pour calculer la distance, le cap relatif et l'altitude des intrus. Il projette leur trajectoire pour déterminer le temps avant le point de rapprochement maximal (CPA).
  • Alertes et Modes :
  • TA (Traffic Advisory) : Alerte de trafic. Informe l'équipage de la présence d'un trafic potentiellement dangereux. Aucune manœuvre n'est ordonnée.
  • RA (Resolution Advisory) : Avis de résolution. Ordonne une manœuvre d'évitement (ex: "Climb, Climb" ou "Descend, Descend").
  • Mode TA Only : Le système est volontairement ou automatiquement limité aux seules alertes TA. Cause clé : Le système passe automatiquement en mode "TA Only" lorsque l'avion est en dessous de 1 000 pieds AGL (Above Ground Level) pour éviter les RA intempestives lors de l'atterrissage. Ce n'est pas une panne.
  • Pannes et Diagnostics :
  • 'RA FAIL' : Le calculateur TCAS a détecté un défaut l'empêchant d'émettre des RA. Première vérification : L'antenne TCAS et son câble coaxial. Une antenne défaillante ou déconnectée est une cause fréquente car elle affecte la précision de la détection des menaces.
  • 'TCAS FAIL' : Défaillance générale du système. Peut être causée par une panne du transpondeur Mode S, qui est essentiel à l'opération du TCAS.
  • Échec du BIT (Built-In Test) de l'interface transpondeur : Le test de communication entre le calculateur TCAS et le transpondeur Mode S a échoué. Cause la plus probable : Le transpondeur est en panne ou en mode STBY (veille).

2.2. Radar Météo (Weather Radar)

Le radar météo utilise le principe de la réflexion des ondes radioélectriques sur les hydrométéores (gouttes d'eau, grêle) pour détecter et afficher les zones de précipitations.

  • Fonctionnement : L'antenne émet une impulsion et écoute l'écho. L'intensité du retour est codée par couleur (vert pour faible, jaune pour modéré, rouge pour fort). Le mode WX/TURB détecte également les turbulences en analysant la variation de fréquence (effet Doppler) des retours.
  • Pannes et Diagnostics :
  • L'antenne ne balaye pas, mais un motif de test s'affiche : Le motif de test prouve que l'émetteur-récepteur (R/T unit) et le processeur d'affichage fonctionnent. Cause : Panne du moteur d'entraînement de l'antenne ou de son circuit de commande.
  • L'antenne balaye, mais aucun retour n'est affiché au sol : Le radar émet et reçoit, mais le faisceau n'est pas dirigé vers une cible. Cause : L'inclinaison (tilt) de l'antenne est trop haute (ex: +15°), pointant le faisceau au-dessus de l'horizon. C'est une erreur de réglage, pas une panne matérielle.
Radar météo — inclinaison de l'antenne et position du faisceau Radar météo — inclinaison de l'antenne et position du faisceau Effet du tilt sur la détection des précipitations en croisière TILT TROP HAUT (+15°) SOL Avion Horizon +15° AUCUN RETOUR Le faisceau passe au-dessus des nuages Erreur de réglage — PAS une panne TILT TROP BAS SOL Avion -15° ÉCHOS DE SOL Nombreux retours parasites masquant la météo Réglage incorrect du tilt TILT CORRECT (0° à -5°) SOL Avion DÉTECTION Précipitations correctement affichées Réglage optimal en croisière RÉGLAGE DU TILT — PRINCIPES ET DIAGNOSTIC Condition Observation Cause probable Action du technicien Tilt trop haut (+15°) Aucun retour au sol Faisceau au-dessus des nuages Corriger le réglage tilt Tilt trop bas (-15°) Échos de sol excessifs Faisceau réfléchi par le sol Augmenter le tilt Tilt correct (0° à -5°) Retours météo clairs Faisceau traverse les nuages Aucune action requise Note : Le tilt optimal varie selon l'altitude de croisière, le terrain et la distance d'affichage sélectionnée.
  • Affichage uniquement en vert en mode WX/TURB : Le radar détecte des précipitations, mais pas de zones plus denses. Cause : Le gain du récepteur est trop bas, réduisant la sensibilité et empêchant l'affichage des retours jaunes et rouges.
  • Superposition radar météo absente sur l'EFIS : Le radar fonctionne et l'option de superposition est sélectionnée, mais l'image n'apparaît pas sur la carte mobile (MAP). Cause : Problème de bus de données entre le radar météo et le générateur de symboles (SG) de l'EFIS. La connexion est manquante ou défectueuse.

2.3. FMS (Flight Management System)

Le FMS est l'ordinateur de navigation central. Il intègre les données des capteurs (GPS, IRS, VOR/DME) pour calculer la position, guider l'avion le long d'un plan de vol et optimiser les performances.

  • Fonctionnalités Clés :
  • LNAV (Lateral Navigation) : Guidage latéral le long du plan de vol.
  • VNAV (Vertical Navigation) : Guidage vertical, calcul des profils de montée et de descente.
  • DIR (Direct-To) : Fonction permettant de naviguer directement vers un point de cheminement (waypoint).
  • Pannes et Diagnostics :
  • Impossible de calculer un profil VNAV : Le LNAV fonctionne, mais pas le VNAV. Cause : Données d'entrée manquantes ou incorrectes. Le VNAV nécessite des données spécifiques comme l'altitude de croisière, le point de début de descente (TOD) et les contraintes de vitesse. Sans ces données, le calcul est impossible.
VNAV — calcul du profil vertical et données requises VNAV — calcul du profil vertical et données requises PROFIL VERTICAL DE DESCENTE FL350 FL300 FL250 FL200 FL150 FL100 FL50 Croisière FL350 Chemin de descente VNAV Approche TOD Début descente WP1 WP2 WP3 ALT: FL240 250 kt max ALT: FL140 220 kt max ALT: 3000 ft 180 kt max DONNÉES REQUISES POUR VNAV ⚠ SANS CES DONNÉES AUCUN PROFIL VNAV CALCULABLE 1. Altitude de croisière Altitude initiale pour le calcul de la pente de descente. 2. Point de début de descente (TOD) Position où la descente doit commencer pour respecter le profil. 3. Contraintes de vitesse et d'altitude Limites imposées aux waypoints (ex: 250 kt max, FL240). 4. Waypoints du plan de vol Points de passage définissant la trajectoire latérale (LNAV). ✓ LNAV peut fonctionner sans VNAV Mais VNAV nécessite TOUTES les données ci-dessus TOD requis Contraintes WP TOD Waypoints Chemin de descente Croisière VNAV = Navigation Verticale
  • Impossible d'exécuter une fonction DIR vers un waypoint :
  • Cause 1 : Le waypoint n'est pas dans la base de données de navigation du FMS.
  • Cause 2 : Le waypoint est dans la base de données, mais il s'agit d'un type de point non conçu pour la navigation directe (ex: un point d'attente "hold" ou un virage de procédure "procedure turn").
  • Le FMS ne séquence pas vers le waypoint suivant : L'avion est en mode LNAV et suit le plan de vol, mais le FMS ne passe pas au waypoint suivant. Cause : C'est un fonctionnement normal. Le FMS ne séquence que lorsque l'avion a dépassé le point d'abattée (abeam point) du waypoint actuel.
FMS — séquencement des waypoints et point d'abattée FMS — séquencement des waypoints et point d'abattée Fonctionnement normal du séquencement — ne pas confondre avec une panne Direction du vol → WPT 1 (actuel) WPT 2 (prochain) WPT 3 POINT D'ABATTÉE Abeam ZONE DE NON-SÉQUENCEMENT ZONE DE SÉQUENCEMENT AVION AVION (séquencement effectué) FONCTIONNEMENT NORMAL DU SÉQUENCEMENT • Le FMS ne séquence qu'après le dépassement du point d'abattée (abeam point) du waypoint actuel. • Le séquencement peut aussi s'effectuer à une distance définie du waypoint (selon configuration). ⚠ CE N'EST PAS UNE PANNE • Le non-séquencement avant l'abattée est un comportement normal et prévu du FMS. • Aucune action de maintenance n'est requise. • Vérifier que le mode LNAV est actif. Chapitre 7 — Avionique avancée | FMS — Séquencement des waypoints | Formation AME — Transports Canada Waypoint actuel Prochain waypoint Point d'abattée (abeam) Avant abattée — pas de séquencement Après abattée — séquencement
  • Chargement d'un cycle de base de données incorrect : Le FMS fonctionne, mais avec des données erronées. Conséquence : Les waypoints, procédures et espaces aériens seront incorrects ou obsolètes. Un message 'DB MISMATCH' apparaîtrait si la base de données est incompatible avec la version du logiciel FMS.

2.4. Pilote Automatique (Autopilot)

Pilote automatique — boucle de contrôle fermée Pilote automatique — boucle de contrôle fermée CONSIGNE Altitude sélectionnée ex. 10 000 pieds Valeur de référence Signal consigne Σ Comparateur Consigne − Retour ERREUR Signal d'erreur Écart de tangage Amplifié par le gain RÉGLAGE DE GAIN Gain K Gain incorrect → sur-correction Amplification SERVOCOMMANDE Gouverne de profondeur Actionneur tangage Hystérésis excessive → retard Commande RÉPONSE AVION Tangage / assiette Variation d'altitude CAPTEURS Altimètre / ADIRU État réel de l'avion OSCILLATION VERTICALE — MODE ALT HOLD Alt. sélectionnée Montée Descente Montée Descente Sur-corrections dues au gain/hystérésis CAUSES DE L'INSTABILITÉ Gain incorrect : amplification trop forte Hystérésis excessive du servomoteur Retard dans la boucle de rétroaction Boucle de contrôle fermée Le retour des capteurs est comparé à la consigne pour générer le signal d'erreur LÉGENDE Signal Retour Panne Flux Transports Canada — Formation AME (TEA) — E-ELECTRONICS ch7 : Avionique avancée — Pilote automatique

Le pilote automatique est un système de servocommandes qui contrôle la trajectoire de l'avion en se basant sur les signaux des capteurs et les commandes du FMS ou du pilote.

  • Modes de Fonctionnement : Maintien d'altitude, de cap, de vitesse verticale, approche (LOC/GS), etc.
  • Pannes et Diagnostics :
  • Oscillation verticale en mode ALT HOLD : L'avion monte et descend autour de l'altitude sélectionnée. Cause : Problème de stabilité dans la boucle de contrôle. Un réglage de gain incorrect ou une hystérésis excessive dans le servomoteur provoquent des sur-corrections.
  • Le pilote automatique ne s'engage dans aucun mode, mais le Flight Director (FD) fonctionne : Le FD affiche des commandes de vol correctes, mais le PA ne les exécute pas. Cause : Le problème se situe dans le système d'asservissement (servo). Un embrayage (clutch) défaillant du servomoteur empêche le PA de se verrouiller sur la commande de vol.
  • Le PA ne tourne pas vers le cap sélectionné (HDG SEL), mais le FD l'ordonne : Le FD fonctionne, mais le PA n'agit pas. Cause : Le servomoteur de roulis (roll servo) est défaillant ou n'est pas alimenté.
  • Le servomoteur de tangage tourne en continu dans une direction : Cause : Perte de la rétroaction (feedback) dans la boucle de contrôle. L'amplificateur du servomoteur est défaillant et envoie un signal de commande constant.
  • Non-capture du Glideslope (GS) lors d'une approche : Le Localizer (LOC) est capturé et suivi, mais pas le GS. Cause : Le problème est spécifique à la réception du signal GS. Il s'agit très probablement d'une panne du récepteur GS ou de son antenne.

2.5. EFIS (Electronic Flight Instrument System)

EFIS et EICAS — architecture d'affichage EFIS et EICAS — architecture d'affichage SOURCES DE DONNÉES ADC (Air Data Computer) Pitot / Statique / TAT AHRS / IRS Centrale Inertielle Attitude / Cap / Accél. FMS Gestion de Vol Nav / Perf / Plan de vol CAPTEURS MOTEUR FADEC / EEC N1, N2, EGT, FF, Press. PANNEAU CONTRÔLE EFIS / EICAS Sélection Mode / Range TRAITEMENT & BUS GÉNÉRATEURS DE SYMBOLES (SG) Conversion Données → Graphiques Vectoriels BUS DE DONNÉES NUMÉRIQUES ARINC 429 AFDX / Ethernet MIL-STD-1553 AFFICHAGE ÉQUIPAGE (CRT / LCD) PRIMARY FLIGHT DISPLAY 250 240 230 FL350 FL340 FL330 HDG 270° NAVIGATION DISPLAY WPT1 WPT2 MAP MODE EICAS / ECAM N1 ENG 1 N1 ENG 2 EGT EGT ALERTES Source: Formation AME Transports Canada - Avionique Avancée Ch.7

L'EFIS remplace les instruments analogiques par des écrans cathodiques ou LCD. Il se compose de :

  • PFD (Primary Flight Display) : Affiche les données de vol primaires (attitude, altitude, vitesse, cap).
  • ND (Navigation Display) : Affiche les données de navigation (carte, plan de vol, radar météo).
  • Symbol Generator (SG) : L'ordinateur qui génère les images pour les écrans.
  • Pannes et Diagnostics :
  • 'HDG FAIL' sur le PFD : L'attitude et la vitesse sont normales, mais le cap est en échec. Cause : Le capteur de cap de l'AHRS (ex: flux valve) ou son traitement a échoué.
  • 'ATT FAIL' sur les deux PFD : L'attitude (assiette) est perdue sur les deux écrans. Cause : La source commune d'attitude, l'AHRS ou l'IRS, est en panne.
  • Le SG ne s'allume pas : Aucun affichage sur les écrans. Cause : Perte d'alimentation électrique du SG. Vérifier le disjoncteur (circuit breaker) ou l'alimentation.

2.6. EICAS (Engine Indicating and Crew Alerting System)

L'EICAS affiche les paramètres moteur (N1, N2, EGT, etc.) et les alertes systèmes (caution, warning, advisory).

  • Pannes et Diagnostics :
  • 'GEN OFF' (Génératrice hors tension) : La génératrice ne produit pas de courant. Action : Vérifier le disjoncteur de la génératrice (qui a pu sauter) et le GCU (Generator Control Unit).
  • 'BLEED TRIP' (Dérivation d'air purgé) : Le système de prélèvement d'air moteur s'est automatiquement arrêté. Cause : Surchauffe ou surpression dans le système. C'est une fonction de protection.
  • 'DUCT LEAK' (Fuite de conduit) : Fuite dans un conduit d'air de prélèvement. Action immédiate : Inspection physique des conduits dans la zone concernée pour détecter des trous, fissures ou connexions desserrées.
  • 'L OIL PRESS' (Basse pression d'huile) avec quantité d'huile normale : Problème de lubrification moteur. Action : Vérifier le filtre à huile pour détecter une contamination (signe d'usure des paliers) et la soupape de décharge de pression d'huile (qui pourrait être bloquée ouverte).
  • 'FUEL IMBAL' (Déséquilibre de carburant) : Différence de quantité entre les réservoirs. Action : Consulter le manuel de maintenance pour déterminer si le déséquilibre est dans les limites acceptables. Si oui, aucune action n'est requise. Sinon, enquêter sur la cause (vanne, capteur, fuite).

3. Formules, Règlements et Procédures Importantes

  • Règles de Dépannage : Toujours partir de la cause la plus simple et la plus probable. Un message d'alerte est une indication, pas un diagnostic. Il faut comprendre le système pour interpréter le message.
  • Procédure de Test TCAS : Le BIT (Built-In Test) est un outil de diagnostic essentiel. Un échec du BIT de l'interface transpondeur indique un problème de communication avec le transpondeur, pas nécessairement avec le calculateur TCAS lui-même.
  • Règle de l'Antenne Radar Météo : Au sol, l'inclinaison de l'antenne doit être réglée vers le bas (tilt down) pour obtenir des retours du sol. Un tilt vers le haut (tilt up) ne montrera aucun retour au sol.
  • Principe de Redondance : Les systèmes critiques (attitude, altitude, vitesse) sont redondants. Une panne sur un seul instrument (ex: 'HDG FAIL') n'affecte pas les autres (attitude, vitesse) car ils proviennent de capteurs différents (AHRS vs ADC).
  • Logique de Séquencement FMS : Le FMS ne séquence pas automatiquement vers le prochain waypoint tant que l'avion n'a pas dépassé le point d'abattée du waypoint actuel. Ce n'est pas une panne.

4. Relations entre les Concepts

Les systèmes avioniques sont fortement interconnectés. Comprendre ces relations est crucial pour un diagnostic efficace.

  • TCAS et Transpondeur : Le TCAS dépend du transpondeur Mode S pour ses interrogations et réponses. Une panne de transpondeur peut entraîner un message 'TCAS FAIL'.
  • FMS, Pilote Automatique et EFIS : Le FMS calcule la trajectoire et envoie des commandes de guidage au Pilote Automatique. Le Pilote Automatique exécute ces commandes via les servomoteurs. Le Flight Director (partie de l'EFIS) affiche visuellement ces mêmes commandes. Si le FD fonctionne mais pas le PA, le problème est dans le système d'asservissement du PA, pas dans le FMS ou les capteurs.
  • EFIS et Capteurs : Le PFD affiche les données provenant de multiples capteurs : l'AHRS (attitude, cap), l'ADC (vitesse, altitude) et le FMS (données de navigation). Une panne d'un seul capteur (ex: AHRS pour le cap) n'affectera que les données qui en dépendent ('HDG FAIL'), laissant les autres intactes.
  • Radar Météo et EFIS : L'affichage de la superposition radar météo sur la carte de navigation (ND) nécessite une liaison de données dédiée entre le récepteur radar et le générateur de symboles (SG) de l'EFIS. Une panne de ce bus empêche l'affichage, même si le radar fonctionne parfaitement.
  • EICAS et Systèmes Moteur : L'EICAS est un système de surveillance et d'alerte. Il indique un état anormal (ex: 'BLEED TRIP', 'L OIL PRESS'), mais il ne diagnostique pas la cause racine. Le TEA doit utiliser ces alertes comme point de départ pour une investigation plus approfondie du système concerné (ex: inspection des conduits pour 'DUCT LEAK', analyse du filtre à huile pour 'L O
Chapitre 6Systèmes de navigation — VOR, ILS, DME, ADF, GPS, GNSS, TranspondeurChapitre 8Instruments et capteurs — Pitot-statique, AHRS, IRS, Radioaltimètre, ADC

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