Chapitre : Instruments et Capteurs de Vol

1. Aperçu du Chapitre

Ce chapitre couvre les systèmes et instruments fondamentaux qui fournissent au pilote et aux systèmes automatiques de l'aéronef les informations essentielles sur l'état de vol : altitude, vitesse, assiette, cap et position. La compréhension de ces systèmes est cruciale pour tout Technicien d'Entretien d'Aéronefs (TEA), car leur bon fonctionnement est directement lié à la sécurité du vol.

Nous aborderons les familles de systèmes suivantes :

Système Pitot-Statique : Le système de base pour mesurer la pression dynamique (pitot) et statique, fournissant les données brutes pour l'altimètre, l'anémomètre et le variomètre.
Systèmes de Référence de Cap et d'Assiette : Compas magnétique, indicateur de cap (gyroscopique), et les systèmes modernes comme l'AHRS (Attitude and Heading Reference System) et l'IRS (Inertial Reference System).
Radioaltimètre : Un système utilisant les ondes radio pour mesurer la hauteur réelle au-dessus du sol, essentiel pour les phases d'approche et d'atterrissage.
Calculateur de Données Air (ADC) : L'ordinateur qui reçoit les données brutes du système pitot-statique et d'autres capteurs pour calculer et distribuer des paramètres de vol précis (vitesse vraie, altitude pression, température, etc.) aux autres systèmes de l'avion.

2. Concepts Clés Expliqués en Détail

2.1. Le Système Pitot-Statique

Le système pitot-statique est le fondement de la mesure des paramètres aérodynamiques. Il se compose de deux types de prises de pression :

Tube de Pitot (Pression Dynamique) : Orienté face au vent relatif, il capte la pression totale (pression statique + pression dynamique due à la vitesse de l'avion). Il est souvent équipé d'un système de chauffe anti-givrage et d'un trou de drainage pour évacuer l'eau et les débris.
Prises Statiques : Situées sur le fuselage, perpendiculaires au flux d'air, elles captent la pression atmosphérique ambiante (pression statique).

Ces pressions sont acheminées via des conduits étanches vers les instruments suivants :

Altimètre : Mesure la pression statique. Il est calibré pour indiquer l'altitude en fonction de la pression atmosphérique standard (ISA). Un altimètre défectueux ou une fuite dans la ligne statique peut entraîner des indications erronées. Exemple : Une fuite dans la ligne statique laisse entrer la pression ambiante, ce qui fait que l'altimètre indique une altitude inférieure à l'altitude réelle.
Anémomètre (ASI) : Compare la pression totale (pitot) et la pression statique pour calculer la vitesse indiquée (IAS). Exemple : Un bouchon de pitot laissé en place empêche toute pression dynamique d'atteindre l'instrument, ce qui donne une lecture de vitesse nulle au sol.
Variomètre (VSI) : Mesure la vitesse de variation de la pression statique. Une fuite dans la ligne statique peut faire croire à l'instrument que la pression augmente (descente), même en vol horizontal.

Problèmes Courants et Diagnostics :

Fuite Statique : L'altimètre indique une altitude inférieure à la réelle. Le VSI peut indiquer une descente constante.

Fuite Pitot : L'anémomètre indique une vitesse qui diminue lentement.
Bouchon de Pitot : L'anémomètre reste à zéro au sol.
Trou de Drainage Bouché : L'eau peut s'accumuler dans la ligne pitot, provoquant des fluctuations de l'anémomètre, surtout en turbulence, ou une indication de vitesse élevée à basse vitesse.
Prise Statique Bouchée : L'altimètre et le VSI se "figent" à la valeur de l'altitude où le blocage s'est produit.

2.2. Systèmes de Référence de Cap et d'Assiette

Compas Magnétique : L'instrument de base pour le cap. Il est sujet à la déviation (erreurs causées par les champs magnétiques locaux de l'avion). Une compensation du compas (compass swing) est nécessaire après toute installation ou modification majeure pour minimiser cette déviation et créer une carte de déviation. Si les vis de compensation sont à leurs limites et que la déviation est trop importante, le compas doit être remplacé.
Indicateur de Cap Gyroscopique (Directional Gyro - DG) : Utilise un gyroscope pour fournir une référence de cap stable. Il est sujet à la précession (dérive lente dans le temps), ce qui nécessite un recalage périodique sur le compas magnétique.
Problèmes : Un mécanisme de blocage (caging) engagé empêchera le gyro de répondre aux virages. Une panne de vide ou d'électricité fera ralentir le gyro, entraînant des indications erratiques.
Système Asservi (Slaved Gyro) : Ce système utilise un capteur magnétique (flux valve) pour corriger automatiquement la précession du gyroscope. Si le système d'asservissement est défaillant ou désengagé, le gyro dérivera sans correction.
Indicateur d'Assiette (Attitude Indicator - AI) : Utilise un gyroscope pour fournir une référence d'assiette (tangage et roulis).
Problèmes : Des roulements de gyroscope usés peuvent provoquer une précession et une erreur d'assiette fixe. Un système d'érection défaillant (sur les modèles électriques) peut également causer une erreur d'assiette fixe. Une pression ou tension incorrecte (vide ou électrique) fera ralentir le gyro, pouvant mener à un "tumbling" (décrochage du gyro).
AHRS (Attitude and Heading Reference System) : Un système moderne qui remplace les gyroscopes mécaniques par des capteurs à l'état solide : des accéléromètres (pour mesurer la gravité et l'accélération linéaire) et des magnétomètres (pour mesurer le champ magnétique terrestre). Un processeur combine ces données pour calculer l'assiette et le cap.
Problèmes : Un biais d'accéléromètre est la cause la plus fréquente d'une erreur d'assiette fixe (roulis ou tangage) lorsque l'avion est en vol horizontal. Les interférences magnétiques affectent principalement le cap, pas l'assiette. Une dérive lente du cap est généralement due à la précession du gyroscope (même dans les systèmes à état solide, une dérive résiduelle peut exister). L'AHRS nécessite un sol de niveau pour un alignement correct.

IRS (Inertial Reference System) : Un système de navigation très précis et autonome. Il utilise des accéléromètres et des gyroscopes (souvent laser ou à fibre optique) pour détecter les accélérations et les rotations. En intégrant ces données, il calcule la position, la vitesse, le cap et l'assiette sans aucune référence externe.
Alignement : L'alignement de l'IRS est une procédure critique. Il nécessite que l'avion soit absolument stationnaire pour que le système puisse détecter la rotation de la Terre et déterminer le nord vrai. Le personnel de cabine doit entrer les coordonnées de position (latitude/longitude) correctes. Les causes les plus fréquentes d'un échec d'alignement sont :

Mouvement de l'avion (vent, remorquage, vibrations).
Coordonnées de position incorrectes.
Avion non nivelé (pour certains systèmes).

2.3. Radioaltimètre

Le radioaltimètre mesure la hauteur réelle de l'avion au-dessus du sol (AGL - Above Ground Level) en émettant une onde radio vers le sol et en mesurant le temps de retour de l'écho. Il est essentiel pour les approches de précision et les atterrissages automatiques.

Fonctionnement : Il fonctionne très bien sur la plupart des surfaces (eau calme, désert, forêt, neige) car elles réfléchissent bien les ondes radio.
Problèmes et Diagnostics :
Lecture anormalement élevée : Si l'antenne n'est pas orientée parfaitement vers le bas, l'instrument mesurera une distance oblique (slant range), plus grande que la hauteur réelle. Exemple : Un hélicoptère dont les patins sont à 5 pieds du sol mais dont le radioaltimètre indique 10 pieds.

Lecture fixe et positive au sol : Il est normal que le radioaltimètre indique une petite hauteur positive (ex: 2-5 pieds) lorsque l'avion est au sol, en raison de la distance entre l'antenne et le sol.
Échec de l'auto-test : Si l'antenne et ses connexions sont bonnes, l'étape suivante est de vérifier l'unité émettrice/réceptrice.

2.4. Calculateur de Données Air (ADC)

L'ADC est l'ordinateur qui reçoit les pressions pitot et statique brutes, ainsi que la température de l'air, et calcule des paramètres de vol précis et standardisés.

Fonctions : Il fournit des données comme l'altitude pression, la vitesse indiquée (IAS), la vitesse vraie (TAS), le nombre de Mach, la température totale (TAT) et la température statique (SAT). Ces données sont ensuite envoyées à d'autres systèmes (pilote automatique, gestion de vol, etc.).
Dépannage : Si l'ADC fournit une altitude incorrecte au pilote automatique mais que le système pitot-statique est vérifié et correct, le problème est probablement dans la transmission des données (câblage, connecteurs) entre l'ADC et le système consommateur. Une panne d'alimentation de l'ADC affecterait toutes ses sorties.

3. Formules, Règlements et Procédures Importantes

3.1. Relation Vitesse Indiquée (IAS) et Vitesse Sol (GS)

Une formule simple mais cruciale pour le diagnostic :

GS = IAS + Vent Arrière
GS = IAS - Vent de Face

Exemple : Si IAS = 120 kt et GS = 130 kt avec un vent arrière de 10 kt, l'anémomètre est précis (120 + 10 = 130).

3.2. Règlements Clés (Norme 571 du RAC)

La Norme 571 du Règlement de l'Aviation Canadien (RAC) régit la maintenance des aéronefs. Voici les points essentiels pour ce chapitre :

Maintenance Mineure (Q4) : Pour une modification mineure du système pitot-statique, les données approuvées ne sont pas requises, mais le travail doit être effectué selon les instructions du fabricant. Une maintenance release signée par un TEA autorisé est requise.
Réparation Majeure (Q9) : Nécessite des données approuvées (par exemple, un manuel de réparation approuvé) et doit être signalée à Transports Canada. Une maintenance release signée par un TEA autorisé est requise.
Modification Majeure (Q40) : Nécessite des données approuvées (par exemple, un STC - Supplemental Type Certificate) approuvé par Transports Canada. Une maintenance release signée par un TEA autorisé est requise.
Remplacement de Compas Magnétique (Q6, Q23) : Après l'installation, une compensation du compas (compass swing) est obligatoire.
Remplacement de Tube Pitot (Q30) : Pour les aéronefs exploités en vertu de la Partie VII, la maintenance doit être effectuée par un AMO (Organisme de Maintenance Agréé). Le tube pitot doit être une pièce approuvée (ex: PMA). Après le remplacement, le système doit être testé (étanchéité, fonctionnement).
Enregistrement des Travaux (Q13, Q34) : La Norme 571.03 exige l'enregistrement d'une brève description du travail effectué, de la date et de l'identification de la personne ayant effectué le travail. Les résultats des tests doivent également être enregistrés.
Maintenance Spécialisée (Q45) : L'étalonnage des systèmes pitot-statiques est considéré comme une maintenance spécialisée qui doit être effectuée par un AMO disposant de l'équipement et de la formation appropriés.
Pièces d'Occasion (Q43) : Les pièces usagées (comme un ADC) doivent être inspectées et testées pour garantir leur état de fonctionnement sûr. Elles doivent être accompagnées d'une maintenance release (ex: Formulaire 1).

4. Relations Entre les Concepts

Comprendre comment ces systèmes interagissent est la clé d'un diagnostic efficace.

Pitot-Statique → ADC → Systèmes Consommateurs : Le système pitot-statique fournit les données brutes. L'ADC les affine et les distribue. Un défaut dans l'ADC peut affecter plusieurs systèmes (pilote automatique, FMS, etc.) même si le système pitot-statique est parfait.
AHRS/IRS vs. Compas Magnétique : L'AHRS et l'IRS fournissent des données de cap et d'assiette bien plus précises que le compas magnétique seul. Cependant, ils utilisent souvent un magnétomètre (pour l'AHRS) ou la détection de la rotation terrestre (pour l'IRS) pour initialiser et corriger leur cap. Le compas magnétique reste la référence de secours ultime.
Radioaltimètre vs. Altimètre Barométrique : L'altimètre barométrique (système pitot-statique) mesure l'altitude par rapport à un niveau de pression de référence (ex: niveau de la mer). Le radioaltimètre mesure la hauteur réelle au-dessus du sol. En approche finale, le radioaltimètre devient l'instrument critique pour la décision d'atterrissage.
Diagnostic Différentiel : La capacité à différencier les symptômes est cruciale.
Erreur d'assiette fixe → Biais d'accéléromètre (AHRS) ou système d'érection (AI mécanique).
Dérive lente du cap → Précession gyroscopique (normal, corrigé par recalage ou asservissement).
Erreur de cap fixe → Interférence magnétique ou défaut du capteur magnétique.
Anémomètre à zéro au sol → Bouchon de pitot.
Altimètre sous-évalué → Fuite statique.
Échec d'alignement IRS → Mouvement ou coordonnées incorrectes.

En maîtrisant ces concepts et relations, le TEA est équipé pour diagnostiquer et résoudre efficacement les problèmes sur ces systèmes critiques, garantissant ainsi la navigabilité et la sécurité de l'aéronef.

Chapitre 8 : Instruments et capteurs — Pitot-statique, AHRS, IRS, Radioaltimètre, ADC