Le réseau régulier de Tunisair s'étend sur 30 pays et plus de 44 destinations. Effectuant une moyenne de 47 vols par jour, Tunisair dessert les plus importantes villes de l'Europe de l'Ouest. Elle a entrepris le développement de son réseau sur l'Europe de l'Est (Tchèque, Yougoslavie, Pologne, et Hongrie…). La compagnie s'intéresse actuellement à mettre en place, à l'aide du SIG, une modélisation d'un trajet de vol en cas de panne.

La représentation du trajet de l'avion, dans la compagnie de Tunisair, se fait en 2 dimensions: X, Y (dans le plan horizontal) ou X Z (dans le plan vertical). Ce que signifie que tous les traitements sont en 2D.
Pour palier cette limite, nous avons intégré la composante Z du relief pour avoir un traitement 3D facilitant l'analyse de simulation de panne Cette simulation à pour but d'aider le pilote en lui exposer une représentation en 3D, proche de la réalité, des obstacles qui l’entoure pour choisir le bon dégagement en cas de panne moteur sur le trajet Tunis-Genève.

Dans notre cas, on parle de survol des régions montagneuses, les alpes, plusieurs exigences doivent être prise en compte par les exploitant pour assurer le bon déroulement de cette phase critique de vol au cour du quelle tous types de pannes causeront des risques pour l’avion.

II-1-1. Points de décision et cheminement a suivre après une panne moteur

a. Choix des points de décision : Le choix de tels points ne se fait pas au hasard mais il doit être soumis à une étude soigneuse qui tienne compte de plusieurs facteurs affectant la sécurité de l'avion et de ces occupants.

b. Cheminement à suivre :
La réglementation exige à l’exploitant de prévoir un cheminement en cas de panne de toute nature et ce dans n’importe qu’elle phase de vol.
Suite à cette exigence l'exploitant doit d'abord préciser les points de décision à la quelles on associe des procédures bien déterminées pour chaque partie de la route prévue.
Ensuite il doit prévoir un cheminement à suivre et la descente à entamer pour atterrir à l'aérodrome qui convient en tenant compte des marges de franchissement d'obstacles et des lois de descente.

II-1-2. Obstacles à considérer
Les obstacles à prendre en compte sur la route sont ceux qui sont situés dans un couloir minimum de 5 NM de part et d’autre de la route envisagée.
Cette valeur peut être augmentée par l’exploitant en fonction de la précision de moyens de navigation et de guidage.

II-1-3. Marge de survol:
En cas de panne moteur, il faudra vérifier que la trajectoire nette évite les obstacles avec une certaine marge.
Or, lorsque la masse avion diminue, l’altitude de rétablissement augmente par conséquent nous devrions déterminer une masse maximale permettant de survoler les obstacles en sécurité.
Lorsqu'un moteur est hors de fonctionnement, le commandant de bord doit se dégager par l’une de ces deux méthodes suivantes :

a. Méthode classique (Drift down):
Lors du vol, l’avion doit avoir une pente nette positive ou nulle à 1000 ft au-dessus d’un obstacle et à 1500 ft au dessus de l’a/d retenu comme déroutement en cas de panne (Fig. 1).

b. Méthode moderne (Down-hill rule):
Si les dispositions précédentes ne peuvent être envisagés, car trop pénalisantes, on peut retenir le passage de l’obstacle en descente (Fig. 2). La trajectoire nette doit alors effacer l’obstacle avec une marge de 2000 ft et doit être aussi positive ou nulle à 1500 ft au dessus de l’a/d retenu comme déroutement en cas de panne.

II-2. Les conditions limites du model :

1 La température durant le vol;
2 Le vent;
3 La configuration de l’avion;
4 La masse de l’avion en envisageant un éventuel vidange en vol. Ceci est possible à condition que l’avion puise rejoindre un aérodrome accessible à une hauteur de 1500 ft et attendu ensuite pendant 15 minutes.

I-1. Contexte général :
Le cible visé par le présent projet est de garantir un niveau de sécurité considérable afin de rendre l’avion le moyen de transport le plus sûr.
Pour cela on doit prévoir des procédures d’urgence pour tout types de panne dans n’importe quelle phase de vol. Les pannes qui peuvent surgir le long d’un vol sont les suivantes :
- Les pannes radio ;
- Les pannes moteur ;
- Les pannes de pressurisation : C’est la pression qui règne a l’intérieur de la cabine de l’avion. Elle ne reste pas constante tout le long de la route elle varie selon l’altitude de l’avion. Les causes principales de cette panne sont :
   · La rupture d’un hublot ;
   · L’ouverture  accidentelle d’une porte ;
   · Interruption des procédures de listes de vérification. 
La mise en places d’importantes mesures de sécurité est primordiale dans l’aviation.
Mais ces mesures sont parfois insuffisantes et peuvent engendrer les pannes. Ces pannes obligent le commandant de bord à faire une descente d’urgence en cherchant le meilleur cheminement à suivre. Le choix du trajet ainsi de l’aéroport prend en considération :
- Les obstacles situés sur la route ;
- La longueur et l’altitude de la route ;
- Le choix d’un bon dégagement ;
- Le niveau de rétablissement : c'est l'altitude à laquelle avec un moteur en panne et au poids actuel de l'avion le ou les moteurs restant délivrent suffisamment de puissance pour permettre le vol à une vitesse donnée. Cette altitude est donnée soit par les ordinateurs de bord soit par les courbes ou tableaux de fonctionnement avion.

I-2. Problématique du projet :
En cas d’une panne, le pilote doit connaître, non seulement les aéroports les plus proches mais aussi les reliefs du trajet entre le point de panne de l’avion et l’aéroport. Dans ce cas on propose deux solutions :
Durant ce projet un prototype sera traité donc un seul trajet, une seule panne et un seul type d’avion :

I-2-1. Choix du trajet : Tunis-Genève :
Dans notre cas, un seul obstacle se présente tout le long du trajet : se sont Les Alpes:
C’est une chaîne de montagnes du sud de l'Europe centrale, qui s'enroule en forme d’ un arc de 1 000 km de long des bords de la Méditerranée jusqu'au bassin du Danube et peut atteindre 4810 m.

I-2-2. Choix de la panne: Panne moteur :
On ne peut pas réparer un avion en vol sauf s'il s'agit d'un disjoncteur qui a sauté ou ce genre de broutille. Un avion est conçu sur le principe de la redondance des circuits. C'est à dire que si un circuit par exemple électrique est en défaut, les autres sources d'alimentation vont être connectées (manuellement ou automatiquement) en lieu et place de la source défaillante selon la procédure décrite dans la Check list appropriée à la panne. La puissance des alternateurs permet pratiquement sur un avion à 3 moteurs qu'un seul alternateur puisse alimenter l'ensemble des circuits principaux de l'avion. Il est de même pour les circuits hydrauliques. Concernant les moteurs, il faut savoir qu'un avion est calculé pour perdre un moteur à tout moment du vol et particulièrement au décollage. En cas de panne après la vitesse V1 (vitesse de décision au décollage) l'avion à la masse maximale peut décoller en respectant les performances ascensionnelles requises par la réglementation. D'une manière générale l'équipage selon le type de panne moteur (extinction par exemple) tente un redémarrage réacteur (après certaines vérifications précisées dans la check list " inflight engine start") si le réacteur ne redémarre pas la décision de dérouter est prise et l'atterrissage s'effectue avec un moteur HS selon la procédure prescrite (que les pilotes n'ont pas à inventer et pour laquelle nous sommes entraînés)

II-1. Inventaire des données : IMAGE SRTM
     · Définition : Dans le cadre du projet SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), la NASA et la National Geospatial-Intelligence Agency (une agence de renseignement) ont réalisé la plus importante cartographie globale de la Terre.
En février 2000, la navette Endeavour (STS-99) rejoignait l'espace pour une mission, de11 jours) inédite de cartographie de la Terre qui visait à obtenir un relevé topographique et en 3D de la surface du globe. Pour ce faire, la navette embarquait un imposant instrument d'observation de la Terre composé de deux antennes radar montées dans la soute et deux autres fixées sur un mât de 60 m déployés en orbite. Le radar de la mission est à ouverture synthétique, SIR et SAR, en bandes C et X, il a permit de cartographier la Terre de 50 degrés sud à 60 degrés nord par rapport à l'équateur.
Cet instrument a ainsi mesuré les ondulations des paysages défilant sous la navette de sorte que la NASA a été capable de tracer les cartes de près de 80 % des terres émergées où vit près de 95 % de la population mondiale. Un millier d'îles ont également été cartographiées et plusieurs de ces îles ne l'avaient jamais été auparavant.
A ne pas en douter, il s'agit là d'une des missions scientifiques les plus significatives entreprises par un équipage de navette auquel participait l'astronaute allemand de l'ESA Gerhard Thiele.

     · Domaines d'exploitation:
Les observations radar ont l'avantage de s'affranchir de la couverture nuageuse. Les cartes qui en résultent sont donc des plus claires ce qui fait des cartes SRTM de précieux outils dans de nombreux domaines qui exigent une connaissance précise de la topographie des lieux: suivi des inondations (meilleure analyse des écoulements des eaux de surface), mouvements des glaciers, surveillance des volcans, reboisement, conservation et protection de la nature, étude et prévention des tremblements de terre, études d’urbanisme et mise au point de plans de circulation prenant en compte la topographie des lieux, meilleure modélisation du relief pour les dispositifs anti-collision des avions Autre retombée de cette mission, elle va permettre d’obtenir des cartes extrêmement précises de régions pour lesquelles on disposait de peu de données jusque-là, car difficiles d’accès.

Types:
La campagne d'observation (SRTM) a permis d'établir des modèles numériques de terrain (MNT) pour plus de 80% des terres émergées. D'autres données sont également mises à la disposition du public : les données radar brutes et des données générées à partir des MNT. Parmi les MNT on distingue trois types de fichiers : 
- SRTM-1 : résolution 30m, couvre uniquement les Etats-Unis ; 
- SRTM-3 : résolution 90m, couvre environ 80% des terres émergées ; 
- SRTM30 : résolution 1km, couverture mondiale. Sorte de "mise à jour" du format GTOPO30 ;

     · Données SRTM : Les données qu'on a utilisées dans ce projet sont sous forme de GRILLE de l'Arc, ARC qu'ASCII et Geotiff formatent, dans degrés décimaux et donnés WGS84. Ils sont dérivés de l'USGS/NASA données SRTM. CIAT ont traité ces données pour fournir des surfaces de la topographie continues sans couture. Les régions avec régions d'aucunes données dans les données SRTM originales ont été remplies dans utiliser des méthodes de l'interpolation.

II-2. Validation de la qualité de l'image SRTM:

a. Visualisation à l'œil nu: Le modèle numérique du terrain peut être généré à partir de la carte topographique et aussi à partir de l’image SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Ce qui mène à aboutir une relation entre l’image SRTM et la carte topographique1/200.000. Cela est réalisable par comparaison entre deux types de modèle numériques de terrain (MNT généré à partir de la carte topographique et MNT généré à partir de l’image SRTM). Cette carte topographique est à petite échelle (moins de précision) mais elle est la seul que nous disposant et qui couvre une surface étendue.(Fig.3) A l'œil nu, les deux MNT représente semblablement la morphologie du terrain.

b. MNT Résiduel
Une opération de soustraction des MNT sera réaliser pour aboutir l'estimation de l'erreur Résiduel : c’est la représentation graphique de l’Erreur.
L'analyse spatiale nous permet de cartographier l'erreur Résiduel. Dans notre cas, l'erreur résiduelle sera le résultat de soustraction entre l’image SRTM et le MNT généré à partir de la carte 1/200.000.
La différence entre le modèle numérique de terrain (MNT) de l’image SRTM et celui de la carte topographique est bien définie dans la légende suivante: 
- Les valeurs négatives : le MNT de la carte topo est plus élevé que celui de l’image SRTM. 
- Les valeurs résiduel positives : le MNT de l’image SRTM est plus élevé que celui de la carte topographique.

c. Calcul d’erreur moyenne quadratique RMSE:
L’erreur RMSE est un indicateur numérique, obtenu par des statistiques sur une collection plus ou moins importante de points du MNT à contrôler, comparé à une référence.

Avec n est le nombre des points échantillon, Oi et Pi sont respectivement les valeurs observées sur la carte topographique 1/200 000 et calculées à partir de l'image SRTM dans un emplacement i de coordonnée (x, y) dans l’espace géographique bidimensionnel. Plus la valeur du RMSE est faible plus l’interpolateur est crédible.
L'estimation se fait comme suite:
Dans notre cas n = 16487, et après tous calcul fait, on a obtenu:

d. Conclusion :
D'après ce qu'on vient de développer le long de cette présente partie, l'image SRTM peut être adopté dans notre étude.(n'oubliant pas que l'image de référence était une carte à petite échelle 1/200 000, donc elle manque de précision). Mais le mieux d'effectuer des corrections.

II-3. Correction des erreurs dans l'SRTM

L'illustration des altitudes maximales et des altitudes minimales de l'image SRTM, Z_38_5.TIF qui correspond à la Tunisie NW, parait comme suite: La valeur maximal nous paraît logique (2311) alors que c'est pas le cas pour l'altitude minimal (-32768).
Cette erreur corresponde à des valeurs de vide. Ces vides occasionnel, qui sont répartie sur toutes les images SRTM, peuvent être généré par différentes causes: ombrager, des anomalies de déroulement de phase, ou d'autres causes radar-spécifiques. Ces vides sont marqués avec la valeur -32768.
La visualisation de l'emplacement de ces vides est faite grâce à une extension d'ArcGis"Consultation de cellules " qui permet d'afficher les valeurs d'une couche raster.

On remarque, que les valeurs négatives se concentrent dans les côtes. Pour éviter ce problème on a procédé au lissage (Fig. 6).

La fonction Lissage des limites de zone nettoie et lisse les limites entre les zones en agrandissant et en rétrécissant les limites entre les zones (Fig. 7).

Après lissage, on remarque que les valeurs négatives sont disparues, et il ne reste que les valeurs (-32768) dans la mer.
Pour se dépasser de se problème, on a téléchargé les données vectoriels qui couvrent la mer: SRTM Water Body Data SWBD. Ces données sont disponibles sur le même site web des images SRTM, elles sont délivrées gratuitement sous format .shp contenant l'altitude.
Les informations SWBD ont été établies à partir de deux mosaïques d'images géométriquement corrigées issues de la mission SRTM en corrélation avec des données Landcover du programme Lansat mises à disposition par la NIMA.
À noter que pour chaque MNT correspond un SWBD, sauf pour les MNT qui ne possédant pas de côtes.

Pour simplifier la tache, on a procédé au mosaiquage des images qui nous intéressent. L'objectif de cette opération est de générer une seule image (Fig. 8). Par la suite, on Génére des courbes de niveaux avec une équidistance de 100 m à partir de l’image SRTM (Fig. 9):

Et Pour une meilleure visualisation de la topographie du terrain, on a généré le bloc 3D (Fig. 10).

III-1. Apport de la cartographie numérique pour la Simulation du Vol :

III-1-1. Cartographie des trajets en 2D :

Tunisair nous a communiqué des documents contenants les coordonnées des points références du trajet.
On peut visualiser dans la figure (Fig. 11) suivante les routes Genéve-Carthage et Carthage-Genéve.

III-1-2. Cartographie de la position de panne :

Un avion, lors de son trajet, peut être localisé par ses coordonnées X, Y et Z. Dans le cas d'une panne, ces coordonnées seront transmises vers un logiciel de SIG pour cartographier la position de panne.
En première étape, et à l'aide des zones Buffer, on va localiser les aéroports qui se trouvent à une distance bien définie de l’avion lors de la panne ( 400 Km, par exemple) (Fig. 12).
Avec le géo-traitement et le zonage Buffer (Tampon), on a pu identifier les aéroports qui peuvent accueillir l’avion en panne. Dans le cas présent, et à l’entour de 400 Km de l’avion, se présente 70 aéroports.

III-1-3. Cartographie des trajets pannes - Aéroport :Une fois la cartographie des aéroports, se trouvant à 400 Km de l’avion, est établit, on va générer un fichier vecteur (format ligne) qui lie entre : le point de panne et, de l’autre extrémité, les aéroports un par un). Cela est réalisable grâce à une extension « oursin » .
Après l’aboutissement des cheminements possibles, lors d’une panne moteur, dans une zone kilométrage de 400 km à partir de l’outil « BUFFER », on va générer les profils de chaque ligne. Donc, on procède à la séparation de chaque ligne en format Shape file de telle manière à aboutir des fichier vecteur au nombres de trajet : chaque fichier vecteur va contenir un seul trajet. Cette étape peut se faire manuellement, mais, pour gain de temps, on a cherché à automatiser cette tâche. Une extension nommé « éclateur des thèmes » (Fig. 13) peut se rendre utile. Le software qui accueillera cette extension est l’ArcView 3.x.

III-1-4. Etude des reliefs le long du trajet
Grâce aux images SRTM, tous les profils, de tous les trajets possibles, peuvent être dessiné (Fig. 14):

III-1-5. Simulation de vol en 3D: En première étape, on va générer un fichier vecteur (.shp) qui recouvre le MNT de l’image SRTM. Cette étape, se fait au niveau d'ArcMap comme suite:
Avec la même manière qu'on a généré le plan de sécurité, on a généré le trajet du vol en trois dimensions en se basant sur l'altitude des points de références (Fig. 15).

Conclusion:

Ce type de projet, la simulation du vol en cas de panne, est très intéressant pour les sociétés aéronautiques, puisque il est fortement lié à la sécurité du vol et des voyageurs. Pour cette raison on a consacré une grande partie du travail à l’évaluation de l’erreur de la topographie: une petite erreur peut engendrer une catastrophe. L’utilité de SIG s’observe dans les solutions offertes par ce système : la simulation en 3D du vol, du relief, et des cheminement possible en cas de panne. Ce travail ne représente que le début d’un projet, et on espère que ça sera plus développé dans le futur proche.

Bibliographie :

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