Comment fonctionne le TCAS : le dernier rempart de l'aviation

Le système qui empêche les collisions en plein vol

Lorsque deux avions de Southwest Airlines se sont dangereusement rapprochés au-dessus de Nashville, ce n'est pas un contrôleur humain qui les a sauvés, mais un ordinateur. Les deux cockpits ont reçu des alertes de trafic automatisées et les pilotes ont réagi instantanément. La technologie derrière ces alertes s'appelle TCAS, le système d'alerte de trafic et d'évitement de collision, et il sert discrètement de dernier rempart de l'aviation commerciale depuis plus de trois décennies.

Le TCAS fonctionne de manière totalement indépendante du contrôle aérien au sol. Il interroge les transpondeurs des avions à proximité des dizaines de fois par seconde, calcule leur distance, leur altitude et leur vitesse de rapprochement, et détermine si une collision est possible, le tout sans aucune intervention des contrôleurs au sol.

Comment il détecte une menace

Chaque avion commercial est équipé d'un transpondeur qui diffuse son identité et son altitude. Le TCAS envoie des signaux d'interrogation à ces transpondeurs et mesure le temps qu'il faut aux réponses pour revenir, calculant ainsi la distance. En suivant l'évolution de cette distance au fil des interrogations successives, le système projette si deux avions violeront la séparation de sécurité dans les 15 à 35 secondes suivantes.

Le système émet deux niveaux d'alerte. Un Avis de Trafic (TA) alerte les pilotes qu'un autre avion est à proximité et se rapproche, essentiellement un avertissement pour commencer à regarder. Si la menace s'aggrave, le TCAS passe à un Avis de Résolution (RA), qui donne une instruction spécifique et non négociable : monter, descendre ou maintenir votre vitesse verticale actuelle.

Échappée coordonnée en quelques secondes

La caractéristique la plus remarquable du TCAS est que deux avions peuvent coordonner leur échappée sans aucun intermédiaire humain. Lorsque le TCAS d'un avion ordonne de « monter », il indique simultanément au TCAS de l'autre avion d'ordonner de « descendre ». Cette liaison de données air-air garantit que les deux avions s'éloignent toujours l'un de l'autre, et non l'un vers l'autre.

Les pilotes sont formés – et tenus par la réglementation internationale – à suivre immédiatement les RA, même si elles contredisent les instructions du contrôle aérien. Cette règle existe à cause d'une tragédie. Lors de la collision aérienne d'Überlingen en 2002 au-dessus du sud de l'Allemagne, un équipage russe a suivi l'instruction de son contrôleur de descendre au lieu d'obéir à l'ordre de son TCAS de monter. Ils sont entrés en collision avec un avion cargo, tuant les 71 personnes à bord des deux appareils.

Du Grand Canyon au mandat mondial

La pression en faveur d'un système anticollision automatisé a commencé après une collision aérienne au-dessus du Grand Canyon en 1956 qui a tué 128 personnes, exposant les limites de la séparation visuelle dans un espace aérien chargé. La recherche s'est accélérée dans les années 1970 au MIT Lincoln Laboratory et dans d'autres institutions, et la FAA s'est formellement engagée dans le développement du TCAS en 1981.

Après des essais réussis sur des Boeing 727 au milieu des années 1980, le TCAS II est devenu obligatoire sur les grands avions commerciaux américains en 1993. L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) a étendu le mandat à l'échelle mondiale, exigeant le TCAS sur tous les avions de plus de 19 sièges passagers ou d'une masse au décollage supérieure à 5 700 kilogrammes d'ici 2005.

Le système a été statistiquement démontré comme réduisant le risque de collision en plein vol d'un facteur cinq. Dans les rencontres où les pilotes suivent rapidement les Avis de Résolution, le taux de réussite approche les 100 pour cent.

Ce qui vient ensuite : ACAS X

Le TCAS est maintenant remplacé par ACAS X, un système de nouvelle génération développé par le MIT Lincoln Laboratory et la FAA. Alors que le TCAS utilise des règles fixes pour décider quand alerter, l'ACAS X utilise des modèles probabilistes et une programmation dynamique pour évaluer les coûts de chaque action possible du pilote et sélectionner l'action optimale.

Le résultat est moins d'alertes inutiles – une réduction estimée à 60 pour cent des faux Avis de Résolution – tout en maintenant ou en améliorant la sécurité. L'ACAS X comprend également des variantes pour les aéronefs sans pilote (ACAS Xu) et les giravions, étendant l'évitement de collision aux drones et aux taxis aériens que le TCAS n'a jamais été conçu pour protéger.

La FAA a cessé d'accepter de nouvelles certifications TCAS en 2022, signalant que la transition vers ACAS X est en cours. Mais le principe fondamental reste inchangé : lorsque tout le reste échoue – lorsque les contrôleurs font des erreurs, lorsque la météo obscurcit la visibilité, lorsque les appels radio ne sont pas entendus – les avions eux-mêmes doivent être capables de sauver leurs occupants.