De nos jours, le réchauffement climatique est un des sujets le plus discuté et controversé. En effet, la population mondiale devient de plus en plus consciente de ce phénomène dangereux qui risque de mettre en péril notre existence.

Plusieurs organisations, groupes et organismes non gouvernementaux (ONG) ont choisi comme mission de trouver des solutions pour mettre un terme à ce fléau en commençant par la sensibilisation des gens afin d’agir pour le bien-être de la planète et de garantir ainsi un meilleur avenir pour les générations futures.

Le 12 décembre 2015, un accord a été signé à Paris, par plusieurs nations, afin de lutter contre le changement climatique (site officiel de la « Convention-cadres des Nations Unies sur les changements climatiques »). L’accord a pour but de motiver les gouvernements à s’investir dans le combat actuel contre le réchauffement climatique.

Cet accord a permis aux gouvernements de mobiliser des ressources financières et matérielles dans le cadre d’études et de recherches innovatrices afin de renforcer les capacités technologiques de chaque nation, dans le cadre de la lutte contre le changement climatique. Ces études contribueront à la nouvelle technologie del’avion  vert par le biais de la diminution d’émission de gaz à effet de serre.

La réduction de l’émission du gaz à effet de serre est un aspect qui a été pris au sérieux par les gouvernements en collaboration avec les chercheurs dans le domaine de l’aéronautique. En effet selon Radio Canada (2019), le transport aérien produit 2.1% des émissions mondiales de bioxyde de carbone. Ainsi, le transport rapide de passagers et de marchandises est assuré à travers tout le globe, ainsi que dans les missions de prévention des incendies et de recherche et de sauvetage. L’utilisation des avions facilite la vie quotidienne, joue un rôle majeur dans l’évolution et le développement de l’économie mondiale et permet de sauver des vies humaines. C’est pour cette raison que les gouvernements ont décidé d’investir de l’argent dans la recherche afin de mettre en point une solution, à long terme, capable de réduire l’émission de gaz à effet de serre et la consommation de carburant par les avions. Ces recherches liées aux contraintes environnementales permettront le développement de solutions innovatrices dans le domaine de l’aviation, qui contribuent ensuite à rendre le transport aérien comme le moyen de transport le plus efficace et aussi moins polluant qu’aujourd’hui. Ces innovations ont touché plusieurs aspects dans l’aéronautique. En effet, les recherches sont divisées selon des champs. On trouve des innovations en ce qui concerne les matériaux et alliages utilisés dans la structure et les moteurs des avions, la forme des ailes, ainsi que dans l’optimisation des trajectoires et des performances d’un avion par le biais des instruments d’avionique, comme par exemple du système de gestion de vol Flight Management System (FMS).

Le système de gestion de vol FMS, utilisé depuis les années 1980, est un système d’avionique développé pour aider les pilotes dans les phases de navigation et de guidage (S.P Lidén, 1994). Ce système contient des fonctions qui utilisent des bases de données de performance propres à chaque avion. Ces fonctions permettent de réaliser la prédiction de la trajectoire qui suivrait le plan de vol déposé par le pilote avant le début du vol en assurant le respect des vitesses, altitudes et caps par le  pilotage automatique et en effectuant des calculs de consommation de carburant, de distance et de durée de vol. Ce projet de recherche repose, en premier lieu, sur l’optimisation des bases de données de performance durant le vol, et, en deuxième lieu, sur la création du concept de vol parfait afin de réduire la consommation de carburant et l’émission de CO2.

Ce mémoire de recherche est réalisé dans le cadre de deux projets gouvernementaux : le « Groupement Aéronautique de Recherche et Développement en Environnement » (GARDN) et le « Systèmes Aéronautiques d’Avant-garde pour l’Environnement » (SA2 GE). Ces deux projets sont réalisés en collaboration entre le gouvernement du Québec et du Canada, les compagnies spécialisées dans le domaine aéronautique, les universités et les laboratoires de recherche. Ce mémoire est réalisé suite à la collaboration entre les équipes du Laboratoire de Recherche en Commande Active, Avionique et Aéroservoélasticité (LARCASE) faisant partie de l’École de Technologie Supérieure (ÉTS) et la compagnie CMC Electronics. L’objectif principal des travaux de maîtrise est de réduire la consommation de carburant des avions ce qui contribuera par la suite à la réduction des émissions des gaz à effet de serre. Ce fait permettra de réduire l’empreinte environnementale du secteur aéronautique au Québec et au Canada. Plus spécifiquement, l’optimisation de la base de données de performance en vol, sera réalisée ainsi que la création d’une fonction intégrée dans le système de gestion de vol FMS capable de générer le vol parfait. L’étude sera effectuée et appliquée sur la phase de croisière, qui est considérée la phase la plus longue pendant un vol.

Notions de performances avion 

L’objectif principal des nouvelles technologies dans le domaine de l’aviation civile selon Pressdee (1987) est l’amélioration de trois aspects principaux :
1. L’amélioration de la sureté.
2. L’augmentation de la fiabilité opérationnelle.
3. La réduction du cout de vol d’un point A vers un point B. Ce dernier aspect se repose essentiellement sur l’étude du comportement de l’avion en vol, c’est-à-dire sur l’étude de sa performance.

La performance d’un avion se caractérise par l’enveloppe dans laquelle il peut assurer un vol ou une mission quelconque. Elle est caractérisée par plusieurs paramètres tels que la vitesse de l’avion en vol, le nombre de Mach, la vitesse de décrochage, le facteur de charge, l’altitude, le vent, le poids, le débit de carburant etc.

Ces paramètres sont trouvés dans les manuels de vol rédigés par le constructeur de l’avion ou peuvent être recueillis (comme dans notre cas) suite aux tests en vol sur le simulateur de niveau D, le plus haut niveau de fidélité pour la dynamique de vol décerné par la FAA ou sur le « Part Task Trainer » (PTT) qui est un logiciel capable de simuler un FMS. Ils seront utilisés ensuite par des outils de calcul informatiques tels que Matlab et Scilab, nécessaires pour obtenir les résultats escomptés de ce projet de recherche.

Le modèle de performance de l’aéronef est, par définition, un modèle d’état quasi stationnaire qui caractérise la dynamique de performance d’un avion sur un segment de vol (la croisière dans notre cas). Il représente le modèle d’avion complet d’intérêt et peut déterminer un certain nombre de paramètres caractérisant sa performance, tels que les émissions de CO2 et la consommation de carburant.

Le simulateur et ses tests en vol 

Lors de la réalisation de ce projet de recherche, tous les tests en vol ont été réalisés sur un simulateur de vol Cessna Citation X Research fabriqué par CAE Inc. et équipé de la dynamique de vol de niveau D. Le niveau D est le rang de fidélité le plus élevé attribué par les autorités de certification pour la dynamique de vol (Bardela, Botez, 2017). L’utilisation de ce type de simulateur de vol a permis, lors de ce projet de recherche, de valider les résultats obtenus numériquement.

De nos jours, l’utilisation des essais en vol est devenue primordiale pour l’analyse des performances d’un avion dans n’importe quelle phase de vol. Cette analyse est réalisée souvent en Matlab, ainsi que d’autres outils informatiques comme Scilab.