Bien que l'on accorde beaucoup d'attention à la longueur des pistes, aux aides à la navigation et aux procédures de contrôle de la circulation aérienne, l'infrastructure au sol qui relie les pistes aux terminaux joue un rôle tout aussi critique. Les voies de circulation à grande vitesse, aussi appelées voies de circulation à sortie rapide, représentent un bond en avant important dans la conception de l'aéroport. En permettant aux aéronefs de sortir de la piste à des vitesses nettement supérieures à celles des atterrissages classiques, ces voies spécialement conçues réduisent le temps d'occupation des pistes, accélèrent le virage des aéronefs et, en bout de ligne, augmentent la capacité d'un système aéroportuaire entier.

Quelles sont les voies de circulation à grande vitesse?

Les voies de circulation à grande vitesse (TVH) sont des voies pavées qui relient une piste au réseau de voies de circulation à un angle qui permet à l'aéronef de maintenir une partie importante de sa vitesse d'atterrissage en sortant. Les voies de circulation à sortie standard à 90 degrés obligent l'aéronef à ralentir jusqu'à un rythme proche de la marche avant de tourner, occupant la piste pendant une plus longue période.

La géométrie d'une TVH est loin d'être arbitraire.Les paramètres clés de la conception comprennent l'angle d'intersection, le rayon de la courbe médiane, la largeur de la voie de circulation et la longueur de la section droite après la courbe pour permettre une décélération sécuritaire. La structure de chaussée doit être suffisamment robuste pour supporter les charges dynamiques plus élevées imposées par les aéronefs qui se déplacent plus rapidement, et la surface doit fournir d'excellentes caractéristiques de frottement dans toutes les conditions météorologiques.

Les voies de circulation à grande vitesse sont souvent jumelées à des voies de circulation parallèles qui longent la piste. Après avoir quitté la voie de circulation parallèle par la TVH, un aéronef continue d'atteindre la porte ou la zone de retenue qui lui est assignée. Cette configuration sépare le trafic d'atterrissage du trafic au départ qui peut être en attente sur la voie de circulation parallèle, réduisant encore davantage le risque d'incursions et améliorant le débit global.

Comment les voies de circulation à grande vitesse améliorent l'efficacité des pistes

La principale mesure affectée par les voies de circulation à grande vitesse est le temps d'occupation de la piste (TAR), période durant laquelle un aéronef d'atterrissage occupe physiquement la piste. Un aéronef d'atterrissage typique sur une sortie standard de 90 degrés peut occuper la piste pendant 50 à 70 secondes, du point de toucher jusqu'au seuil de piste.

La réduction du nombre de pistes a un effet en cascade sur la capacité de la piste. Les contrôleurs de la circulation aérienne peuvent planifier les arrivées avec un espacement plus serré, car ils sont convaincus que la piste sera dédoublée plus rapidement pour le prochain atterrissage. Cela est particulièrement bénéfique pendant les heures de pointe, lorsque même quelques secondes de capacité supplémentaire par mouvement peuvent se traduire par plusieurs vols supplémentaires par heure.

De plus, les voies de circulation à grande vitesse améliorent l'efficacité de départ. L'avion qui quitte la piste libère rapidement la trajectoire d'approche pour le trafic entrant, réduisant ainsi les modes de retenue et les retards aériens.

Le débit global de l'aéroport, soit le nombre de mouvements d'aéronefs par heure, augmente, ce qui profite directement aux compagnies aériennes en permettant un plus grand nombre de créneaux horaires et en réduisant la consommation de carburant en raison de la réduction des temps de taxi.

Avantages des voies de circulation à grande vitesse

  • Temps de taxi réduit:[ L'aéronef passe beaucoup moins de temps au sol entre la piste et la barrière. Cette réduction se situe généralement entre 3 et 7 minutes par mouvement, selon la configuration de l'aéroport et la densité du trafic.
  • Capacité accrue :[ Avec un dégagement de piste plus rapide, les aéroports peuvent accueillir plus de créneaux d'arrivée et de départ par heure. Par exemple, un aéroport à voie unique peut souvent ajouter 5 à 10 mouvements par heure avec la mise en place de plusieurs sorties à grande vitesse.
  • Consommation de carburant faible : Moins de temps de taxi se traduit directement par une réduction de la combustion de carburant. En moyenne, un jet commercial brûle 10 à 20 kg de carburant par minute de taxi.
  • Sécurité améliorée:[ Les voies de circulation à grande vitesse séparent le trafic d'atterrissage des véhicules au sol à déplacement lent et des aéronefs qui font la queue. La géométrie prononcée et les voies réservées réduisent le risque d'incursions et de collisions sur piste.
  • Réduction du bruit:[ Puisque les aéronefs peuvent sortir de la piste à une vitesse plus élevée et commencer à ralentir à l'écart des zones peuplées, les voies de circulation à grande vitesse peuvent déplacer l'empreinte sonore des aéronefs arrivant.
  • Coûts d'entretien inférieurs:[ Bien que le coût de construction initial soit plus élevé, les voies de circulation à grande vitesse subissent moins d'usure par mouvement d'aéronef, car les charges dynamiques sont réparties sur une courbe plus longue et plus lisse.

Considérations et normes de conception

La conception des voies de circulation à grande vitesse est régie par les normes internationales, principalement de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) et des autorités nationales comme la FAA. L'annexe 14 de l'OACI – Aerodromes fournit des indications détaillées sur la géométrie des voies de circulation, y compris les angles d'intersection recommandés, les rayons de courbe et les distances de dégagement pour différentes lettres de code d'aéronef (par exemple, le code E pour Boeing 777, le code F pour Airbus A380).

Les principaux paramètres de conception sont les suivants :

  • Angle d'intersection:[ Généralement, de 30 à 45 degrés de l'axe de piste. Les angles de steeper réduisent le rayon requis, mais augmentent la charge de travail et la décélération du pilote.
  • Radius de courbure:[ Portée de 150 mètres (500 pieds) pour les petits aéronefs à plus de 400 mètres (1 300 pieds) pour les avions du code F. Un rayon plus grand permet des vitesses de sortie plus élevées et une manutention plus sûre.
  • Largeur : La largeur de la voie de circulation doit permettre d'accommoder la voie principale de l'aéronef de conception, plus les marges de sécurité.
  • Zone de décélération:[ Après la courbe, une section droite de 150 à 300 mètres permet à l'aéronef de ralentir confortablement pour atteindre les vitesses de la voie de circulation avant de rencontrer des virages ou des intersections brusques.
  • Scellement de la voie de circulation vers la voie de circulation: L'axe de la voie de circulation devrait être situé à au moins 75–100 mètres de l'axe de piste pour assurer une séparation sécuritaire entre les aéronefs d'atterrissage et le trafic de taxi.

Les aéroports doivent également tenir compte de l'emplacement des sorties à grande vitesse par rapport à la zone de toucher. Idéalement, les sorties sont placées de façon à ce que la majorité des atterrissages se produisent avant la sortie afin de minimiser la nécessité de freinage sur la piste. Le nombre et l'espacement des sorties dépendent de la répartition de la circulation et de la vitesse d'atterrissage.

Pour plus de détails, la Circulaire d'information de la FAA 150/5300-13A – Conception aéroportuaire fournit des directives détaillées sur les géométries des voies de circulation et les méthodes de conception.

Impact économique

Bien que le coût initial de la construction d'une TVH puisse varier de 5 à 20 millions de dollars selon les conditions du sol, l'épaisseur du revêtement et les contraintes du site, le rendement de l'investissement est souvent réalisé en quelques années. Les compagnies aériennes bénéficient directement de la réduction des coûts de carburant et de l'usure des moteurs. Par exemple, une compagnie aérienne qui exploite 200 vols par jour depuis un seul hub pourrait économiser plus de 2 millions de kilogrammes de carburant par année si chaque vol économise 4 minutes de temps de taxi.

L'augmentation de la capacité de la piste permet de vendre plus de créneaux horaires aux compagnies aériennes, ce qui entraîne des frais d'atterrissage et des frais d'installation supplémentaires pour les passagers. Une seule fente supplémentaire par heure sur une journée de 16 heures peut générer plus de 10 millions de dollars par année en revenus supplémentaires pour un grand centre.

De plus, les voies de circulation à grande vitesse réduisent le besoin de projets d'agrandissement des aéroports, comme la construction de nouvelles pistes, qui peuvent coûter des centaines de millions à des milliards de dollars.

Avantages pour l'environnement

La durabilité de l'environnement est une priorité croissante pour l'industrie aéronautique.Les voies de circulation à grande vitesse contribuent directement à réduire les émissions en réduisant les temps de circulation et la combustion de carburant qui en découle. Selon une étude de l'Association internationale du transport aérien (IATA), jusqu'à 5 % du carburant total est consommé pendant les opérations au sol.

De plus, comme les aéronefs quittent la piste à une vitesse plus élevée, ils peuvent ralentir leur fuite de la zone de sécurité de la piste, souvent en se déplaçant vers un endroit où l'impact du bruit est plus faible.

La réduction du temps de ralenti des moteurs réduit également les émissions de polluants atmosphériques locaux, comme les oxydes d'azote (NOx), les particules et les hydrocarbures non brûlés. Ceci est particulièrement important dans les aéroports urbains où les préoccupations en matière de qualité de l'air sont aiguës.

Incidences sur la sécurité

La sécurité est une considération primordiale dans toute conception de voie de circulation. Les voies de circulation à grande vitesse ont démontré un bilan de sécurité positif lorsqu'elles sont correctement mises en œuvre.

  • Risque réduit d'incursions sur piste : Comme la trajectoire de sortie est dédiée et courbée, les pilotes ont moins de points de décision sur la piste elle-même. La probabilité de confondre une issue avec une piste est réduite au minimum.
  • Risque de collision faible sur les voies de circulation parallèles: Les sorties à grande vitesse se déplacent dans les voies de circulation parallèles à un angle doux, ce qui permet de fusionner le trafic à des vitesses similaires, réduisant ainsi les collisions en bout arrière et en virage latéral.
  • Meilleure connaissance de la situation du pilote :[ Les aéronefs qui quittent la piste à une vitesse plus élevée sont moins susceptibles d'être dépassés par des avions d'atterrissage qui se déplacent plus rapidement derrière eux, ce qui réduit le risque de dépassements sur la piste.
  • Maîtrise améliorée en cas de mauvais temps: Des voies de circulation à grande vitesse bien conçues ont des surfaces d'asphalte rainurées ou poreuses pour améliorer le freinage et réduire l'hydroplanage.

Les procédures spécifiques aux types d'aéronefs pour les sorties à grande vitesse doivent être informées dans le poste de pilotage, et les pilotes doivent être au courant des vitesses de sortie et des horaires de freinage prévus. Les contrôleurs de la circulation aérienne jouent également un rôle en émettant des instructions claires de sortie et en assurant l'espacement sur la voie de circulation parallèle.

Défis et obstacles à la mise en œuvre

Malgré les avantages évidents, la mise en place de voies de circulation à grande vitesse n'est pas sans difficultés. Le plus important est coût.La construction nécessite des travaux d'excavation approfondis, des chaussées spécialisées et souvent le déplacement des services publics, le drainage et l'éclairage des voies de circulation.

Les contraintes spatiales sont un autre obstacle. Les aéroports construits il y a des décennies ne possèdent peut-être pas les biens immobiliers nécessaires aux grandes courbes de rayon et aux longues zones de décélération des sorties modernes à grande vitesse. Dans ces cas, des conceptions novatrices comme les sorties à grande vitesse -tangentielles-qui utilisent une courbe plus courte suivie d'une section plus longue droite- peuvent aider, mais elles peuvent nécessiter une charge de travail plus importante du pilote.

L'intégration avec l'infrastructure existante est essentielle. Une nouvelle voie de circulation à grande vitesse doit s'aligner sur le tablier, la disposition des portes et les routes des véhicules au sol. Des conceptions incompatibles peuvent créer des goulots d'étranglement ailleurs.

Il faut également former les pilotes et les contrôleurs. La transition vers les opérations à grande vitesse peut exiger de nouvelles procédures pour les deux parties.

Enfin, entretien les exigences sont plus élevées en raison des vitesses et des charges plus grandes. Les surfaces de pavage doivent être vérifiées régulièrement pour les irrégularités qui pourraient entraîner une perte de contrôle.

Études de cas

Aéroport international Hartsfield-Jackson d'Atlanta (ATL)

L'aéroport d'Atlanta, le plus fréquenté au monde par le trafic passagers, compte beaucoup sur les voies de circulation à grande vitesse. Ses cinq pistes parallèles sont reliées par un réseau de voies de circulation à sortie rapide qui permettent des arrivées et des départs simultanés sur les pistes adjacentes. La disposition de la voie de circulation, mise à jour dans les années 2010, a permis à ATL d'augmenter son taux d'arrivée de 90 à 120 mouvements par heure par piste en période de pointe.

Aéroport international de Dubaï (DXB)

La capacité de la piste de Dubaï a été un facteur limitant pour sa croissance rapide. La construction de voies de circulation à grande vitesse dans le cadre du projet de rénovation de la piste de 2014 a réduit le temps moyen d'occupation de la piste de 62 secondes à 38 secondes pour les arrivées.

Aéroport de Londres-Heathrow (LHR)

Heathrow, qui opère à proximité de la saturation avec deux pistes, a investi dans des voies de circulation à grande vitesse pour évacuer tous les mouvements possibles. La nouvelle sortie à grande vitesse ouest sur la piste nord, commandée en 2020, a permis aux contrôleurs de réduire l'espacement entre les arrivées.

Évolution future

L'évolution des voies de circulation à grande vitesse est étroitement liée aux tendances plus larges de l'automatisation aéroportuaire et de la technologie des aéronefs.

  • Systèmes de guidage automatisés :[ Les aéroports testent des systèmes qui utilisent des capteurs au sol et des écrans de poste de pilotage pour guider les pilotes vers la sortie haute vitesse correcte à la vitesse optimale et au profil de freinage, ce qui peut réduire la variabilité de la vitesse de sortie et réduire davantage l'espacement entre les arrivées.
  • Trajet électrique: Les aéronefs sont de plus en plus conçus avec des moteurs électriques sur le train d'atterrissage qui leur permettent de circuler sans utiliser les moteurs principaux. Les voies de circulation à grande vitesse sont idéales pour de tels systèmes, car elles permettent à la conduite électrique de s'engager à des vitesses plus élevées, d'étendre la portée de la batterie et de réduire la consommation énergétique globale.
  • Voies de circulation à géométrie variable: Des recherches sont en cours dans des voies de circulation à courbure réglable ou à angles de sortie multiples qui peuvent être choisis en fonction de la taille de l'aéronef et des conditions météorologiques.
  • Intégration avec tours numériques et AI:[ Les futurs systèmes de contrôle de la circulation aérienne utiliseront l'intelligence artificielle pour attribuer dynamiquement des sorties à grande vitesse en fonction des contraintes de trafic, de temps et de bruit en temps réel.
  • Matériels durables:[ De nouveaux revêtements de chaussée faits de matériaux recyclés ou comportant de l'asphalte autoguérisant sont en cours de développement pour des voies de circulation à grande vitesse, réduisant les coûts d'entretien et l'empreinte environnementale.

Alors que le trafic aérien mondial continue d'augmenter, selon les prévisions, pour doubler d'ici 2040, selon l'Association internationale du transport aérien, la demande pour une exploitation efficace des pistes ne fera que s'intensifier. Les voies de circulation à grande vitesse ne sont pas un luxe, mais une nécessité pour une infrastructure aéroportuaire moderne. Elles représentent une solution éprouvée et rentable pour accroître la capacité, réduire les émissions et améliorer la sécurité.