Différencier les approches RNAV, GNSS, PBN, RNP, LPV

Les méthodes de navigation des avions ont énormément progressé durant ces dernières décennies. De la navigation à vue, en passant par le sextant, les balises de radionavigation ou la navigation inertielle, nous sommes arrivés à une ère où le positionnement par satellite a tout détrôné.

Aborder les différents types de navigation et d’approches n’est pas chose aisée. Le sujet est très complexe et nécessite de posséder déjà un certain nombre de notions. L’objectif ici est de vous permettre de mieux comprendre tous ces termes ainsi que leur contexte d’utilisation sans se remuer les méninges.

RNAV (Area Navigation)

La navigation de surface, dite RNAV, désigne l’ensemble des méthodes qui permettent de naviguer entre des points virtuels (waypoints). A la différence de la navigation conventionnelle, la navigation de surface ne nécessite pas de survoler des balises de radionavigation au sol pour naviguer. Elle permet une plus grande précision et des trajectoires bien plus optimisées, que ce soit sur des segments de départ, d’en-route ou d’approche.

Navigation conventionnelle et RNAV

Il faut bien comprendre que même si c’est quasi systématiquement le cas, dans sa définition pure, naviguer en RNAV ne signifie pas forcément être équipé d’un système de positionnement GPS. En effet, il existe d’autres méthodes permettant aux avions de déterminer leur position telles que :

  • VOR/DME ;
  • DME/DME ;
  • DME/DME/IRU ;
  • INS/IRS ;
  • LORAN.

Les différentes combinaisons citées ci-dessus correspondent aux senseurs utilisables pour calculer la position d’un avion dans l’espace. Attention, les pilotes n’ont pas à calculer quoi que ce soit. Les senseurs transmettent les données à l’ordinateur de bord qui détermine lui-même la position grâce aux différentes infos reçues.

En fonction des systèmes qui équipent votre avion, vous pouvez ainsi lister… Vos PBN ! Les PBN renseignent en fait sur les capacités de votre avion à opérer sur différents segments de routes.

PBN list
Liste des PBN

Nous n’allons pas passer en revue chaque ligne de ce tableau, ce n’est pas le but, mais nous distinguons clairement les différents types de segments ainsi que les senseurs possibles permettant d’y naviguer. Par exemple, en mesurant sa distance par rapport à 2 DME, et en comparant ces données avec sa base de données, le FMC peut déterminer la position de l’appareil s’il possède les sensurs DME/DME.

On retrouve les différentes restrictions liées aux PBN sur les cartes IFR pour les SID, STAR, approches initiales et approches finales RNAV. Elles sont présentées sous forme d’un tableau, ou bien directement dans l’en-tête des cartes FNA.

Différencier les approches RNAV, GNSS, PBN, RNP, LPV 3

Dans l’exemple ci-dessus, pour effectuer une SID RNAV, il faut posséder au minimum un PBN D2, ou bien D1.

Pour les STAR RNAV, une capacité RNAV 1 tout court suffit (D2, D3, D4 ou D1).

STAR à LFBD

GNSS (Global Navigation Satellite System)

En français, on parle de « système de positionnement par satellites« , ou par abus de langage de GPS. Ce dernier terme ne devrait toutefois pas être utilisé étant donné que le GPS est le système de positionnement par satellite proposé par les Etats-Unis.

Il existe d’autres constellations de satellites autres que celle du GPS :

  • GLONASS (russe) ;
  • Beidou (chinois) ;
  • Galileo (européen).

Tous permettent des applications dans l’aviation. C’est pour cela qu’on utilise le terme GNSS et non GPS, car il englobe le positionnement par satellite tous systèmes confondus.

Satellite Galileo

Sauf rares exceptions, tous les avions de ligne sont aujourd’hui équipés en GNSS. Dans un document datant de 2014, Eurocontrol comptabilisait 88% de vols ayant déposé un plan de vol comme étant équipés GNSS, et 97% possédant des capacités PBN. 6 ans plus tard, on peut affirmer sans aucun doute que ce chiffre a encore bien évolué.

De nombreux avions de loisir disposent aujourd’hui de GNSS embarqués, grâce notamment au leader du marché Garmin qui propose des équipements tels que les célèbres GNS 430 et 530, GTN 650 et GTN 750,  ou encore des avioniques type G500.

Cockpit équipé Garmin
Cockpit équipé d’une avionique Garmin

Attention, posséder un équipement GNSS ne signifie pas forcément que l’avion est certifié pour voler sur des routes ou procédures RNAV, et encore moins qu’il soit équipé d’un pilote automatique ! En aviation générale, ce sont plutôt des aides à la navigation, le vol à vue restant souvent seul maître à bord.

RNP

RNP est l’acronyme de Required Navigation Performance (navigation avec performance requise). La navigation dite RNP nécessite l’emport d’un système de surveillance et d’alerte à bord des aéronefs. Celui-ci indique sous la forme d’une alarme sonore ou visuelle toute erreur de déviation au-delà d’une certaine limite fixée. C’est cela qui fait la différence entre une navigation RNP et RNAV.

Avec la normalisation des noms des approches, nous sommes récemment passés de la dénomination RNAV(GNSS) à RNP, laquelle définit plus justement les conditions nécessaires à l’accomplissement d’une approche GNSS. On ne parle plus aujourd’hui d’approches RNAV. On comprend également que les segments RNP sont ceux qui nécessitent la navigation la plus précise possible !

RNP AR APCH

Il existe une variante plus évoluée des approches RNP : les RNP AR APCH (AR pour Authorization Required), c’est-à-dire autorisation requise.  Les approches RNP AR sont un standard d’approche plus précis que les approches RNP classiques (0.3 NM à 0.1 NM de précision contre 0.3 NM pour les RNP).

Les avions et les équipages doivent être certifiés pour effectuer ce type d’approche, qui n’existe pas encore en France (2020). Leur implémentation est à l’étude depuis de nombreuses années.

Enfin, la grande nouveauté des approches RNP AR est qu’elles peuvent proposer des RF (Radius to fix). Pour faire simple, les procédures RF ne se contentent plus de trajectoires linéaires entre 2 points, mais peuvent intégrer des segments de virages à rayon constant.

Et comme les images valent 1000 mots…

RNP APCH vs RNP AR APCH

En limitant le phénomène d’overshoot, les trajectoires RF proposent des tracés bien plus précis. On pourrait alors imaginer des approches RNP dont l’IF serait plus proche du FAF qu’actuellement.

LPV

LPV signifie Localizer Performance with Vertical guidance.  L’approche LPV est une catégorie d’approche RNP. Elle est très similaire à l’approche ILS en ce qui concerne la précision, à la différence près qu’aucun système au sol n’est utilisé pour assurer le guidage jusqu’à la piste.

En effet, sur une approche LPV, le guidage horizontal et vertical est assuré par GNSS. Ce guidage GNSS est complété par un système SBAS (Satellite Based Augmentation System). Sans rentrer trop dans le détail, il s’agit d’un système qui permet, grâce à une constellation de satellites et de stations au sol spécialement dédiés, d’améliorer la précision du signal GNSS en vérifiant son intégrité et corrigeant les erreurs.

Les noms des plus connues de ces constellations ne vous sont peut-être pas inconnus : EGNOS pour l’Europe, WAAS  en Amérique du Nord.

Carte SBAS
Carte des différents services SBAS

Pour en revenir à notre LPV, il s’agit, comme pour l’ILS, d’une approche de précision. Les DA/DH sont souvent proches des minimas proposés par les ILS CAT I, mais ne rivalisent pas vraiment avec les CAT II ou CAT III.

Il faut savoir que les approches LPV sont amenées à remplacer les ILS CAT I sur de nombreux terrains. En effet, ces approches ne dépendant d’aucune infrastructure au sol, elles sont bien plus intéressantes en termes d’absence d’entretien.

L’aéroport d’Agen a définitivement mis hors service son ILS 29 de CAT I au profit d’une approche RNP. Les minimas sur ce terrain sont quasi conservés (DA identique, mais RVR à 750 au lieu de 550m pour l’ILS).

Il est à noter que les approches LPV sont assez récentes chez nous. La première mise en service en Europe a eu lieu en avril 2016 à Paris CDG. Quasi tous les aéroports commerciaux français en proposent aujourd’hui.

LNAV-VNAV

L’approche LNAV-VNAV fonctionne presque sur le même principe qu’une approche LPV. Un élément diffère toutefois entre les deux, il s’agit de la mesure de l’altitude. Sur une approche finale LNAV-VNAV, la référence en altitude provient des mesures des sondes statiques. Outre une précision verticale moins importante, un mauvais réglage de QNH local sur l’altimètre peut mener à un écart notable en altitude sur la procédure publiée.

C’est pour cette raison que les approches LNAV-VNAV disposent de minimas plus hauts que les LPV.

Enfin, on retrouve souvent sur les cartes les approches LNAV. Rien ne change pour le guidage horizontal. En revanche, il n’y a pas de guidage vertical. La descente est réglée manuellement par les pilotes. Les minimas sont encore plus hauts, et la DA/DH fait place à une MDA + un MAPT.

A savoir : sur certains avions modernes, le FMC peut générer un plan de descente aux approches LNAV. Les minimas restent toutefois les mêmes.

GLS

Peu connues, car inutilisées en France et très peu dans le monde, il existe des approches GLS. Ces approches RNAV utilisent le même principe que les approches LPV, mais le système SBAS est remplacé par un système GBAS (Ground Based Augmentation System). Ici, un signal de renforcement émis par une station au sol aux avions permet d’améliorer la précision du guidage GNSS.

SBAS
Fonctionnement du SBAS et GBAS

Ce système a pour ambition d’ici quelques années de détrôner les ILS CAT II et III. Une seule station GBAS suffit à couvrir tout un aéroport. Sur un gros terrain doté de 4 pistes, un système GLS pourrait alors fournir des approches de CAT II et III pour les 8 axes d’approches… Rien que ça !

GBAS toulouse

Une station GBAS a été installée sur l’aéroport de Toulouse Blagnac pour mener des expérimentations, mais aucune approche GLS n’est encore publiée. D’après une publication de la DGAC et du ministère de la transition écologique et solidaire, l’objectif visé est une mise en service à Toulouse pour 2024, puis Paris CDG en 2025. Affaire à suivre.

Quelques sources :

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