Influence sur les temps de roulage

Les r´esultats globaux des 9 simulations effectu´ees sont pr´esent´es sur la figure 10.7 :

– Lorsque les sens pr´ef´erentiels d´efinis par les op´erationnels ne sont pas appliqu´es, des cas d’´echec de la m´ethode 1 contre n apparaissent : l’analyse des situations non r´esolues r´ev`ele

qu’il s’agit de situations o`u trois avions sont impliqu´es autour de la mˆeme intersection, le pre- mier allant vers le second, le second vers le troisi`eme et le troisi`eme vers le premier (figure 10.8). Une solution existe mais n´ecessite que chaque avion effectue un d´etour ou une attente, ce qui ne peut pas ˆetre trouv´e par la m´ethode1 contre n, puisque l’avion le plus prioritaire ne

prend pas en compte les deux autres. Cette disposition relative des avions correspond `a une g´en´eralisation de la notion de face `a face `a plus de deux avions et pourrait ˆetre ´evit´ee par des contraintes suppl´ementaires sur les positions des avions `a la fin de l’horizon.

– Dans la configuration sans aucun sens pr´ef´erentiel, le retard est augment´e mais le temps de roulage effectif est diminu´e. L’augmentation des retards, due `a la r´epartition moins stricte des avions, est donc compens´ee par la r´eduction des temps de parcours minimaux. L’am´elioration n’est cependant pas suffisante pour rendre la configuration r´eellement avantageuse d’un point de vue op´erationnel, car les temps de roulage deviennent plus variables et les situations beaucoup plus complexes pour un op´erateur humain (car pr´esentant de nombreux risques de face-`a-face). – La configuration avec sens pr´ef´erentiels restreints aboutit `a des temps de roulage effectifs du mˆeme ordre que lorsque tous les sens pr´ef´erentiels sont appliqu´es : la r´epartition du trafic est stricte sur les grands axes, mais les sens d’entr´ee et de sortie des zones de stationnement ne sont pas d´efinis, ce qui g´en`ere de nombreuses situations probl´ematiques et cause finalement des retards plus importants.

– Dans chaque configuration, les trois m´ethodes de r´esolution conservent la mˆeme efficacit´e rela- tive : l’algorithme g´en´etique hybride (AG1 contre n) fournit toujours les meilleures solutions.

La figure 10.9 montre la sensibilit´e de la meilleure m´ethode de r´esolution (AG 1 contre n) `a la

densit´e du trafic, dans les trois configurations ´etudi´ees : on remarque que le retard est diminu´e dans les p´eriodes moyennement charg´ees (moins de 25 avions actifs par tranche de 10 minutes) lorsque les

146 CHAPITRE 10. MESURE DE DIFF ´ERENTS FACTEURS

Avec Restreint Sans Avec Restreint Sans Avec Restreint Sans AG hybride AG initial

1 contre n 475

Simulation du 22/03/2002 à Roissy

Temps minimal moyen Retard moyen 650 500 525 550 575 600 625

Temps de roulage moyen (secondes)

FIG. 10.7 – Influence des sens pr´ef´erentiels sur les temps de roulage

0

10.4. INCERTITUDES SUR LA VITESSE 147 0 50 100 150 200 0 5 10 15 20 25 30 35

Retard moyen (secondes)

Nombre d’avions par tranches de 10 minutes Retard moyen en fonction du nombre d’avions

Avec sens préférentiels Sens préférentiels restreints

Sans sens préférentiels

FIG. 10.9 – Influence des sens pr´ef´erentiels pour l’AG1 contre n

sens pr´ef´erentiels sont restreints ou n´eglig´es. L’´ecoulement du trafic peut donc ˆetre significativement am´elior´e en dehors des p´eriodes de pointe, si les sens pr´ef´erentiels de circulation sont annul´es (ce qui corrobore les pratiques op´erationnelles).

10.4

Incertitudes sur la vitesse

L’´etude des vitesses r´eelles des avions `a Roissy et `a Orly (partie 3.2) montre que le taux d’incer- titude actuel sur les vitesses de roulage se rapproche plutˆot de 50% que de 20% (en ligne droite tout

au moins) : dans ces conditions, les ordres de contrˆole doivent absolument ˆetre donn´es le plus tard possible, pour rester flexibles et ne pas d´egrader excessivement l’optimisation des trajectoires.

Ces consid´erations, appliqu´ees `a la simulation ou `a tout syst`eme de maintien des s´eparations au roulage, impliquent que les r´esolutions doivent ˆetre am´elior´ees lorsque le pas de rafraˆıchissement du syst`eme diminue, surtout si l’incertitude est importante : les simulations seront donc effectu´ees avec diff´erentes valeurs du param`etre∆.

De plus, pour que les variations du taux d’incertitude soient ´etudi´ees ´equitablement, les vitesses moyennes ne doivent pas ˆetre modifi´ees : l’intervalle des vitesses possibles ´etant d´efini par rapport `a la vitesse maximale en ligne droite (Vmax), cette vitesse sera augment´ee avec l’incertitude.

Enfin, pour que l’effet des incertitudes ne soit pas sous-estim´e, le passage `a la situation suivante se fera avec brouillage des positions (comme cela a ´et´e d´ecrit dans la partie 4.4.2).

148 CHAPITRE 10. MESURE DE DIFF ´ERENTS FACTEURS 0 20% 50% Taux d’incertitude 250 200 150 100 50 Simulation du 22/03/2002 à Roissy

Retard moyen (secondes)

Pas faible Pas classique

FIG. 10.10 – Influence des incertitudes sur le retard

10.4.2 Simulations

Les simulations sont effectu´ees `a partir du mˆeme ´echantillon de trafic que pr´ec´edemment, en utilisant la meilleure m´ethode de r´esolution (AG hybride 1 contre n) avec les param`etres les plus

adapt´es issus des r´esultats pr´ec´edents :

– Horizon de pr´ediction :Hp = 5 minutes ; – Horizon ´etendu :He= 2 minutes ; – Sens uniques : appliqu´es ;

– Nombre de positions d’attente :Ω = 1.

Six configurations sont envisag´ees :

Sc´enario δv ∆ (minutes) Vmax(m/s)

Incertitude ´elev´ee avec pas faible 50 % 1 12

Incertitude ´elev´ee avec pas classique 50 % 2 12

Incertitude moyenne avec pas faible 20 % 1 10

Incertitude moyenne avec pas classique 20 % 2 10

Nulle avec pas faible 0 % 1 9

Nulle avec pas classique 0 % 2 9

10.4.3 R´esultats

Les r´esultats globaux des six simulations sont pr´esent´es sur la figure 10.10 :

– La diminution du pas de rafraˆıchissement∆ n’a aucun effet sans incertitude, mais devient de

plus en plus b´en´efique lorsque le taux d’incertitude augmente : lorsque ce dernier atteint50%,

le retard moyen sur l’ensemble de la journ´ee est divis´e par deux par simple r´eduction de∆ `a

1 minute. Ces r´esultats confirment l’importance de la flexibilit´e du syst`eme de contrˆole pour la gestion optimis´ee des incertitudes.

10.4. INCERTITUDES SUR LA VITESSE 149 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Délai moyen (secondes)

Nombre d’avions par tranches de 10 minutes Trafic du 22/03/2002 à Roissy

Taux d’incertitude nul Taux d’incertitude de 20% Taux d’incertitude de 50%

FIG. 10.11 – Influence des incertitudes pour l’AG1 contre n

0 500 1000 1500 2000 5 10 15 20 25 Nombre de cas

Taille des clusters

Influence des incertitudes sur la taille des clusters Taux d’incertitude de 50% Taux d’incertitude de 20% Taux d’incertitude nul

150 CHAPITRE 10. MESURE DE DIFF ´ERENTS FACTEURS – Dans tous les cas, le retard moyen augmente fortement avec l’incertitude : mˆeme dans la confi- guration la plus flexible (∆ = 1 minute) et avec un horizon relativement r´eduit (Hp = 5 minutes), le retard est doubl´e lorsque le taux d’incertitude passe de20% `a 50%. L’obligation de

rouler `a des vitesses pr´ed´efinies, mˆeme r´eduites, permettrait donc de diminuer consid´erablement le retard des avions au sol.

La sensibilit´e de la m´ethode de r´esolution `a la densit´e de trafic et aux incertitudes est repr´esent´ee sur la figure 10.11, pour les configurations avec pas faible (∆ = 1 minute) : il apparaˆıt que la

d´egradation du retard moyen est concentr´ee sur les p´eriodes les plus charg´ees et tr`es peu visible sur les p´eriodes moyennement charg´ees (moins de 20 avions par tranche de 10 minutes). Un taux d’incer- titude ´elev´e n’est donc pas p´enalisant tant que l’a´eroport n’atteint pas un certain seuil de saturation.

Enfin, la figure 10.12 montre la croissance consid´erable de la taille et du nombre de clusters provoqu´ee par l’augmentation des incertitudes (ces mesures sont extraites des r´esolutions avec le pas faible de 1 minute) : l’augmentation du nombre total de clusters r´esolus (alors que l’horizon et le pas de rafraˆıchissement sont fixes) signifie que la r´esolution it´erative par clusters s´epar´es (d´ecrite dans la partie 5.4.3) devient caduque, car ces clusters finissent le plus souvent par ˆetre r´eunis en un seul cluster de grande taille.

10.5

Conclusion

Les simulations d’une journ´ee de trafic a´eroportuaire permettent de d´egager les principales ca- ract´eristiques de la gestion des mouvements au sol :

– L’incertitude sur les vitesses de roulage, mˆeme si elle ´etait r´eduite `a un taux de20%, implique

que les trajectoires des avions au sol ne peuvent ˆetre v´eritablement optimis´ees qu’avec un hori- zon de pr´ediction de l’ordre de5 minutes. Cette limite sur la pr´evisibilit´e du trafic au sol justifie

la d´efinition de proc´edures op´erationnelles strictes visant `a ´eviter les situations de blocage re- latif des avions. Pour un syst`eme automatique d’optimisation des trajectoires, cette limite rend obligatoire la consid´eration de contraintes sp´ecifiques assurant la p´er´enit´e de l’´ecoulement du trafic.

– Diff´erentes configurations des sens pr´ef´erentiels de circulation peuvent ˆetre envisag´ees : leur mise en œuvre induit g´en´eralement un rallongement non n´egligeable des chemins propos´es aux avions, mais s’av`ere b´en´efique dans les p´eriodes les plus charg´ees, dans la mesure o`u elle rend plus pr´evisibles les temps de roulage effectifs et assure une r´epartition plus organis´ee (donc plus sˆure) du trafic. L’application des sens pr´ef´erentiels s’av`ere cependant p´enalisante en dessous d’un certain seuil d’activit´e de l’a´eroport : des ´etudes ult´erieures pourront s’int´eresser `a une d´efinition plus flexible de ces sens pr´ef´erentiels.

– L’influence des incertitudes li´ees aux vitesses de roulage sur les retards impos´es aux mouve- ments est consid´erable : tout syst`eme permettant de r´eduire ces incertitudes peut potentiellement diminuer de moiti´e les retards au sol, tout en r´eduisant les risques de collision entre avions. Les projets de guidage automatique des avions au sol sont, dans ce contexte, extrˆemement promet- teurs.

Les simulations effectu´ees d´evoilent ´egalement une grande sensibilit´e des temps de roulage aux m´ethodes de r´esolutions employ´ees et aux diff´erents param`etres du mod`ele : le trafic au sol n’ob´eit pas seulement `a des r`egles simples de file d’attente et peut ˆetre largement am´elior´e par l’optimi- sation judicieuse des trajectoires. Ces r´esultats montrent toute l’attention qui doit ˆetre port´ee sur le d´eveloppement d’outils d’aide `a la d´ecision, dont l’importance pour la gestion du trafic a´erien n’est plus `a prouver.

Chapitre 11

Respect des cr´eneaux de d´ecollage

11.1

Introduction

Dans le contexte de la r´egulation europ´eenne du trafic a´erien, des cr´eneaux de d´ecollage sont attribu´es `a certains vols, lorsque ces derniers pr´evoient de traverser des espaces a´eriens congestionn´es. Un cr´eneau est d´efini par une heure de d´ecollage impos´ee `a l’avion, retard´ee par rapport `a l’heure initialement demand´ee par la compagnie. La tol´erance officiellement admise pour le d´ecollage effectif de l’avion est l’intervalle de temps d’un quart d’heure, commenc¸ant5 minutes avant le cr´eneau, et se

terminant10 minutes apr`es.

Ces contraintes posent souvent de nombreux probl`emes op´erationnels pour le contrˆole au sol, car les temps de roulage sont extrˆemement variables et pendant les p´eriodes les plus charg´ees, les bretelles d’acc`es `a la piste sont encombr´ees par les files d’attente de d´eparts. Lorsque d’autres perturbations op´erationnelles viennent s’ajouter `a ces difficult´es, le probl`eme peut devenir trop complexe et les cr´eneaux sont parfois manqu´es.

A titre d’exemple, la figure 11.1 donne la proportion des d´eparts soumis `a r´egulation qui d´ecollent avant, pendant et apr`es leur cr´eneau. Ces donn´ees, issues directement des traces radar des avions `a Roissy, montrent la proportion des avions (entre 20% et 30%) qui se voient attribu´e le d´ecollage trop tˆot ou trop tard. Cette proportion, qui pourrait paraˆıtre relativement acceptable, est en r´ealit´e extrˆemement dommageable pour la r´egulation du trafic (ATFM : Air Traffic Flow Management) car les seuils de capacit´es des espaces a´eriens sont malgr´e tout d´epass´es alors que certains avions sont consid´erablement retard´es. 82% 79% 72% Avant le créneau Après le créneau Dans le créneau 20/03/2002 21/03/2002 22/03/2002 (152 Créneaux) (228 Crénaux) (278 Créneaux)

FIG. 11.1 – Respect actuel des cr´eneaux `a Roissy 151

152 CHAPITRE 11. RESPECT DES CR ´ENEAUX DE D ´ECOLLAGE Dans ce chapitre, l’objectif est donc d’´evaluer la capacit´e d’un simulateur d’a´eroport `a fournir une pr´ediction des temps de roulage suffisamment pr´ecise pour prendre en compte les contraintes des cr´eneaux de d´ecollage dans l’optimisation des situations de trafic au sol.