Les itinéraires de vol des avions de passagers sont généralement bien établis. En pratique, facteurs imprévus, principalement lié à la météo, obligent souvent les pilotes à parcourir plus de kilomètres que prévu. Une équipe polono-colombienne de scientifiques et d'ingénieurs, inspiré du comportement des insectes et des oiseaux, a développé un logiciel qui permet une modification rationnelle en temps réel des itinéraires de vol. Le système a montré des avantages financiers et environnementaux mesurables.

La faune a souvent servi d'inspiration aux scientifiques. Ce fut le cas des scientifiques et ingénieurs de l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences (IPC PAS) à Varsovie et de l'Universidad Cooperativa de Colombia (UCC). L'équipe a utilisé ses connaissances interdisciplinaires pour optimiser les itinéraires de vol des aéronefs. Objectif :réduire les émissions de gaz à effet de serre, réduire la pollution sonore et réduire les coûts d'exploitation. La tâche a été réalisée à l'aide d'algorithmes reflétant les caractéristiques du comportement des abeilles et des coucous.

« À Varsovie, nous nous occupons principalement de la catalyse. Récemment, des méthodes inspirées de solutions trouvées dans la nature ont été appliquées dans l'analyse des enjeux catalytiques, " explique le Pr Juan Carlos Colmenares, de l'IPC PAS. « Nous étions intéressés de voir si nous pouvions utiliser nos connaissances pour optimiser la combustion du carburant dans les moteurs d'avion. Avec nos partenaires colombiens, nous avons commencé à travailler avec un module, mais le programme a rapidement commencé à se développer pour inclure plus, en tenant compte d'autres facteurs affectant les schémas de vol.

En développement depuis trois ans, le logiciel a été préparé en termes de définition de trajectoires de vol optimales pour les avions à courte portée équipés de moteurs à turbosoufflantes à volume de combustion constant. Au sein de ce groupe, chaque type d'avion est représenté par un ensemble de paramètres approprié. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'étendre le logiciel avec des algorithmes et des données prenant en compte les caractéristiques spécifiques des avions avec des moteurs d'autres types. Le logiciel intègre déjà toute une gamme de paramètres, liés non seulement au type de carburant utilisé, performances du moteur ou aérodynamique, mais aussi aux trajectoires de vol initialement supposées, profils de montée et descente, longueur des pistes de l'aéroport et la topographie locale. Les modules d'émissions chimiques et sonores traitent de l'optimisation de l'impact sur l'environnement. L'ensemble répond aux normes de sécurité imposées par l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI).

Le cœur du logiciel est constitué de deux algorithmes permettant de trouver des trajectoires de vol potentielles. L'algorithme de base utilise des principes vus dans la nature dans le mouvement des groupes d'animaux, surtout dans les bancs de poissons ou les essaims d'abeilles. Chaque individu du groupe décide du prochain mouvement en fonction de la connaissance accumulée des meilleurs endroits visités par cet individu et les autres membres du groupe ; il prend également en compte l'inertie du mouvement.

Dans le package optimisation des trajectoires de vol, les 'abeilles' sont divers points autour de l'avion, chacun d'eux étant traité comme un individu distinct naviguant dans la zone. L'algorithme commence à travailler à partir d'un essaim de points se déplaçant autour de l'avion. Dans les prochaines itérations de l'algorithme, les «abeilles» commencent à se regrouper autour de l'endroit optimal à un moment donné, qui est considérée comme la prochaine étape de la trajectoire de vol.

Le deuxième algorithme de recherche de la prochaine étape du vol imite le comportement du coucou, un oiseau qui pond ses œufs dans les nids d'autres oiseaux. Les trajectoires de vol conçues à l'aide de l'algorithme du coucou sont caractérisées par de longs, sections droites, tournant rapidement à 90 degrés.

« Le grand avantage du logiciel que nous avons développé est le fait qu'il fonctionne en temps réel. le contrôleur de vol et le pilote reçoivent régulièrement des conseils. Non seulement peuvent-ils prendre une décision rapidement mais aussi consciemment, une fois choisi un itinéraire un peu plus risqué, mais un qui est plus économique, à d'autres moments, en optant pour un itinéraire le plus sûr possible, mais ça prend un peu plus de temps, " dit le Pr Colmenares.

Pour tester le logiciel, les chercheurs ont analysé l'efficacité de ses prédictions en ce qui concerne le populaire avion Airbus A320 avec des moteurs CFM56-5, desservant des itinéraires d'environ 350 km avec des paramètres de vol typiques (vitesse de croisière 828 km/h, 39, 370 pieds, etc.). Les simulations montrent que dans des situations non conventionnelles, les itinéraires proposés par le logiciel étaient, en moyenne, environ 11 km plus court que les alternatives typiques, délimité de manière classique sur la base du plan de vol. Finalement, l'optimisation a permis de réduire de 1,16 % les coûts d'exploitation totaux d'une machine.

« Un bénéfice à un niveau à peine supérieur à 1 % n'a pas l'air particulièrement intéressant. Nos simulations montrent :cependant, que dans le cas d'un seul aéronef mais souvent utilisé, les économies sur un an peuvent atteindre même des centaines de milliers de dollars. Et pourtant, nous commençons tout juste à étendre notre logiciel et il n'est pas encore totalement optimisé ! Donc, à l'avenir, on peut s'attendre à des économies légèrement supérieures à celles actuellement prévues... mais il ne faut pas s'attendre à des miracles", dit le Dr Eng. Ramón Fernando Colmenares-Quintero, Pr UCC.

Dans les années à venir, les différentes parties du package optimisant les itinéraires des vols seront améliorées, et le paquet lui-même sera étendu avec de nouveaux modules.