Ce que la sécurité maritime peut apprendre de l’aviation : l’histoire du TCAS et du TAWS

Comment l’aviation a relevé le défi de l’évitement de collision—et quelles leçons s’appliquent à la mer.

Lorsque nous envisageons d’améliorer la sécurité en mer, il serait insensé de ne pas regarder vers le ciel. L’aviation évolue dans un environnement bien moins clément que le maritime : trois dimensions au lieu de deux, des vitesses mesurées en centaines de nœuds, et des marges d’erreur mesurées en secondes plutôt qu’en minutes. Pourtant, au cours des cinquante dernières années, l’industrie aéronautique a réalisé des améliorations remarquables en matière de sécurité—particulièrement pour prévenir les deux types d’accidents les plus catastrophiques : les collisions en vol et le vol contrôlé contre le terrain.

Les technologies qui ont émergé de cet effort—TCAS (Traffic Collision Avoidance System) et TAWS (Terrain Awareness and Warning System)—offrent des leçons profondes pour ceux d’entre nous qui travaillent à rendre les mers plus sûres.

Le problème : les limitations humaines dans un environnement à haute vitesse

Pendant la majeure partie de l’histoire de l’aviation, l’évitement de collision reposait sur le même principe qui régit encore une grande partie de la navigation maritime : voir et éviter. Les pilotes étaient censés maintenir une séparation visuelle avec les autres aéronefs. Les contrôleurs aériens fournissaient une couche supplémentaire de sécurité, mais finalement, les yeux du pilote constituaient la dernière ligne de défense.

Cela fonctionnait de manière acceptable aux premiers jours de l’aviation. Mais à mesure que les cieux se sont encombrés et que les aéronefs volaient plus vite, les limitations sont devenues mortellement apparentes. La vitesse d’approche entre deux jets se dirigeant l’un vers l’autre peut dépasser 1 000 nœuds—ce qui signifie que du moment où un pilote repère un point sur le pare-brise au moment de l’impact, il ne peut s’écouler que quelques secondes. Les temps de réaction humains sont tout simplement inadéquats.

De même, le “vol contrôlé contre le terrain” (CFIT)—où un aéronef parfaitement fonctionnel est dirigé vers le sol, souvent par mauvaise visibilité—est resté une cause majeure d’accidents mortels jusque dans les années 1970. Les pilotes, désorientés ou distraits, descendaient dans des montagnes ou un terrain qu’ils n’avaient jamais vu arriver.

TCAS : le gardien électronique contre les collisions en vol

Le Traffic Collision Avoidance System est né d’une intuition simple mais puissante : les aéronefs transportent déjà des transpondeurs qui diffusent leur identité et leur altitude. Et si ces transpondeurs pouvaient communiquer entre eux, indépendamment du contrôle au sol ?

TCAS fonctionne en interrogeant activement les transpondeurs des aéronefs à proximité. Lorsque le TCAS de votre aéronef envoie un signal radio, tout transpondeur à portée répond avec son identité et son altitude. En chronométrant ces réponses et en les suivant sur plusieurs interrogations, TCAS construit une image tridimensionnelle du trafic autour de vous—leur distance, altitude relative, et surtout, leur vitesse de rapprochement.

Le génie de TCAS réside dans ses prédictions. Il ne vous dit pas seulement où se trouvent les autres aéronefs maintenant—il calcule où ils seront, et si vos trajectoires vont se croiser.

Lorsque les calculs indiquent un danger, TCAS émet des alertes en deux étapes progressives :

Ce qui rend TCAS particulièrement élégant, c’est sa capacité de coordination. Lorsque deux aéronefs équipés de TCAS sont en route de collision, leurs systèmes communiquent via liaison de données pour assurer des manœuvres complémentaires. Si un aéronef reçoit l’ordre de monter, l’autre reçoit l’ordre de descendre. Le système empêche le scénario cauchemardesque où les deux pilotes feraient le même choix d’évitement.

L’interface humaine : comment commander une action instantanée

L’aspect le plus instructif de TCAS et TAWS pour les concepteurs maritimes est peut-être la façon dont ces systèmes communiquent avec les pilotes. L’aviation a appris par expérience amère que l’interface entre la machine et l’humain est tout aussi critique que la technologie sous-jacente.

Considérez ce à quoi fait face un pilote : un cockpit rempli d’instruments, de bavardages radio, de bruit de moteur, et la charge cognitive de gérer un vol complexe. Dans cet environnement, le système de sécurité doit injecter un avertissement qui capture instantanément l’attention et déclenche la bonne réponse.

La réponse de l’aviation combine trois canaux simultanément :

1. Audio distinctif

Les avertissements vocaux sont soigneusement conçus pour percer le bruit du cockpit et le trafic radio. TCAS utilise des phrases comme “Traffic, traffic” pour les avis et “Climb, climb!” ou “Descend, descend!” pour les ordres. TAWS est encore plus urgent : “Terrain, terrain—pull up!” La formulation est standardisée mondialement—les mots exacts sont obligatoires, pas simplement suggérés. Un pilote formé au Brésil entendra des commandes identiques à celui formé en Norvège.

Fait amusant : Les premières recherches sur les facteurs humains suggéraient que les voix féminines captaient mieux l’attention des pilotes masculins—conduisant à surnommer le système “Bitching Betty” dans l’aviation militaire nord-américaine (ou “Nagging Nora” au Royaume-Uni).

2. Affichage visuel

TCAS superpose ses informations directement sur l’indicateur de vitesse verticale (VSI)—un instrument que le pilote surveille déjà. Lorsqu’un avis de résolution est émis, des arcs colorés apparaissent sur le cadran VSI : le rouge montre la plage de vitesse verticale qui conduira à une collision (la zone “à éviter”), tandis que le vert montre la plage sûre vers laquelle le pilote doit voler. Il n’y a aucune ambiguïté : volez vers le vert, loin du rouge.

C’est crucial. Le système ne se contente pas de dire au pilote quoi faire—il le lui montre, sur un instrument qu’il surveille déjà, dans des couleurs qui ne nécessitent aucune interprétation.

3. Hiérarchie de priorité

Lorsque plusieurs systèmes se disputent l’attention, l’aviation a établi une préséance claire. Les avertissements TAWS (terrain) ont priorité sur TCAS (trafic), car heurter le sol est plus immédiatement mortel qu’une collision potentielle qui pourrait encore être évitée. Les systèmes sont conçus pour ne pas entrer en conflit : si TCAS ordonne une descente mais que le terrain se trouve en dessous, TAWS prendra le dessus avec “Pull up!”

Comparez cela aux alarmes maritimes typiques : un bip, peut-être un voyant clignotant, peut-être un message texte sur un écran que le capitaine doit lire et interpréter tout en gérant simultanément la barre, les voiles et l’équipage. Le contraste est saisissant.

Comparez cela au COLREG : le problème d’ambiguïté maritime

Considérez maintenant comment fonctionne l’évitement de collision maritime. Le Règlement international pour prévenir les abordages en mer—COLREG—est un chef-d’œuvre de jurisprudence du dix-neuvième siècle. Codifié pour la première fois en 1972, il établit un cadre de règles qui détermine quel navire doit céder le passage dans toute rencontre.

Le problème ? Elles nécessitent une interprétation.

Prenez une situation de croisement simple sous la Règle 15. Un navire à moteur qui approche de votre côté tribord a la priorité ; vous devez vous tenir à l’écart. C’est assez clair. Mais qu’est-ce qui constitue un “croisement” ? À quel angle une situation de dépassement devient-elle une situation de croisement ? Les Règles disent qu’un navire venant de plus de 22,5 degrés sur l’arrière du travers est en dépassement—mais comment un capitaine mesure-t-il précisément cet angle la nuit, par mer forte, avec un feu qui approche et qui pourrait être à un mille ou à trois ?

Cela empire quand voile rencontre voile. La Règle 12 régit les voiliers : lorsque les deux ont le vent sur des côtés différents, le navire avec le vent sur bâbord s’écarte. Lorsque les deux ont le vent du même côté, le navire au vent s’écarte. Mais voici où l’esprit marin commence à tourner : que faire si je ne peux déterminer de quel côté l’autre navire a le vent ? La Règle 12(a)(iii) instruit le navire bâbord amures de s’écarter—mais cela présume une connaissance que le capitaine peut ne pas posséder, surtout la nuit ou à distance.

Considérez ensuite la hiérarchie de la Règle 18. Les navires à moteur doivent s’écarter des voiliers. Sauf quand le voilier dépasse. Sauf dans les chenaux étroits sous la Règle 9, où un voilier “ne doit pas gêner” un navire qui ne peut naviguer en sécurité que dans le chenal. Qu’est-ce qui constitue une “gêne” ? Les Règles ne le disent pas. Quelle étroitesse doit avoir un chenal ? Le capitaine doit juger.

La Règle 17(a)(ii) permet au navire privilégié de “prendre des mesures pour éviter l’abordage par sa seule manœuvre” lorsqu’il devient apparent que le navire non-privilégié ne prend pas les mesures appropriées—mais quand cela devient-il apparent ? Les Règles n’offrent aucune réponse numérique. Pendant ce temps, les vitesses de rapprochement augmentent.

La différence fondamentale avec l’aviation est frappante : TCAS supprime entièrement l’interprétation. “Climb, climb!” n’est pas sujet à débat. Le capitaine d’un yacht de plaisance, en revanche, peut se retrouver à parcourir un arbre de décision d’une complexité extraordinaire : Est-ce un voilier ou un moteur ? Sur quelle amure sont-ils ? Croisons-nous ou dépassons-nous ? Est-ce un chenal étroit ? Est-ce que je gêne ou ai-je la priorité ? Que pensent-ils de la situation ?

Le COLREG présume que les deux parties analyseront correctement la situation et arriveront à la même conclusion. Quand elles ne le font pas—et elles ne le font souvent pas—le résultat est la confusion, les quasi-collisions, et parfois la tragédie.

TAWS : voir le terrain avant de le heurter

Le Terrain Awareness and Warning System s’attaque à une menace différente mais tout aussi mortelle. Le système original d’avertissement de proximité du sol (GPWS), développé par C. Donald Bateman chez Honeywell dans les années 1960, utilisait un altimètre radar pour mesurer la hauteur de l’aéronef au-dessus du sol directement en dessous. Si l’aéronef descendait trop rapidement vers le terrain, les alarmes retentissaient.

Mais le GPWS initial avait une limitation critique : il ne pouvait voir que directement vers le bas. Si un aéronef volait à niveau vers une pente de montagne qui montait, le système ne détecterait pas la menace avant qu’il ne soit trop tard.

Le TAWS moderne (aussi appelé Enhanced GPWS ou EGPWS) résout cela grâce à une combinaison de positionnement GPS et d’une base de données de terrain numérique mondiale. Le système sait où se trouve chaque montagne, colline et obstacle. Il compare continuellement la position et la trajectoire actuelles de l’aéronef contre cette base de données, fournissant un avertissement préalable des conflits de terrain—même le terrain qui se trouve devant plutôt qu’en dessous.

Quand TAWS détecte une menace, les pilotes entendent des avertissements indéniables : “Terrain, terrain—pull up!” ou “Too low—terrain!” Le système a été crédité d’avoir virtuellement éliminé les accidents CFIT parmi les aéronefs ainsi équipés.

Le facteur humain : quand la technologie rencontre la culture

La technologie seule ne peut garantir la sécurité. La tragique collision aérienne d’Überlingen en 2002 l’a démontré avec une clarté dévastatrice.

Dans la nuit du 1er juillet 2002, un Tupolev Tu-154 de Bashkirian Airlines transportant 69 personnes (dont 52 enfants) et un Boeing 757 cargo de DHL étaient en route de collision au-dessus du sud de l’Allemagne. Les deux aéronefs étaient équipés de TCAS. Le système a fonctionné exactement comme prévu—il a ordonné au Tupolev de monter et au Boeing de descendre.

Mais presque au même moment, un contrôleur aérien—travaillant seul et débordé—a transmis par radio au Tupolev des instructions de descendre. L’équipage russe, formé que les instructions du contrôleur avaient préséance, a obéi à l’humain plutôr que la machine. L’équipage du Boeing suivit leur TCAS et descendit. Les deux aéronefs entrèrent en collision. Les 71 personnes à bord des deux appareils périrent.

Cette leçon—que les systèmes de sécurité doivent être utilisés de manière identique par toutes les parties, partout—a des implications profondes pour la technologie maritime. L’ambiguïté tue.

Bus de Données : Le Système Nerveux des Aéronefs Modernes

Pour ceux qui connaissent le NMEA 2000 sur les bateaux, l’approche de l’aviation concernant la communication de données offre des parallèles intéressants—et des contrastes.

La norme dominante dans l’aviation commerciale a été ARINC 429, d’abord déployée au début des années 1980 sur des aéronefs comme le Boeing 757 et l’Airbus A310. Contrairement au réseau bidirectionnel du NMEA 2000, ARINC 429 est strictement unidirectionnel : un seul émetteur diffuse vers jusqu’à 20 récepteurs via une paire de fils torsadés. Cette simplicité assure un timing déterministe—vous savez toujours quand les données arriveront—mais nécessite de nombreuses liaisons filaires séparées, ajoutant du poids et de la complexité.

Les aéronefs modernes comme le Boeing 787 utilisent un mélange de technologies : ARINC 664 (essentiellement de l’Ethernet déterministe) pour les systèmes principaux, avec CAN bus (ARINC 825) gérant les fonctions moins critiques. Les commutateurs du panneau supérieur d’un 787, par exemple, communiquent via CAN bus—éliminant des dizaines de liaisons filaires individuelles.

Le monde maritime, avec le NMEA 2000 construit sur la technologie CAN bus, a dans une certaine mesure surpassé l’architecture héritée de l’aviation. Mais l’approche rigoureuse de l’aviation concernant la redondance, la détection d’erreurs et le comportement déterministe offre des leçons sur la façon de rendre de tels systèmes vraiment fiables pour les applications critiques de sécurité.

Cadre Réglementaire : Comment l’Aviation Impose la Sécurité

La sécurité aérienne n’est pas optionnelle. Le cadre réglementaire, coordonné par l’OACI (Organisation de l’aviation civile internationale) et appliqué par les autorités nationales comme la FAA (États-Unis) et l’EASA (Union européenne), impose des équipements spécifiques pour des opérations spécifiques.

Le TCAS II est requis sur tous les aéronefs commerciaux de plus de 30 sièges ou d’une masse maximale au décollage supérieure à 5 700 kg. Le TAWS est obligatoire pour les aéronefs à turbine avec six sièges passagers ou plus. Ce ne sont pas des recommandations—ce sont des exigences légales, et les aéronefs ne peuvent pas fonctionner sans eux.

Le monde maritime a traditionnellement adopté une approche réglementaire plus légère. L’AIS (Système d’identification automatique) est obligatoire pour les navires commerciaux dépassant certaines tailles, mais les embarcations de plaisance en sont largement exemptées. L’évitement de collision reste fondamentalement dépendant du Règlement international pour prévenir les abordages en mer et de la vigilance humaine.

Alors que la technologie rend les systèmes de sécurité sophistiqués plus abordables et pratiques pour les navires plus petits, la question se pose : la réglementation maritime devrait-elle suivre l’exemple de l’aviation ?

Leçons pour le Monde Maritime

Que peuvent retenir ceux d’entre nous qui travaillent sur la sécurité maritime de l’expérience de l’aviation ? Plusieurs principes émergent :

• Automatiser les décisions critiques dans le temps. Lorsque les vitesses de rapprochement dépassent les temps de réaction humains, la technologie doit intervenir. Le TCAS n’attend pas que le pilote calcule les trajectoires—il fait les calculs en continu et émet des commandes quand nécessaire.
• Rendre les alertes non ambiguës. “Montez, montez !” ne laisse aucune place à l’interprétation. Les alarmes maritimes informent trop souvent l’équipage qu’il y a un problème sans spécifier clairement quoi faire.
• Standardiser globalement. Überlingen a enseigné à l’aviation que les variations nationales dans les procédures de sécurité créent une confusion mortelle. Toute technologie maritime d’évitement de collision doit fonctionner de manière identique dans le monde entier.
• Concevoir pour le pire scénario. Le TCAS suppose que le contrôle du trafic aérien a échoué. Le TAWS suppose que le pilote ne peut pas voir à l’extérieur. Les systèmes de sécurité efficaces doivent fonctionner quand tout le reste a mal tourné.
• Intégrer plutôt que superposer. Les systèmes d’aéronefs modernes partagent les données de manière transparente via des bus standardisés. Les systèmes maritimes demeurent trop souvent des îlots, obligeant l’équipage à intégrer mentalement les informations de multiples sources sous stress.

Les mers ne seront jamais aussi réglementées que les cieux. Les navigateurs de plaisance jouiront toujours de libertés que les pilotes privés ne peuvent qu’envier. Mais alors que la technologie rend les systèmes de sécurité sophistiqués plus petits, moins chers et plus pratiques, l’opportunité existe d’apporter l’évitement de collision de qualité aéronautique aux navires de toutes tailles. La question n’est pas de savoir si la technologie de sécurité maritime devrait apprendre de l’aviation—c’est à quelle vitesse nous pouvons appliquer ces leçons pour sauver des vies en mer.

Cet article s’appuie sur des informations publiquement disponibles provenant des autorités aéronautiques, des rapports d’enquête d’accidents et des sources industrielles. L’auteur est un ancien pilote ayant une expérience directe des systèmes décrits.