Pourquoi le contrôle du trafic aérien a encore besoin d’une touche humaine à l’ère de l’IA

Après des heures d'opérations de routine, un contrôleur aérien reçoit un appel radio d'un petit avion dont les indicateurs du cockpit ne peuvent pas confirmer que le train d'atterrissage de l'avion est sorti pour l'atterrissage.

Le contrôleur fait en sorte que le pilote vole bas près de la tour afin qu'il puisse vérifier visuellement le train d'atterrissage de l'avion. Tout semble bien. «On dirait que votre équipement est sorti», dit le contrôleur au pilote.

Le contrôleur demande que les camions de pompiers de l'aéroport soient prêts au cas où, et l'avion retourne atterrir en toute sécurité. Des scénarios comme celui-ci se produisent régulièrement.

Dans le système de contrôle aérien, tout doit répondre aux plus hauts niveaux de sécurité, mais tout ne se passe pas comme prévu.

Comparez cela avec la vision encore de science-fiction de futurs « pilotes » d’intelligence artificielle pilotant des avions autonomes, dotés d’un système de contrôle du trafic aérien autonome gérant les avions aussi facilement que des routeurs faisant la navette entre des paquets de données sur Internet.

Je suis un ingénieur aérospatial qui a dirigé une étude des académies nationales commandée par le Congrès sur la dotation en personnel des contrôleurs aériens.

Les chercheurs travaillent continuellement sur de nouvelles technologies qui automatisent des éléments du système de contrôle du trafic aérien, mais la technologie ne peut exécuter que les fonctions prévues lors de sa conception et ne peut donc pas modifier les procédures standard.

Comme l’illustre le scénario ci-dessus, les humains resteront probablement un élément central nécessaire du contrôle du trafic aérien pendant encore longtemps.

Ce que font les contrôleurs aériens

Les directives fondamentales de la Federal Aviation Administration concernant la responsabilité des contrôleurs aériens stipulent : « L'objectif principal du système de contrôle du trafic aérien est de prévenir une collision impliquant des aéronefs. »

Les contrôleurs aériens sont également chargés de fournir « un flux de trafic aérien sûr, ordonné et rapide » et d’autres services favorisant la sécurité, comme aider les pilotes à éviter les montagnes et autres terrains dangereux et conditions météorologiques dangereuses, dans la mesure du possible.

Les emplois des contrôleurs aériens varient. Les contrôleurs de la tour assurent le contrôle local qui autorise les avions à décoller et à atterrir, en veillant à ce qu'ils soient espacés en toute sécurité.

Ils assurent également le contrôle au sol, dirigeant les avions vers la circulation au sol et informant les pilotes des plans de vol et des problèmes de sécurité potentiels la veille du vol.

Les contrôleurs de la tour sont aidés par certains écrans, mais regardent principalement à l'extérieur des tours et parlent avec les pilotes par radio.

Dans les grands aéroports dotés de contrôleurs de la FAA, des écrans de surveillance de surface montrent aux contrôleurs les avions et autres véhicules au sol sur l'aérodrome.

Les contrôleurs d’approche et en route, quant à eux, sont assis devant de grands écrans dans des pièces sombres et calmes. Ils communiquent avec les pilotes par radio.

Leurs écrans affichent l'emplacement des avions sur une carte avec les principales caractéristiques des limites et des routes de l'espace aérien.

Les 21 centres de contrôle en route aux États-Unis gèrent le trafic entre et au-dessus des aéroports et volent donc généralement à des vitesses et des altitudes plus élevées.

Les contrôleurs des installations de contrôle d'approche font passer les avions au départ du contrôle local après le décollage vers l'espace aérien en route.

De la même manière, ils prennent les avions arrivant depuis l’espace aérien en route, les alignent sur l’approche d’atterrissage et les confient aux contrôleurs de la tour. Un contrôleur sur chaque écran gère tout le trafic au sein d'un secteur.

La taille des secteurs peut varier de quelques milles cubes, axés sur le séquencement des atterrissages des avions dans un aéroport très fréquenté, à des secteurs en route s'étendant sur plus de 30 000 milles cubes (125 045 km cubes) où et quand peu d'avions volent.

Si un secteur est occupé, un deuxième, voire un troisième contrôleur peut vous aider, ou le secteur peut être divisé en deux, une autre équipe d'affichage et de contrôleur gérant la seconde.

Comment la technologie peut aider

Les contrôleurs aériens ont un travail stressant et sont sujets à la fatigue et à une surcharge d’informations.

L'inquiétude du public face au nombre croissant d'accidents évités de justesse a mis en lumière le vieillissement de la technologie et la pénurie de personnel qui ont conduit les contrôleurs aériens à effectuer des heures supplémentaires obligatoires.

Les nouvelles technologies peuvent contribuer à atténuer ces problèmes. Le système de contrôle du trafic aérien intègre les nouvelles technologies de plusieurs manières.

L'initiative de système de transport aérien NextGen de la FAA fournit aux contrôleurs des informations plus nombreuses et plus précises.

Les écrans des contrôleurs affichaient à l'origine uniquement le suivi radar. Ils peuvent désormais exploiter toutes les données connues sur chaque vol au sein du système de modernisation de l’automatisation en route.

Ce système intègre un radar, des rapports de position automatiques des avions via une diffusion de surveillance dépendante automatique, des rapports météorologiques, des plans de vol et des historiques de vol.

Les systèmes aident à alerter les contrôleurs des conflits potentiels entre les aéronefs ou entre les aéronefs trop proches de terrains élevés ou de structures, et fournissent des suggestions aux contrôleurs pour séquencer les aéronefs dans des flux de trafic fluides.

Dans son témoignage devant le Sénat américain le 9 novembre 2023 sur la sécurité des aéroports, Timothy Arel, directeur de l'exploitation de la FAA, a déclaré que l'administration développait ou améliorait plusieurs systèmes de contrôle du trafic aérien.

Les chercheurs utilisent l’apprentissage automatique pour analyser et prédire certains aspects du trafic aérien et du contrôle du trafic aérien, notamment le flux du trafic aérien entre les villes et le comportement des contrôleurs aériens.

Comment la technologie peut compliquer les choses

Les nouvelles technologies peuvent également entraîner de profonds changements dans le contrôle du trafic aérien sous la forme de nouveaux types d’avions.

Par exemple, la réglementation actuelle limite principalement les avions sans équipage à voler à moins de 400 pieds (122 mètres) au-dessus du sol et loin des aéroports.

Il s'agit de drones utilisés par les premiers intervenants, les agences de presse, les géomètres, les services de livraison et les amateurs.

Cependant, certaines compagnies émergentes d’avions sans équipage proposent de voler dans un espace aérien contrôlé. Certains prévoient de faire en sorte que leurs avions empruntent des itinéraires de vol réguliers et interagissent normalement avec les contrôleurs aériens via la radio vocale.

Il s'agit notamment de Reliable Robotics et de Xwing, qui travaillent séparément pour automatiser le Cessna Caravan, un petit avion cargo.

D’autres ciblent de nouveaux modèles économiques, comme la mobilité aérienne avancée, le concept de petits avions électriques hautement automatisés – les taxis aériens électriques, par exemple.

Cela nécessiterait des itinéraires et des procédures radicalement différentes pour gérer le trafic aérien.

Attendez-vous à l'inattendu

La routine d'un contrôleur aérien peut être perturbée par un avion qui nécessite une manipulation particulière. Cela peut aller d’une urgence à la gestion prioritaire des vols médicaux ou d’Air Force One.

Les contrôleurs ont la responsabilité et la flexibilité d’adapter la façon dont ils gèrent leur espace aérien. Les exigences en matière de contrôle aérien de première ligne ne correspondent pas aux capacités de l’IA.

Les gens s’attendent à ce que le trafic aérien continue d’être le système de haute technologie complexe le plus sûr jamais créé.

Elle atteint ce standard en adhérant aux procédures lorsque cela est possible, ce que l'IA peut faire, et en s'adaptant et en faisant preuve de bon jugement chaque fois qu'un événement imprévu se produit ou qu'une nouvelle opération est mise en œuvre – une faiblesse notable de l'IA d'aujourd'hui.

En effet, c'est lorsque les conditions sont les plus mauvaises – lorsque les contrôleurs trouvent comment gérer les avions rencontrant de graves problèmes, des crises aéroportuaires ou des fermetures généralisées de l'espace aérien en raison de problèmes de sécurité ou de défaillances des infrastructures – que les contributions des contrôleurs à la sécurité sont les plus importantes.

De plus, les contrôleurs ne pilotent pas l’avion. Ils communiquent et interagissent avec les autres pour guider l’avion, et leur responsabilité est donc fondamentalement de faire partie d’une équipe – une autre faiblesse notable de l’IA.

En tant qu'ingénieur et concepteur, je suis particulièrement enthousiasmé par le potentiel de l'IA pour analyser les enregistrements de données volumineuses des opérations passées du trafic aérien.

Par exemple, des itinéraires de vol plus efficaces. Cependant, en tant que pilote, je suis heureux d'entendre la voix calme d'un contrôleur à la radio, qui m'aide à atterrir rapidement et en toute sécurité en cas de problème.

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Note de l'éditeur : cet article a été rédigé par Amy Pritchett, professeur d'ingénierie aérospatiale à Penn State, et republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lisez l'article original.