ATPL · cours illustré

Cours ATPL instrumentation 022 : 14 chapitres illustrés

Le cours ATPL d'instrumentation reprend le programme en 14 chapitres : 142 notions expliquées en quelques paragraphes, souvent avec un schéma, ce qu'il faut retenir et, pour beaucoup, le piège classique de l'examen. Le premier chapitre, « Pressions, températures et capteurs », se lit en entier sur cette page.

14
chapitres: 142
notions expliquées, dont 119 avec un schéma ou une illustration: 1 219
questions de la banque rattachées à un chapitre

Lire le chapitre 1 Les 1 207 questions de ce module

Sommaire du cours

Chaque chapitre explique, notion par notion, ce que demandent les questions de la banque, avec un encadré « À retenir » et, souvent, le piège classique de l'examen. Le premier chapitre est en accès libre, ci-dessous et dans l'application ; les suivants sont réservés aux abonnés ATPL.

1.Pressions, températures et capteurs
Accès libre
Pression totale, statique et dynamique, circuit Pitot-statique et ses pannes, SAT/TAT et vitesse du son.
11 notions · 71 questions de la banque
2.Anémomètre, vitesses et machmètre
Abonnés
Principe de l'anémomètre, chaîne IAS-CAS-EAS-TAS, codes couleur et vitesses limites, nombre de Mach et machmètre.
9 notions · 101 questions de la banque
3.Altimètre, variomètre et centrale aérodynamique
Abonnés
Altimètre et calages, erreurs de pression et de température, erreurs instrumentales, variomètre, IVSI et ADC.
11 notions · 75 questions de la banque
4.Gyroscopes et instruments gyroscopiques
Abonnés
Fixité, précession, degrés de liberté, dérives, gyro directionnel, horizon artificiel, indicateur et coordinateur de virage.
12 notions · 101 questions de la banque
5.Compas magnétique et compas gyromagnétique
Abonnés
Champ terrestre, déclinaison et déviation, compas à lecture directe et ses erreurs, vanne de flux et compas asservi.
8 notions · 71 questions de la banque
6.Centrales inertielles INS et IRS
Abonnés
Accéléromètres et intégrations, plateforme stabilisée et boucle de Schüler, alignement, modes, IRS à gyrolasers, erreurs.
10 notions · 89 questions de la banque
7.Pilote automatique et directeur de vol
Abonnés
Boucles et lois de pilotage, modes de base et de guidage, engagement, trims, Mach trim, amortisseur de lacet, directeur de vol et FMA.
12 notions · 121 questions de la banque
8.Radioaltimètre, atterrissage automatique et automanette
Abonnés
Radioaltimètre FM, hauteur de décision, catégories d'approche, atterrissage automatique fail passive / fail operational, automanette et autothrust.
10 notions · 89 questions de la banque
9.Alarmes et protections du domaine de vol
Abonnés
Warning, caution, advisory et code couleur, FWS, alarme et protection décrochage, survitesse, configuration décollage, alerte d'altitude, protections des commandes électriques.
8 notions · 63 questions de la banque
10.GPWS, EGPWS et TCAS
Abonnés
Avertisseur de proximité du sol et ses modes, EGPWS et base de terrain, système anticollision TCAS : principe, TA, RA, symboles et conduite à tenir.
11 notions · 92 questions de la banque
11.Système de gestion du vol (FMS)
Abonnés
Architecture et modes du FMS, bases de données, préparation du vol, cost index, calcul de position, navigation latérale et verticale, carburant et approches.
9 notions · 78 questions de la banque
12.Instruments intégrés, EFIS, ECAM et EICAS
Abonnés
ADI, HSI et RMI, composition de l'EFIS, PFD et ND, couleurs, ECAM/EICAS, reconfiguration, HUD et EFB.
11 notions · 76 questions de la banque
13.Instruments moteur et carburant
Abonnés
Pressions, températures et thermocouples, tachymètres, EPR, couplemètre, jaugeurs et débitmètres carburant, surveillance des vibrations.
10 notions · 97 questions de la banque
14.Enregistreurs, liaisons de données et informatique embarquée
Abonnés
CVR et FDR, communications VHF/HF, ACARS, FANS (CPDLC, ADS-C), architecture des calculateurs, mémoires, binaire et certification des logiciels.
10 notions · 95 questions de la banque

Chapitre 1 : Pressions, températures et capteurs

Pression totale, statique et dynamique, circuit Pitot-statique et ses pannes, SAT/TAT et vitesse du son.

Trois pressions à connaître

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Sonde Pitot-statique : l'orifice avant mesure Pt, les orifices latéraux Ps

Tous les instruments anémobarométriques exploitent deux mesures :

la pression statique (Ps) : pression de l'air ambiant non perturbé, mesurée par des orifices parallèles à l'écoulement ;
la pression totale (Pt), ou pression d'impact : pression obtenue en arrêtant l'air dans un tube ouvert face à l'écoulement (tube de Pitot).

La différence est la pression dynamique : Pd = Pt − Ps = ½ ρ V² (en incompressible). Elle grandit comme le carré de la vitesse et proportionnellement à la masse volumique de l'air.

À retenir

Pd = Pt − Ps = ½ ρ V². La pression d'impact est la pression totale.

Tube de Pitot et prises statiques

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Vue de dessus : deux prises statiques symétriques reliées compensent l'effet de la glissade

Le tube de Pitot est monté sur un mât qui l'écarte de la peau du fuselage pour le placer hors de la couche limite. Il est réchauffé électriquement et équipé de drains : des purges aux points bas évacuent l'eau qui s'accumule dans les lignes.

Les prises statiques sont des orifices affleurants, en général une paire symétrique (gauche et droite) reliée en commun : en glissade, une prise est en surpression et l'autre en dépression, la moyenne reste juste. Si une seule prise est bouchée, l'indication n'est fausse qu'en vol dissymétrique.

L'écoulement autour des prises n'est jamais parfait : c'est l'erreur de position (ou d'installation), qui varie surtout avec la vitesse, le nombre de Mach, l'incidence et la configuration.

Piège d'examen

Prise statique gauche bouchée : l'altimètre est juste en vol symétrique. En glissade vers la gauche, seule la prise droite (côté sous le vent, en dépression) reste active et l'altimètre surestime l'altitude.

Qui utilise quoi ?

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Branchement des instruments sur les pressions totale et statique

Le circuit Pitot-statique alimente quatre instruments de base :

anémomètre : Pt et Ps (il mesure Pd) ;
machmètre : Pt et Ps ;
altimètre : Ps seulement ;
variomètre : Ps seulement.

Un Pitot bouché n'affecte donc que l'anémomètre et le machmètre. Une statique bouchée fausse les quatre. L'horizon, le gyro directionnel et l'indicateur de dépression ne sont pas reliés au circuit.

Sur les avions modernes, des capteurs électroniques (piézorésistifs ou piézoélectriques) transforment les pressions en signaux pour la centrale aérodynamique (ADC). Placés près des sondes (modules ADM), ils raccourcissent les lignes : gain de masse et retard de transmission quasi nul.

Les capteurs de pression

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Capsule, soufflet et tube de Bourdon, par gamme de pression croissante

Chaque capteur est choisi selon la gamme de pression à mesurer.

Capsule anéroïde : capsule métallique ondulée, vidée d'air et scellée ; elle mesure une pression absolue (référence : le vide). Altimètre, indicateur de pression d'admission, prise d'entrée d'air moteur.
Capsule différentielle : une pression dedans, une autre dehors (anémomètre, variomètre).
Soufflet : pressions faibles à moyennes, plus grand déplacement (pompe carburant basse pression).
Tube de Bourdon : tube aplati cintré qui se redresse sous la pression ; pour les fortes pressions (hydraulique, huile, couplemètre).

Gamme croissante : capsule, soufflet, tube de Bourdon. La pression absolue est comptée depuis le vide, la pression relative depuis la pression ambiante.

À retenir

Capsule anéroïde = vide à l'intérieur = pression absolue. Bourdon = hautes pressions.

Prise statique bouchée

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Effets d'une prise statique bouchée selon la phase de vol

Si la statique se bouche (givre, insecte, ruban oublié), la pression piégée reste celle du moment du blocage.

Altimètre : figé sur l'altitude du blocage. Il sous-estime en montée et surestime en descente.
Variomètre : revient à zéro en quelques secondes et y reste.
Anémomètre : Pt continue d'évoluer. En descente, Pt augmente alors que Ps reste figée : Pd paraît plus grand, l'anémomètre surestime. En montée, il sous-estime. Il réagit donc à l'opposé de l'altimètre.

Symptôme typique en descente : altitude constante, variomètre à 0 et vitesse indiquée qui augmente.

Piège d'examen

Le piège classique : « l'altimètre sur-lit en montée » est faux, il reste figé donc il affiche moins que l'altitude réelle (sous-lecture).

Tube de Pitot bouché

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Évolution de la vitesse indiquée après obstruction du Pitot (vitesse réelle constante)

Deux cas très différents :

Entrée bouchée, drain libre : la pression totale s'évacue par le drain jusqu'à la pression statique. Pd tend vers 0 : la vitesse indiquée chute vers zéro.
Entrée et drain bouchés : Pt reste piégée. En palier, l'indication est constante ; en montée, Ps diminue donc Pd = Pt − Ps augmente : la vitesse indiquée augmente ; en descente, elle diminue. L'anémomètre se comporte comme un altimètre.

Danger : en montée, l'anémomètre semble accélérer, l'équipage tire sur le manche pour « garder » la vitesse, la vitesse réelle s'effondre jusqu'au décrochage.

Une fuite de la ligne Pt dans une cabine non pressurisée fait sous-estimer la vitesse ; si Pt devient égale à Ps, l'anémomètre indique zéro.

Piège d'examen

« Pitot et drain bouchés » = l'anémomètre réagit comme un altimètre. « Statique bouchée » = l'anémomètre réagit à l'opposé de l'altimètre.

Source statique de secours

En cas de statique bouchée, une prise statique de secours peut être sélectionnée. Sur un avion non pressurisé, elle est souvent située dans la cabine, où la pression est légèrement inférieure à la pression extérieure (effet Venturi de l'écoulement).

Conséquences : l'altimètre surestime l'altitude, l'anémomètre surestime légèrement la vitesse et le variomètre indique brièvement une montée au basculement, puis revient vers zéro en gardant une petite erreur.

En dernier recours, sur un avion non pressurisé, on peut casser la vitre du variomètre : son boîtier, relié à la statique, se met à la pression de la cabine et redevient une source statique quasi correcte pour l'altimètre et l'anémomètre.

À retenir

Statique de secours en cabine : pression plus faible, altitude surestimée.

Températures : SAT, TAT et échauffement

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Échauffement cinétique en fonction du nombre de Mach pour une SAT de −50 °C

La température statique (SAT ou OAT) est celle de l'air non perturbé ; c'est elle qui sert aux corrections de vitesse et d'altitude, au calcul de la TAS et de la vitesse du son.

Un capteur en mouvement ne la mesure pas directement : l'air ralenti sur la sonde est comprimé adiabatiquement (et frotte), il s'échauffe. La température totale (TAT) est celle de l'air amené au repos sans échange de chaleur :

TAT = SAT (1 + 0,2 M²), températures en kelvins.

L'écart (échauffement cinétique, ou *ram rise*) dépend du nombre de Mach et de la SAT, donc de la vitesse vraie : environ 30 °C à Mach 0,8 en croisière. La TAT est toujours supérieure ou égale à la SAT.

À retenir

TAT = SAT × (1 + 0,2 M²) en kelvins ; SAT = TAT / (1 + 0,2 M²).

Piège d'examen

La SAT est une température « vraie » de l'air ambiant ; l'énoncé peut l'appeler OAT. Une question propose « TAT supérieure à la SAT en fonction de la CAS » : la vraie dépendance est le Mach (ou la TAS) et la SAT, la CAS n'y joue qu'indirectement.

Coefficient de récupération

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Sonde de température totale et sonde affleurante : deux coefficients de récupération

Une sonde réelle ne récupère qu'une fraction Kr de l'échauffement. Elle indique :

T mesurée = SAT (1 + 0,2 Kr M²)

sonde TAT moderne (type Rosemount, aspirée et réchauffée) : Kr ≈ 1 (0,998) ;
sonde affleurante (*flush bulb*) donnant une RAT : Kr = 0,75 à 0,90.

Exemple : Mach 0,70, température mesurée −48 °C, Kr = 0,85. SAT = 225,15 / (1 + 0,2 × 0,85 × 0,49) = 225,15 / 1,083 = 207,8 K, soit −65 °C.

Autre lecture : si Kr = 0,75, la sonde ne montre que 75 % de l'échauffement. Avec 30 °C lus pour 25 °C de SAT, l'échauffement réel vaut 5 / 0,75 = 6,7 °C.

À retenir

Kr = 0,95 : la sonde indique SAT + 95 % de l'échauffement cinétique.

Vitesse du son

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Vitesse du son en atmosphère standard selon l'altitude

La vitesse du son ne dépend que de la température de l'air (pas de la pression) :

a (kt) = 38,94 √T avec T en kelvins.

au niveau de la mer ISA (288,15 K) : 661 kt ;
ISA + 20 au niveau de la mer (308 K) : 684 kt ;
à −50 °C (223 K) : 582 kt ;
dans la tropopause standard (−56,5 °C) : 573 kt.

Elle diminue donc en montée jusqu'à la tropopause, puis reste constante. Pour la calculer à un niveau donné, il faut la température réelle : avec un écart ISA, commencez par trouver la température standard du niveau (15 − 2 °C par 1000 ft).

Exemple : FL 290, ISA − 6. Température standard −43 °C, réelle −49 °C = 224 K ; a = 38,94 × 14,97 ≈ 583 kt.

À retenir

a = 38,94 √T (kt, T en K). a0 = 661 kt. Dépend seulement de la température.

Rappels sur l'atmosphère standard

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Profil de température de l'atmosphère standard

Les instruments sont étalonnés dans l'atmosphère standard internationale (ISA) :

au niveau de la mer : 15 °C (59 °F), 1013,25 hPa, ρ0 = 1,225 kg/m³ ;
gradient de température : −1,98 °C par 1000 ft (6,5 °C/km) jusqu'à la tropopause ;
tropopause à 36 090 ft (11 km), température −56,5 °C, constante au-dessus ;
près du sol, 1 hPa correspond à environ 27 à 30 ft (valeur d'examen : 30 ft).

Écart ISA = température réelle − température standard au même niveau. Exemple : +25 °C au niveau de la mer donne ISA + 10.

À retenir

ISA : 15 °C, 1013,25 hPa, −2 °C/1000 ft, tropopause 36 090 ft à −56,5 °C.

La suite du cours commence par le chapitre 2, « Anémomètre, vitesses et machmètre ». Elle se lit dans l'onglet Cours de l'application, avec un abonnement ATPL, et chaque chapitre se termine par les questions de la banque qui portent sur lui. Voir les tarifs

Comment ForAllPilots t'entraîne

Séries de 20 ou 30 questions
Nouvelles questions, erreurs à revoir ou un mélange des deux, avec la correction et l'explication tout de suite.
Flashcards
Recto question, verso réponse commentée, à filtrer par matière pour mémoriser sans chronomètre.
Examen blanc chronométré
100 questions en 2 h 30, tirées dans toute la banque ATPL : un format d'entraînement, pas une reproduction du sujet officiel.
Instructeur IA, en option
À partir de 4,99 € par mois en plus d'un abonnement de licence : il t'interroge par écrit et t'explique tes erreurs. Outil en bêta, il ne remplace pas un instructeur agréé.

L'abonnement ATPL coûte 19,99 € par mois, 40 € pour trois mois ou 100 € par an, toutes taxes comprises (TVA non applicable, article 293 B du Code général des impôts). Il est reconduit automatiquement à chaque échéance, jusqu'à ce que tu le résilies, à tout moment (la résiliation prend effet à la fin de la période payée). À la création du compte, si tu choisis ATPL comme centre d'intérêt, le module Procédures opérationnelles t'est offert pendant 1 semaine.

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