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Les origines du pilote automatique

Le pilote automatique d’un avion nous est maintenant familier et nous partons du principe que cette technologie fait partie intégrante de l’aéronef. C’est en effet presque le cas, surtout si nous tenons compte que cette innovation a été utilisée pour la première fois il y a un siècle déjà. On appelle « pilote automatique » un système qui permet de contrôler la trajectoire d’un véhicule de façon autonome, sans que la présence d’un être humain ne soit nécessaire.

Il y a plus de cent ans, les premiers modèles de pilotage automatique ont été installés sur les aéronefs et leur utilisation reste en vigueur aujourd’hui.

C’est en 1912 que l’inventeur américain Elmer Ambrose Sperry et le physicien allemand Hermann Anschütz-Kaempfe ont proposé pour la première fois un aménagement qui permettait à tout véhicule en mouvement de maintenir son cap. Son fonctionnement se basait sur le branchement de différents gyroscopes et d’une boussole avec les éléments de commande du véhicule en question. Le nouveau système a immédiatement gagné une réputation mondiale grâce à son installation et son utilisation dans des dizaines de navires de la Marine de guerre des États-Unis.

Lawrence Sperry, fils d’Elmer Ambrose, était passionné d’aéronautique et a dirigé les travaux qui visaient à obtenir un modèle d’appareil plus léger pouvant être adapté dans un avion.

Jusque-là, personne n’avait vraiment montré d’intérêt à appliquer les capacités du gyroscope à un avion. Lawrence Sperry pensait que les trois axes de vol d’un aéronef (la direction, l’inclinaison et l’équilibrage) pouvaient être contrôlés par un système automatique si l’on prenait comme référence un ou plusieurs gyroscopes capables de maintenir l’orientation et l’état original de l’aéronef. Il s’est appliqué à relier les surfaces de commande de l’aéronef à des gyroscopes, ce qui permettait d’introduire des corrections basées sur l’angle de déviation entre la direction du vol et la configuration gyroscopique originale. Les gyroscopes ont été conçus pour maintenir un réglage zéro pour toutes les surfaces de commande (état d’équilibre), dans le but d’identifier le moment où une mesure corrective s’avérait nécessaire. Pour l’exécution des commandes, il suffisait que le dispositif exécute mécaniquement ce que le pilote aurait fait instinctivement.

À partir de ce concept, il résolût les problèmes qui se présentaient à chaque phase de la conception. Les gyroscopes, par exemple, avaient besoin d’énergie électrique pour conserver leur vitesse de rotation (7 000 tr/min), ce qui a été corrigé grâce à un générateur actionné par le vent, situé sur l’aile supérieure, qui fournissait la puissance nécessaire.

Le poids et les dimensions ont également été des paramètres clés à une époque où les aéronefs ne disposaient pas d’une forte puissance et que les matériaux n’étaient pas les mieux adaptés. Malgré cela, le dispositif intégral a été réduit à un poids de 18 kilogrammes et à la taille d’une petite valise (45x45x30 centimètres).

Au moment venu, Lawrence Sperry a été chargé de présenter le fonctionnement du système pendant le Concours de la Sécurité en Aéroplane qui a eu lieu à Paris au début de l’année 1914.

Les 56 avions participant au concours ont exposé un large éventail d’innovations, allant des démarrages assistés à la stabilisation automatique, en passant par de nouveaux modèles de carburateurs, des conceptions extravagantes et d’autres propositions visant à améliorer la sécurité aérienne. Des équipes en provenance de différents pays sont intervenues, même si la France s’avérait la mieux représentée.

Sperry a pu présenter son innovation, un système qui permettait la stabilisation et le contrôle automatiques de l’aéronef. Comme mentionné, il s’agissait d’un appareil assez rudimentaire : un quadruple gyroscope qui commandait les ailerons, le stabilisateur et le gouvernail de queue. Il avait installé le tout dans un aéroplane Curtiss C-2 monomoteur, doté d’un fuselage d’hydravion.

Et s’est envolé le 18 juin. Il était accompagné d’Emil Cachin, un mécanicien français nouvellement embauché avec qui il pouvait à peine communiquer, ne parlant pas la même langue. Ils purent malgré tout s’entendre sur tout ce que l’essai requérait.

Au moment de la démonstration, le Curtiss C-2 s’envola de l’aérodrome de Buc, près de Paris, pour se rendre sur le parcours où se trouvaient des milliers d’amateurs, de curieux et la tribune des juges, entre les ponts d’Argenteuil et de Bezons.

Une fois sur la trajectoire où ils devaient être évalués, l’avion volant tout droit et à niveau, les deux membres de l’équipage levèrent les mains pour montrer que l’avion conservait son vol sans que rien ne se passe. Pour pimenter la démonstration, lors d’un deuxième passage au-dessus de la tribune des juges, Cachin abandonna son siège et monta sur l’une des ailes, s’éloignant ainsi d’environ deux mètres du fuselage, alors que Sperry plaçait les mains sur la tête. Le mécanicien força sur l’aile afin d’obliger l’avion à se déséquilibrer, dans le but de démontrer qu’il était capable de se rétablir de lui-même. Le stabilisateur équipé d’un gyroscope se chargea de corriger immédiatement le changement et l’avion continua son vol au-dessus du fleuve, sans problème. Lors d’un autre passage comme si cela ne suffisait pas, devant une foule ébahie, chacun des deux membres de l’équipage monta sur une aile de l’appareil pour saluer les assistants et montrer ainsi l’efficacité de leur invention.

Un peu plus tard, un des juges monta dans l’appareil pour confirmer ce qu’il avait vu. À cette occasion, Lawrence Sperry lui montra également que le décollage et l’atterrissage pouvaient en partie être contrôlés par ce dispositif automatique.

Sperry remporta le concours sans nul doute, soit un prix de 50 000 francs, et une reconnaissance internationale.

Le développement du pilote automatique pour avions de Sperry a coïncidé avec une autre innovation importante qui a perduré jusqu’à nous. Jusqu’alors, les aéronefs disposaient de différents systèmes et mécanismes de commande. Un apprentissage et des compétences très différents étaient nécessaires pour piloter les différents avions, car le maniement des surfaces de commande, des mécanismes, des moteurs, ainsi que les capacités de décollage et d’atterrissage étaient uniques pour chaque engins. La Société de production Armand Deperdussin a conçu un manche de pilotage central qui permettait de contrôler les ailerons et les stabilisateurs, ainsi que des pédales pour contrôler la timonerie. Cela a réellement facilité le maniement des surfaces de commande des avions, ce qui a directement profité au développement du pilote automatique de Sperry.

L’étape suivante fût la conception d’un avion sans pilote, qui pouvait voler vers un objectif précis, guidé par un appareil gyroscopique. La Première Guerre mondiale a voué à l’abandon certaines de ces innovations qui, cependant, sont réapparues des années plus tard sans nul doute.

Le premier pilote automatique de Sperry avait pour but d’assister le pilote au cours de sa tâche et de le libérer d’une partie de son travail. Voler de longues heures est une charge importante, qui provoque de la fatigue dans les bras, les épaules et le dos. Grâce à ce système, ce problème était résolu.

Les pilotes automatiques modernes intègrent de nombreuses capacités que Sperry n’a probablement jamais pu développer, comme le maintien, l’accélération ou la réduction d’une vitesse programmée, le suivi d’un plan de route programmé, l’alignement de l’avion avec la piste ou la réalisation d’un atterrissage entièrement automatique. Mais l’essentiel du dispositif est le même et sa contribution à l’aviation a été primordiale.

 

 

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27/05/2019

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