S’il fallait citer un élément inhérent à l’existence des aéroports, celui-ci serait sans nul doute les pistes de décollage et d’atterrissage. Elles sont en effet leur raison d’être. Les dimensions et le nombre de pistes influent sur le type et la quantité des avions qui peuvent utiliser l’aérodrome et, par conséquent, ces caractéristiques représentent un facteur clé pour déterminer la capacité de l’aéroport.
De nombreux facteurs techniques interviennent dans la conception de la piste de décollage et d’atterrissage d’un aéroport pour, au bout du compte, conditionner les caractéristiques idéales de ce type d’infrastructure.
La longueur plus ou moins importante d’une piste n’est pas une question anodine. Elle a en effet une répercussion sur les types d’appareils qui pourront l’utiliser, sur les marges de sécurité dans des conditions défavorables, sur les coûts de construction, sur la maintenance, sur les services auxiliaires, etc. La conception des pistes doit donc être étudiée au cas par cas. Mais comment la longueur appropriée est-elle fixée ?
Les principaux facteurs techniques qui interviennent dans la prise de décision de la taille nécessaire à une piste sont variés, mais cinq caractéristiques se dégagent : l’aéronef type, la nature de la surface, la pente longitudinale, l’altitude et la climatologie.
L’aéronef type est l’appareil qui est amené à utiliser le plus fréquemment l’aéroport et celui qui définit la longueur idéale de la piste. Chaque appareil possède des spécificités qui déterminent les mètres nécessaires pour effectuer chacune de ses opérations et manœuvres en prenant plusieurs situations en considération. Toutefois, il est prudent de considérer que d’autres aéronefs aux exigences plus importantes seront susceptibles d’utiliser l’aérodrome, et il est donc logique de considérer ce point pour dimensionner la piste.
Cet aspect revêt une grande importance car il ne suffit pas de s’arrêter à la longueur nécessaire à un modèle d’avion précis, mais, comme nous allons l’aborder un peu plus loin, analyser l’ensemble en appliquant les conditions les moins optimales (conditions météorologiques défavorables, tout particulièrement).
Plusieurs exemples peuvent être invoqués en fonction des caractéristiques nominales de certains appareils à pleine charge. D’un côté, il est possible de citer le Boeing 747-8, lequel a besoin d’environ 3 090 mètres pour décoller, tandis que 3 100 mètres sont nécessaires à l’Airbus A380-900. Toutefois, les aéronefs les plus couramment rencontrés dans la plupart des aéroports n’ont pas besoin de pistes aussi longues. Tel est le cas du Boeing 737-800, pour lequel 2 450 mètres sont suffisants au décollage, ou de l’Airbus A319, qui se contente de son côté de 1 950 mètres.
La pente longitudinale de la piste est le deuxième facteur à considérer. Les conditions idéales de conception prévoient que la pente soit de 0,0 %, mais dans certains cas, les restrictions géomorphologiques imposent la construction de pistes dont la pente peut avoir son importance. Le cas échéant, et en tenant compte des vents dominants, la nature de la pente, qu’elle soit positive ou négative, va avoir une influence sur la longueur de piste plus ou moins importante pour que l’aéronef y soit exploité.
Le cas de l’aéroport de Courchevel, dans les Alpes françaises, dont la piste présente une pente allant jusqu’à 18,5 %, est bien connu, tout comme celui de l’aéroport de Lukla (Népal) situé au cœur de l’Himalaya, avec sa pente atteignant les 12 %.
La nature de la piste est elle aussi un facteur déterminant. Les revêtements utilisés peuvent être l’asphalte, le ciment, l’herbe, la terre voire la neige compactée. Chaque matériau possède des caractéristiques spécifiques qui conditionnent la circulation des aéronefs, tout particulièrement son coefficient de frottement qui influe directement sur les décollages et atterrissages et, par conséquence, sur la longueur nécessaire pour l’exploitation des appareils.
Des situations curieuses peuvent se rencontrer comme à l’aéroport de Barra (Hébrides extérieures, îles du nord-est de l’Écosse). Sa piste est aménagée au milieu d’une plage et les opérations ont lieu sur le sable, la surface pouvant se retrouver plus ou moins inondée en fonction des marées.
Un autre facteur important pour définir la longueur d’une piste est l’altitude à laquelle elle se trouve. Cette composante est en relation inverse avec la densité de l’air. Lorsque l’altitude augmente, la masse d’air qui circule à travers les réacteurs de l’avion diminue, ce qui a pour conséquence de réduire la poussée. La faible densité de l’air a également une répercussion sur la capacité de l’aile à fournir de la portance. Une vitesse plus élevée s’avère alors nécessaire, tout comme un angle d’attaque supérieur. Il en résulte que pour un modèle d’avion donné, la longueur nécessaire pour utiliser une piste est plus importante dans les aéroports situés en altitude que sur les pistes aménagées au niveau de la mer.
L’aéroport commercial le plus haut du monde est celui de Daocheng Yading, dans la province de Sichuan (Chine), situé à 4 411 mètres. Pour ce faire une idée plus précise de ce que cela signifie, il faut savoir que la pression de l’air au niveau de la mer est égale à 1 atm (760 mmHg), alors qu’elle n’est que de 0,577 atm (439 mmHg) dans cet aéroport, soit près de la moitié moins.
Il est suivi, dans la liste des aéroports les plus hauts du monde, de ceux de Qamdo Bamda (4 334 m), de Kangding (4 280 m) et de Ngari-Gunsa (4 274 m), tous trois situés en Chine. La capitale possédant l’aérodrome le plus haut du monde est La Paz (Bolivie), où son aéroport international El Alto culmine à 4 061 mètres d’altitude.
Le climat d’un lieu est l’ensemble des conditions atmosphériques spécifiques à cette région, ainsi que leurs variations au fil du temps. Chaque aéroport est soumis à des caractéristiques climatiques régionales qui permettent de prévoir les conditions standard auxquelles il peut être confronté à n’importe quelle époque de l’année. Parmi les paramètres les plus importants pour définir la longueur des pistes se trouve en l’occurrence la température.
Chaque année, la chaleur est directement en cause dans l’annulation de centaines de vols. Plus la température est élevée, plus la densité de l’air est faible (le nombre de molécules d’oxygène par unité de volume diminue) et, par conséquent, la combustion et la puissance développée sont moindres. Comme dans le cas de l’altitude, une longueur plus importante s’avère donc nécessaire pour le décollage. Même s’il semble logique de prendre les valeurs moyennes annuelles de température de la zone, la périodicité ou l’éventualité d’épisodes climatiques extrêmes doit être prise en considération.
La région du Moyen-Orient est celle qui se distingue le plus en termes de hautes températures. Les valeurs les plus élevées ont été enregistrées dans l’aéroport d’Ahvaz (Iran), avec 54 °C en juin 2017, et dans celui de Bassorah (Irak), où le mercure a atteint les 53,9 °C en juillet 2016.
À l’opposé se trouve l’aéroport le plus froid du monde, celui d’Oïmiakon (Russie), où les -67,7 °C ont déjà été atteints dans une région où le thermomètre ne dépasse les 0 °C que trois ou quatre mois par an en moyenne.
L’état de la piste n’est pas en lien direct avec sa conception, mais il a un impact sur la quantité de mètres nécessaires à un appareil pour atterrir ou décoller. Un mauvais entretien ou la présence de poussières, de sable, d’eau ou de tout autre élément peut sensiblement conditionner les opérations.
À l’heure de dimensionner les besoins en espace pour l’atterrissage d’un aéronef, la possibilité de mauvaises conditions d’adhérence sur la piste est généralement compensée par une hausse d’environ 15 % par rapport aux conditions idéales.
La conception et le dimensionnement des pistes de décollage et d’atterrissage sont des tâches complexes qui voient intervenir de nombreux paramètres techniques, mais pas seulement. Cette évaluation technique ne peut en effet pas se faire de manière isolée, puisqu’elle doit se fondre dans une étude appropriée des besoins associés à l’aérodrome englobant le côté économique et social, l’environnement ou les opportunités d’activités.
