FLIGHT DATA / VOICE RECORDER

FLIGHT DATA RECORDER

Introduction

Le Flight Data Recorder FDR enregistre les paramètres de vol. Les données enregistrées sont très variables, en fonction de l'âge et de la taille de l'avion.
C'est seulement en 1958 que les autorités mondiales de l'aviation civile ont imposé une spécification minimum pour un enregistreur de vol destiné aux enquêtes techniques.
Toutefois, l'exigence minimale est d'enregistrer un groupe de base de cinq paramètres :
- l'altitude-pression
- Vitesse indiquée
- cap magnétique
- accélération normale
- temps.
En 1960, une nouvelle exigence de base est imposée : le microphone activé.
Les manipulations du microphone (l'heure à laquelle les transmissions radio ont été effectuées par l'équipage) sont enregistrées pour corréler les données du FDR avec les informations du CVR.
Au fil des années, avec les progrès technologiques, ce nombre de paramètres a été porté à 11 puis 29.

Évolution des FDR

Au début des années 60, c'est le début de l'ère des jets commerciaux avec les développements des Boeing 707, Douglas DC-8, Caravelle de Sud-Aviation etc... Tous ces avions sont équipés d'un enregistreur de paramètres FDR. Il existe alors deux sortes d'enregistreurs : l'enregistreur métallique et l'enregistreur photographique.

Enregistreurs sur Boeing 707

Le Boeing 707 était généralement équipé d'un FDR analogique à cinq paramètres. Les données étaient enregistrées en gravant des traces sur une feuille de métal (voir ci-dessous). À l'intérieur de l'enregistreur se trouvaient des capteurs pitot/statiques et électriques distincts des capteurs utilisés par l'équipage. Une boîte placée dans la queue non pressurisée du B707 contenait le FDR, améliorant ainsi sa fiabilité en le protégeant des variations de pression, de température et d'humidité.

Un autre FDR pour le B707 était le Lockheed Aircraft Service modèle LAS-109C FDR. Il s'agissait d'un enregistreur analogique sphérique de couleur jaune, qui pesait 15,4 kg. Les connexions pneumatiques et électriques du FDR sont visibles sur la figure ci-contre.

Certains modèles ultérieurs de B707 étaient équipés d'un premier type de FDR numérique. Cet enregistreur était de couleur orange flamme et était connu sous le nom "d'œuf rouge". Une technique de multiplexage numérique était utilisée et les données étaient enregistrées magnétiquement sur un fil fin. Cette technique était basée sur le prototype de boîte noire développé par le Dr David Warren, scientifique australien.
Source : Neil A. H. Campbell

Enregistreurs feuilles métalliques

Ces enregistreurs sont constitués de stylets mécaniques qui gravent une fine feuille métallique. L'enregistreur « métallique » élabore lui-même les paramètres en prenant comme données d'entrée les capteurs de base de l'avion (accéléromètres, pression pitot, etc.).
L'intérieur d'un enregistreur métallique

Ci-dessous, l'enregistrement de paramètres de vol sur une feuille métallique.

Enregistreurs sur feuilles de papiers

L'enregistreur K2-717 appelé barospeedograph était installé sur les Su-7 de l'ancienne Armée de l'air tchécoslovaque. Il enregistrait l'altitude barométrique, la vitesse et le temps, et l'enregistrement était gravé par des aiguilles sur un papier coloré.

Enregistreurs photographiques

À peu près à la même époque, une technologie équivalente consiste à remplacer la feuille de métal par un film photosensible et les stylets par des rayons lumineux. C'est l'enregistreur photographique. Les indications des instruments de vol étant projetées sur une pellicule photographique grâce à un jeu de miroirs. L’avantage de la technologie du film était qu’elle pouvait être facilement développée par la suite et fournissait un retour visuel durable des paramètres de vol sans nécessité d’appareil de lecture. En revanche, un film photographique ne peut pas être effacé et recyclé et doit donc être changé périodiquement. Les pellicules photosensibles étaient enfermées dans une chambre noire, d’où le nom de boite noire. À noter que ces équipements n'enregistrent qu'un nombre limité de paramètres fondamentaux, cinq ou six en général. (Voir introduction).
Un modèle d'enregistreur photographique - Le caisson est blindé et la bande film est à droite.

Enregistreurs à bandes magnétiques

La fin des années 1960 et le début des années 1970 voient arriver des nouveaux avions commerciaux comme le Boeing 747, le McDonnell DC-10, le Lockheed TrisStar et l'Airbus 300. Les FDR évoluent afin de pouvoir enregistrer plus de paramètres, comme ceux liés au fonctionnement des réacteurs, aux positions des commandes de vol et des dispositifs hypersustentateurs, etc. La technologie de l’enregistrement magnétique permet d’une part l’invention de l’enregistreur de conversation, et d’autre part l’augmentation progressive du nombre de paramètres enregistrés par le FDR. Voir Enregistreur à bande magnétique
Sur les nouveaux FDR, les paramètres ne sont plus enregistrés en continu ; ils sont d’abord échantillonnés, numérisés et multiplexés à l’intérieur d’une trame numérique à raison de 64 mots de 12 bits par seconde, puis cette trame numérique est enregistrée sur la bande magnétique sous forme de signaux élémentaires codant des 0 et des 1. D’où l’appellation de DFDR pour Digital Flight Data Recorder.

Ci-dessous : vue détaillée de l'intérieur du boîtier blindé.

Enregistreurs à mémoires statiques

À partir de 1985 environ, l’évolution des technologies numériques amène le remplacement du support magnétique par une carte mémoire semi-conducteurs à base de mémoires non volatiles de type FLASH, d’où l’appellation de SSFDR pour Solid State Flight Data Recorder. L’enregistrement sur un support numérique a marqué l'avancée la plus significative dans l'évolution de la technologie des enregistreurs de vol. Il apporte une fiabilité de restitution nettement supérieure à l’enregistrement sur bande magnétique, et améliore la capacité de survie en cas d'accident ou de feu.
La miniaturisation de la capacité mémoire a permis d’augmenter le nombre de paramètres enregistrés (plusieurs centaines). Les fréquences d’échantillonnage ont augmenté et la durée d’enregistrement de certains modèles offre une capacité d’enregistrement de cinquante heures ou plus.
Un FDR typique mesure 16 cm de hauteur, 12,7 cm de largeur et 50 cm de profondeur. Il pèse 4,8 kg (10,6 lbs).

L'enregistreur ci-dessous est composé de 2 modules séparés :
- à gauche, la partie carte d'interface et acquisition des données,
- à droite, la mémoire de stockage est logée dans une enveloppe blindée CSMU (Crash Survivable Memory Unit), qui est fixée par des écrous sur le socle du boîtier.

Les différents types de carte mémoire - Solid State Flight Data Recorder

Augmentation du nombre de paramètres enregistrés

Aujourd'hui, les avions à réaction modernes vont bien au-delà et sont équipés de FDR qui peuvent enregistrer des milliers de paramètres couvrant tous les aspects du fonctionnement de l'avion.
Ci-dessous, tableau montrant l'évolution de ces dispositifs de collecte de données selon l'utilisation des types d'avions suivants :

Type d'avion	Date mise en service	Type de FDR	Nombre de paramètres	Capacité du FDR
Boeing 707	1958	Anologique	5	Mécanique limité à environ 10 paramètres
Airbus 330	1993	Numérique (état solide ou bande magnétique)	280	128wps⁸(entrée de données en série)
Embraer 170	2004	Numérique (état solide ou combi-recorder)	774	256wps (entrée de données en série)
Airbus 380	2007	Numérique (état solide)	> 1 000	1 024wps (entrée de données en série)
Boeing 787	2009	Numérique (état solide) EAFR	> 1 000	Système ethernet

Note :
wps : mots par seconde. Un mot est constitué de 12 bits.
EAFR : Enhanced Airborne Flight Recorder. Un enregistreur combiné qui stocke à la fois l'audio du cockpit et les données de vol. L'EAFR a également la capacité de stocker des informations vidéo.

Boîtier d'acquisition

Le besoin de disposer de plus en plus de paramètres ainsi que l’apparition des technologies numériques ont rendu progressivement obsolète le principe selon lequel l’enregistreur reçoit l’information des capteurs et calcule lui-même les valeurs des paramètres à enregistrer.
Un nouveau calculateur de bord a alors été chargé de la collecte des paramètres à enregistrer : c’est le calculateur d’acquisition de données de vol appelé Flight Data Acquisition Unit FDAU, Flight Data Interface Unit FDIU ou Flight Data Acquisition Card FDAC.
Cette unité dispose de quatre types d’entrées :
- des entrées discrètes (détection d’état logique, voyants, interrupteurs, relais) ;
- des entrées analogiques (potentiomètre) ;
- des entrées pour synchro transmetteurs ;
- des entrées bus numériques (ARINC 429).
Le boîtier d’acquisition est programmé pour ordonner le flux continu de données vers le FDR et, s'il est installé, vers un enregistreur à accès rapide QAR. Les informations du FDAU au FDR qui se limite désormais à la fonction d’enregistrement sont envoyées via des trames de données spécifiques, qui dépendent du constructeur de l'avion.
Ci-dessous le boitier Flight Data interface and management unit

Remarque : Le boîtier d’acquisition équipe principalement les gros avions de transport public. Pour les avions de masse plus faible, la fonction d’acquisition des données reste souvent réalisée par l’enregistreur de paramètres.

Balise de localisation sous-marine

Chaque enregistreur FDR et CVR est équipé d'une balise de localisation sous-marine ULB alimentée par batterie pour faciliter la récupération sous-marine. Lorsque l'ULB est immergée dans l'eau, elle commence à émettre un signal acoustique qui peut être reçu et transformé en signal sonore par un récepteur. L'ULB est parfois appelée "pinger" en raison du signal sonore créé par le récepteur.

L'ULB doit remplir les conditions suivantes :
- fréquence nominale de fonctionnement : 37,5 kHz
- taille (typique) : 9,95 cm de long par 3,30 cm de diamètre
- profondeur d'opération : 0 à 6 096 mètres (20 000 ft)
- activation automatique par l'eau douce et l'eau salée
- durée de fonctionnement minimale est de 30 jours.
La puissance acoustique diminue à mesure que la tension de la batterie diminue. Il peut être possible de détecter l'ULB après 60 jours ou plus, mais la portée de détection sera réduite. La portée de détection maximale d'un ULB est généralement de 2 à 3 kilomètres, mais dépend du niveau de sortie acoustique, de la sensibilité du récepteur, si l'ULB est ensevelie sous des débris (par exemple la structure d'un avion et la boue), le niveau de bruit ambiant, etc...
Source de cette page : Bureau d'Enquêtes et d'Analyses pour la Sécurité de l'Aviation Civile

Réglementation

La réglementation exige que le FDR commence à enregistrer automatiquement et que les pilotes ne puissent pas avoir la possibilité de l'arrêter. Ainsi, une porte logique est préparée à l'aide de relais qui peuvent fonctionner avec des signaux discrets de type sol/ouvert ou 28 VDC/ouvert. Les entrées de ce dispositif logique sont le signal d'arrêt du moteur et le signal de poids sur les roues.
Le FDR s'arrête d'enregistrer que lorsque le dernier moteur est arrêté et que l'avion est au sol (contacteur sur l'amortisseur du train d'atterrissage).
En cas d'accident ou d'incident en vol dû à la perte de puissance, le FDR doit pouvoir continuer à enregistrer, c'est pourquoi une alimentation électrique indépendante pendant 10 minutes est utilisée.