Olivier Boucher et al. (2023): Comparaison des trajectoires de vol réelles et optimisées dans le temps dans le cadre du programme IAGOS (In-Service Aircraft for a Global Observing System)

---

Des meilleures trajectoires pour diminuer l’impact climatique de l’aviation

Optimiser les trajectoires des avions de façon à minimiser les coûts opérationnels est très important pour les compagnies aériennes. Plusieurs paramètres sont à prendre en compte et la consommation de carburant en fait partie. Cependant, les trajectoires de vols ne sont pas totalement optimales en termes de carburant en raison des restrictions de l’espace aérien, des règles de sécurité, de la météo et d’autres contraintes opérationnelles.

L’étude de Climaviation présente deux méthodes pour optimiser la phase de croisière du vol en exploitant au mieux les variations du vent à un niveau de vol donné et pour une vitesse constante. La méthode consiste tout d’abord à faire pivoter la sphère pour que la trajectoire la plus courte entre les points de départ et d’arrivée soient sur l’équateur. Cette reprojection permet de ne pas se soucier des singularités mathématiques aux pôles et permet de « tronçonner » assez naturellement la trajectoire en plusieurs segments de 50 km. La première méthode, dite de descente du gradient, consiste à trouver, pour chaque point, la latitude de manière à minimiser le temps de vol en fonction des vents. La deuxième méthode, qui s’inspire des travaux de Zermelo, ajuste localement la direction de vol à partir d’un jeu de trajectoires avec différentes conditions initiales et sélectionne la meilleure trajectoire qui passe par le point d’arrivée.

En comparant les trajectoires optimisées selon ces méthodes avec celles bien réelles enregistrées dans le cadre du programme IAGOS (In-Service Aircraft for a Global Observing System), nous trouvons un bon accord entre les deux méthodes. De plus, les trajectoires IAGOS sont bien optimisées sur certaines routes, en particulier les routes transatlantiques entre l’Europe et l’Amérique du Nord ou du Sud, mais elles sont moins bien optimisées sur d’autres routes, en particulier les routes intérieures en Asie ou entre l’Europe et l’Asie. Cela est probablement dû aux restrictions de l’espace aérien et des couloirs de vol étroits qui obligent à faire des détours.

Une trajectoire optimisée en fonction des vents minimisera la consommation de carburant et par conséquent les émissions de CO₂. Cependant, si l’on considère également les effets non-CO₂, la meilleure trajectoire pourra être différente. Pour optimiser des trajectoires qui incluent l’impact climatique des NOx et des traînées de condensation, il convient de s’assurer du bon choix de l’horizon temporel et du coût climatique associé à ces effets mais aussi des incertitudes des modèles à prédire les zones propices à la formation et à la persistance de ces traînées. Cela fera l’objet de travaux futurs sur l’évitement des traînées de condensation.