Le cockpit, ou habitacle, est la partie de l’aéronef offrant une visibilité vers l’avant et sur les côtés de l’appareil, où sont installés le ou les pilotes de l’avion et éventuellement d’autres membres de l’équipage (dans les anciens avions de transport de passagers, avec un équipage à trois, ou dans certains avions militaires accomplissant des missions nécessitant d’autres postes de travail que ceux des pilotes). On y trouve, à portée des membres de l’équipage installés sur leurs sièges, tous les équipements d’affichage visuel et de commande qui permettent de contrôler le véhicule sur la piste ou dans les airs, dans l’instant (pilotage) et dans ses évolutions futures (navigation), en interagissant – si besoin est – avec des installations au sol ou d’autres avions (télécommunications), et en surveillant et en agissant sur les systèmes de bord (moteurs, réservoirs, conditionnement d’air, etc.).
 

Les premières planches de bord d'avion

Historiquement, dans tout aéronef, ce que l’on appelle la planche de bord regroupe, en face des pilotes ou entre eux, la présentation des informations nécessaires au pilotage et à la navigation. Sans remonter aux frères Wright, installés à l’air libre dans le treillis du fuselage, il faut reconnaître que, durant les trente premières années de l’aviation, la planche de bord reste peu garnie. En fait, pendant ce premier âge de l’aviation, les pilotes tirent directement les informations essentielles de l’environnement extérieur. Les cockpits – ouverts à l’air libre – permettent de piloter, par bonne visibilité, avec une appréciation convenable des assiettes de la machine, des mouvements de montée, de descente et des virages. La vue directe du sol offre aussi un moyen de recaler la navigation, quitte à descendre assez bas pour lire le nom de la gare de chemin de fer survolée !

Mais, à partir des années trente, les tableaux de bord – garnis d’instruments de plus en plus nombreux et complexes – permettent en particulier le vol de nuit et par mauvaise visibilité, et, depuis les années cinquante, autorisent aussi l’atterrissage par mauvaises conditions météorologiques. Depuis, cette évolution se poursuit et, grâce aux immenses progrès de l’avionique, implique des capacités fonctionnelles et d’autonomie croissantes par rapport à l’environnement extérieur.
 

Un facteur fondamental du cockpit : l’ergonomie du poste de pilotage

Le cockpit d’un avion moderne – interface vitale entre l’avion et l’équipage de pilotage – doit pouvoir offrir à celui-ci, instantanément, et commodément, toutes les informations nécessaires pour juger de la situation de l’appareil et pour réagir en conséquence, quelles que soient les circonstances. Le cockpit est donc à la pointe du progrès touchant à l’interface homme/machine, grâce à laquelle le cerveau, via les sens et les organes moteurs, parvient à étendre ses capacités au contrôle d’une machine extraordinairement complexe, évoluant dans un milieu inhabituel pour l’être humain.
 
L’ergonomie du cockpit constitue bien sûr un élément essentiel et pour le confort de l’équipage, et pour son efficacité. Elle est régie par les normes de la SAE (Society for Automotive Engineers) et les aerospace recommended practice (ARP) fixent celles qui concernent l’arrangement, la conception, l’installation et les opérations du cockpit. Pour le placement des pilotes, les règles minimales portent sur :
  • la capacité d’atteindre les contrôles sans effort à partir d’une position de référence (ceinture de sécurité attachée, harnais d’épaules débarré, les yeux du pilote occupant la position oculaire de référence) ;
  • la visibilité des instruments de vol sans effort indu ;
  • la visibilité minimale hors de la cabine de pilotage ;
  • les communications orales aisées à l’intérieur de la cabine.

L’accessibilité des contrôles essentiels aux opérations de l’avion – « contrôles primaires » – constitue un point fondamental.

Les éléments composant un cockpit

 L’agencement de l’habitacle varie bien sûr suivant les avions, mais il comprend en général les éléments suivants – sans que cette liste soit limitative :
– la planche de bord (instrument panel) – héritage de la partie « historique » du cockpit, où étaient regroupés, face au pilote, et sous le pare-brise frontal, les principaux instruments évoqués plus haut ;
– la planche de bord latérale (side panel) qui se trouve sur les côtés du ou des sièges des pilotes, sous les pare-brise latéraux, et permet, comme toutes les surfaces supplémentaires, d’afficher des informations, et d’installer les boutons et les manettes de commande de différents sous-systèmes de l’aéronef – les uns et les autres de plus en plus nombreux ;
– la planche de tête (fascia panel), au-dessus du pare-brise frontal ;
– la planche console (console panel), partie la plus avancée et la plus élevée des équipements d’affichage et de contrôle disposés entre les deux pilotes dans les avions commerciaux civils ;
– la planche de bord centrale (centre instrument panel), juste en dessous de la planche console ;
– le pylône central (centre pedestal), juste entre les sièges des pilotes, dans le prolongement de la planche de bord centrale ;
– la planche supérieure (overhead panel), appelée aussi panneau plafond ;
– les sièges du pilote et du copilote ;
– le manche et le volant (control column & control wheel) historiquement connu comme le « manche à balai » –, ou le minimanche situé sur la planche de bord latérale qui les a remplacés dans les avions récents, ceux-ci constituent les moyens de contrôle de base de l’aéronef, avec le palonnier ;
– le palonnier (rudder pedals), formé des deux pédales disposées sous les pieds de chaque pilote ;
– l’affichage tête haute (HUD, pour head-up display), élément récent mais de plus en plus important ;
– le « visuel de tête », dans certains cockpits.
 

Du poste de pilotage analogique au digital

Jusque dans les années 1970, dans les cockpits des avions civils, les parois et toutes les surfaces accessibles aux pilotes – décrites ci-dessus – rassemblent maints indicateurs, instruments et dispositifs de commande électromécaniques. Les postes de pilotage, bardés de cadrans compliqués, sont en général conçus pour un équipage à trois : deux pilotes et un mécanicien. Dans un avion de transport typique de cette époque, on recense plus de 100 instruments et commandes, les plus importants étant sursaturés de barres, d’aiguilles et de symboles. Ils se trouvent donc en concurrence pour l’espace sur la planche de bord, et aussi par rapport à l’attention du pilote. La solution de ces problèmes provient des recherches, conduites en particulier par la NASA aux États-Unis, sur des dispositifs de visualisation capables de traiter les informations brutes fournies par les systèmes de l’aéronef et les données de vol, et de les intégrer en une image synthétique facilement compréhensible. Le changement porte essentiellement sur la nature même des informations traitées. Les anciens instruments fournissaient les indications directement liées aux phénomènes physiques se trouvant à leur origine – par exemple la pression et la vitesse relative de l’air, ou la position d’un gyroscope – via des informations "analogiques", par opposition aux informations "numériques" ou "digitales", qui résultent de la transformation d’une mesure physique en un nombre codé en binaire au moyen d’un "convertisseur analogique-digital". La numérisation des données physiques nécessaires au pilotage et à la navigation de l’avion, et plus généralement à l’information et à l’action des pilotes, explique la profonde mutation du cockpit de tous les aéronefs à partir des années 1970. Elle participe des progrès de l’électronique et de l’informatique, c’est-à-dire de la conversion analogique-digital des mesures physiques, du traitement par ordinateur des informations numériques ainsi transformées, et de leur affichage sur des écrans semblables à ceux des ordinateurs.

La révolution du « glass cockpit »

Plus précisément, ce sont des progrès techniques – à deux niveaux différents – qui permettent de modifier profondément l’agencement et l’aspect des cockpits. Le premier concerne la disponibilité de systèmes électroniques de numérisation et de traitement de l’information suffisamment sûrs et performants. Le second, la mise au point de tubes cathodiques (CRT, pour cathode-ray tubes), comme ceux utilisés dans les "moniteurs" informatiques, mais suffisamment lumineux pour s’adapter aux besoins des pilotes, confrontés dans un cockpit à des éclairements extrêmement différents et variables.

Ces deux innovations débouchent sur le remplacement des principaux instruments électromécaniques de pilotage par des visualisations intégrées sur des écrans d’ordinateurs, et par conséquent sur une nouvelle présentation des informations sur l’état des systèmes de bord et des signaux d’alarme. Il s’agit vraiment d’un changement qualitatif fondamental, manifesté par l’apparition de la première génération de ce que l’on appelle les "glass cockpits".
 
Au début des années 1980, l’avionique adopte ce nouveau concept de cockpit sur les Airbus A310 et les Boeing 757 et 767. Cette introduction, associée à d’autres nouveautés telles que le FMS (flight management system), constitue l’un des facteurs qui permet un équipage à deux sur ces avions gros porteurs.

On équipe l’A310 d’un système de visualisation appelé EFIS (pour electronic flight instrument system), constitué de six écrans couleur à tubes cathodiques du type shadow mask1, de trois calculateurs et des postes de commande associés fournissant les informations essentielles de pilotage et de navigation pour le pilote et le copilote ainsi que des données synthétiques sur l’état des systèmes de l’avion et sur les alarmes. L’interface homme/machine se trouve ainsi significativement améliorée et de nouvelles fonctionnalités deviennent réalisables, telles que l’affichage de cartes graphiques simples et de schémas simplifiés des systèmes de bord. La surface utile de chaque écran est de 5” x 5” (12,5 x 12,5 cm), ce qui aujourd’hui semble petit mais représente alors une vraie révolution. Il faut donc souligner cette simplification de la planche de bord de l’A310 par rapport au cockpit analogique des avions des générations précédentes, même si les indicateurs de la zone centrale, qui portent sur les données des moteurs, restent électromécaniques.
 

Vers l’aviation et les cockpits du futur

Le 21ème siècle prend possession du cockpit. La technologie d’écran LCD devient la référence, générant des gains en masse et en capacité d’affichage. Le tactile entre également dans le cockpit, fournissant aux pilotes de nouveaux moyens d’interaction avec le système avion. Ces nouvelles capacités ouvrent un potentiel gigantesque pour le futur : nous sommes maintenant capables d’emmener dans l’avion les moyens d’interactions que nous utilisons au quotidien avec les smartphones et ainsi de décupler les capacités et l’ergonomie des cockpits du futur.