Comment fonctionne le pilote automatique d'un avion ?

Le pilote automatique ne « pilote » pas l'avion comme le ferait une personne : il exécute une boucle de régulation fermée. Il mesure d'abord l'état réel de l'avion à l'aide de gyroscopes et d'accéléromètres (aujourd'hui intégrés dans des centrales inertielles à état solide), du système anémobarométrique (altitude, vitesse indiquée, nombre de Mach) et de la position fournie par le GPS ou les aides radio à la navigation. Il compare ensuite ces valeurs avec la consigne sélectionnée par l'équipage — maintenir 35 000 ft (10 670 m), suivre le cap 270, ou voler à Mach 0,78 — et calcule la correction nécessaire. Enfin, il actionne les ailerons, la gouverne de profondeur et la gouverne de direction via des servocommandes, ou, sur les avions à commandes de vol électriques, envoie l'ordre aux calculateurs de commande de vol. Le cycle se répète des dizaines de fois par seconde.

Les systèmes les plus simples, typiques de l'aviation légère, agissent sur un seul axe : maintenir les ailes à l'horizontale ou tenir un cap. Un pilote automatique à deux axes ajoute le contrôle du tangage (altitude et montée ou descente), et un système à trois axes ajoute la gouverne de direction pour coordonner les virages et amortir le lacet. Sur un avion de ligne, l'ensemble s'appelle le système de guidage de vol et fonctionne par modes : sur l'axe latéral, il peut tenir un cap, suivre une route latérale (LNAV) ou capturer un localizer ; sur l'axe vertical, tenir une altitude, une vitesse verticale, un profil de descente calculé (VNAV) ou un plan de descente. L'autothrottle complète l'ensemble en régulant la poussée pour maintenir la vitesse ou le réglage de puissance sélectionné.

Lors d'un vol commercial, le pilote automatique est engagé peu après le décollage et désengagé avant le toucher des roues, sauf pour les approches de catégorie II ou III, où les systèmes redondants d'un avion certifié peuvent le guider jusqu'au sol et le maintenir dans l'axe de la piste pendant le roulage à l'atterrissage. L'équipage ne cesse jamais de travailler : il programme le FMS, sélectionne les altitudes et vitesses autorisées par le contrôle aérien, vérifie que chaque mode actif est bien celui attendu, et reste prêt à déconnecter et à piloter manuellement si quelque chose ne colle pas. Le décollage se fait toujours manuellement. Les régulateurs exigent aussi que toute panne du système produise une déconnexion claire et que les efforts résiduels sur les commandes restent maîtrisables, afin que le pilote puisse reprendre le contrôle en toute sécurité.