Qu'est-ce que la pente longitudinale ?

La pente longitudinale d’une chaussée est son inclinaison dans le sens de la circulation, en pourcentage. Une pente de 1 % signifie que la surface monte ou descend de 1 m sur 100 m. La FAA AC 150/5300-13B définit la pente de surface comme « le taux de montée ou de descente d’une surface aéroportuaire ». L’EASA et l’OACI désignent la même grandeur par le mot slope, et la FAA écrit aussi grade et gradient.

Sur une piste, le sens de la circulation est celui de l’axe de piste. L’OACI calcule la pente moyenne de piste comme la différence entre l’altitude la plus haute et la plus basse de l’axe, divisée par la longueur de la piste. Le mot longitudinal donne la direction. La pente elle-même est une variation de hauteur par distance horizontale.

Pente longitudinale et pente transversale

La pente transversale, aussi appelée pente transversale de chaussée, traverse la chaussée. Elle évacue l’eau de la surface vers les bords. L’EASA indique que la surface de piste devrait être bombée, ce qui signifie qu’elle descend de l’axe vers les deux bords. Un dévers unique fait exception. Toute la surface penche alors d’un côté à l’autre, dans le sens du vent qui accompagne le plus souvent la pluie.

Ces valeurs de l’EASA proviennent des CS-ADR-DSN.B.060, B.080, D.265, D.280 et E.360. Les limites longitudinales de piste dépendent du numéro de code, et les limites transversales dépendent de la lettre de code. La pente transversale de piste a un minimum de 1 %. Aux intersections de pistes ou de voies de circulation, des pentes plus faibles peuvent être nécessaires. La FAA limite aussi la pente transversale de piste. Le tableau 3-6 de l’AC 150/5300-13B donne 1,0 % à 2,0 % pour les catégories d’approche A et B, et 1,0 % à 1,5 % pour les catégories C, D et E.

L’eau s’écoule le long de la pente combinée, longitudinale et transversale. L’Annexe 14 de l’OACI, Attachment A, et la GM1 ADR-DSN.B.191 de l’EASA indiquent que cette pente combinée est le trajet de l’eau de ruissellement. Les rainures transversales le raccourcissent. La GM1 ADR-DSN.B.080 de l’EASA indique qu’une combinaison adéquate des pentes longitudinales et transversales évacue l’eau de surface.

Pourquoi c’est important

La FAA indique qu’une piste en montée freine l’accélération et allonge la course au sol au décollage. Une piste en descente agit sur la décélération et allonge la course de roulement à l’atterrissage. Les normes de pente protègent aussi :

• le fonctionnement dans les limites structurelles des aéronefs
• le drainage des eaux de surface, pour réduire le risque d’aquaplanage
• la ligne de visée du pilote
• le confort de roulement

Limites de piste selon l’EASA et l’OACI

La CS-ADR-DSN.B.060 et l’Annexe 14 de l’OACI, volume I, paragraphes 3.1.13 à 3.1.16, emploient le mot « should ». Dans l’Annexe 14, il s’agit de recommandations et non de normes. Elles fixent trois types de limites.

• Pente moyenne. Divisez la différence entre l’altitude la plus haute et la plus basse de l’axe de piste par la longueur de la piste. Le résultat ne devrait pas dépasser 1 % pour le numéro de code 3 ou 4, ni 2 % pour le numéro de code 1 ou 2.
• Pente sur une partie quelconque. La pente ne devrait pas dépasser 1,25 % pour le numéro de code 4 et 1,5 % pour le numéro de code 3. Pour le numéro de code 1 ou 2, elle ne devrait pas dépasser 2 %. Dans le premier et le dernier quart d’une piste de numéro de code 4, elle ne devrait pas dépasser 0,8 %. La même valeur de 0,8 % s’applique au premier et au dernier quart d’une piste avec approche de précision de catégorie II ou III de numéro de code 3.
• Changements de pente. Le changement entre deux pentes consécutives ne devrait pas dépasser 1,5 % pour le numéro de code 3 ou 4. Pour le numéro de code 1 ou 2, il ne devrait pas dépasser 2 %. La transition doit être une surface courbe. Le taux de changement ne devrait pas dépasser ces valeurs :
  • numéro de code 4 : 0,1 % par 30 m (rayon de 30 000 m)
  • numéro de code 3 : 0,2 % par 30 m (rayon de 15 000 m)
  • numéro de code 1 ou 2 : 0,4 % par 30 m (rayon de 7 500 m)

Un cas concret montre ce que signifie ce taux. Un changement de pente de 1,5 % sur une piste de numéro de code 3 représente 7,5 paliers de 0,2 %. Chaque palier occupe 30 m, donc la courbe fait au moins 225 m de long. Cela équivaut au rayon de 15 000 m multiplié par la variation de 0,015.

Les courbes successives ne doivent pas être trop rapprochées. Le paragraphe 3.1.18 de l’Annexe 14 fixe une distance minimale entre leurs points d’intersection. Prenez la somme des deux changements de pente en pourcentage. Multipliez-la par 30 000 m (numéro de code 4), 15 000 m (numéro de code 3) ou 5 000 m (numéro de code 1 ou 2). La distance ne devrait pas être inférieure à cette valeur ni à 45 m, la plus grande des deux étant retenue. La GM1 ADR-DSN.B.075 de l’EASA donne un exemple pour le numéro de code 3. Les pentes sont de +1 %, puis de -0,5 %, puis de +0,5 %. La somme des changements est de 1,5 % plus 1 %, soit 2,5 %. La distance est d’au moins 15 000 m multipliés par 0,025, soit 375 m.

Lorsqu’un changement de pente ne peut pas être évité, le pilote devrait pouvoir voir le long de la piste. La CS-ADR-DSN.B.070 demande une visibilité dégagée entre des points situés au-dessus de la piste, sur au moins la moitié de sa longueur. La hauteur est de 3 m pour les lettres de code C à F, de 2 m pour la lettre de code B et de 1,5 m pour la lettre de code A.

L’OACI ajoute des indications pour les pistes avec approche de précision. Les changements de pente devraient être évités ou réduits au minimum sur une zone rectangulaire d’au moins 300 m de long, située avant le seuil. Cette zone fait 120 m de large. Les avions qui effectuent des atterrissages automatiques utilisent un radioaltimètre au-dessus de ce sol. Lorsqu’un changement de pente ne peut pas être évité, le taux de changement entre deux pentes consécutives ne devrait pas dépasser 2 % par 30 m. Il s’agit de l’Annexe 14, Attachment A, section 4.3. C’est une indication, et non une norme.

Limites des voies de circulation et des aires de trafic

La CS-ADR-DSN.D.265 indique qu’une pente de voie de circulation ne devrait pas dépasser 1,5 % pour les lettres de code C à F, ni 3 % pour les lettres de code A et B. La CS-ADR-DSN.D.270 limite le taux de changement de pente à 1 % par 30 m (rayon de 3 000 m) pour les lettres de code C à F. Pour les lettres de code A et B, la limite est de 1 % par 25 m (rayon de 2 500 m). La même spécification prévoit une solution de repli. Si ces taux ne sont pas atteints, la courbe devrait permettre l’exploitation en toute sécurité de tous les avions, dans toutes les conditions météorologiques.

Sur une aire de trafic, la CS-ADR-DSN.E.360 indique que les pentes doivent suffire à éviter la stagnation de l’eau, sans excéder le besoin du drainage. Sur un poste de stationnement d’aéronef, la pente maximale est de 1 % dans toute direction. La GM1 ADR-DSN.E.360 de l’EASA indique que la conception doit tenir compte de l’effet de la pente sur un avion qui freine au poste puis commence à se déplacer pour le départ.

Normes de la FAA

L’AC 150/5300-13B, paragraphe 3.16.1, fixe les normes des axes de piste par catégorie d’approche des aéronefs.

Les courbes verticales sont paraboliques. Pour les catégories A et B, aucune courbe verticale n’est nécessaire lorsque le changement de pente est inférieur à 0,40 %. Un changement de pente de 1,5 % dans les catégories C, D et E exige une courbe d’au moins 1 500 ft (environ 457 m).

Pour les catégories C, D et E, deux limites s’appliquent dans la moins étendue des deux zones. Les zones sont le premier et le dernier quart de la piste, ainsi que les premiers et derniers 2 500 ft (762 m). Des pentes supérieures à 0,8 % n’y sont pas acceptables. Les changements de pente de piste n’y sont pas acceptables non plus.

Pour les voies de circulation, le paragraphe 4.14.1 fixe une pente longitudinale maximale de 1,5 %. Sur les voies qui ne desservent que des avions de 30 000 lb (13 605 kg) ou moins, le maximum est de 2,0 %. Le changement de pente maximal est de 3,0 %. La longueur minimale de courbe verticale est de 100 ft (30,5 m) par 1,0 % de changement.

Comment la pente longitudinale est mesurée

Une photographie ne montre pas une pente. Une pente provient d’altitudes relevées le long de l’axe, comparées au profil de conception. La FAA fixe des règles pour un usage de ce profil, la mesure de la rugosité de piste. L’AC 150/5380-9 évalue les bosses sur le profil d’altitude longitudinal de la piste. La FAA exige un intervalle de relevé de 0,25 m pour cette méthode. Elle recommande des profils le long de l’axe et à un décalage latéral de chaque côté, qui correspondent aux avions qui fréquentent l’aérodrome.

La même circulaire ne recommande pas les profilomètres inertiels qui utilisent un filtrage passe-haut pour ce travail. Le filtrage modifie les grandes longueurs d’onde du profil, dont le calcul du Boeing Bump a besoin. Ces profilomètres font aussi des erreurs là où le véhicule d’essai accélère ou freine près des seuils.

Aucune source de cette vérification ne donne de méthode de relevé ni de précision pour les profils de piste obtenus par drone. Cette page n’en indique donc aucune.

Comment la pente évolue en service

Le tassement du sol de fondation peut abaisser une partie de la chaussée. Le manuel PAVER de la FAA appelle une telle zone basse une dépression. Il indique qu’une dépression provoque des irrégularités. Remplie d’assez d’eau, elle peut provoquer l’aquaplanage des aéronefs. Une dépression modifie la pente locale et peut retenir de l’eau stagnante sur la piste. Le manuel indique de mesurer la profondeur d’une dépression jusqu’à 3 m (10 ft) de large à l’aide d’une règle droite posée dessus.

Sur une chaussée en béton, le tassement se traduit par un ressaut. Le manuel PAVER pour les aérodromes en béton définit le tassement ou le ressaut comme une différence d’altitude à un joint ou à une fissure, causée par un soulèvement ou une consolidation.

L’Annexe 14 de l’OACI, Attachment A, paragraphe 5.5, indique que la déformation d’une piste au fil du temps peut former des flaques d’eau. Des flaques aussi peu profondes que 3 mm environ, à un endroit où les avions à l’atterrissage les rencontrent à grande vitesse, peuvent provoquer l’aquaplanage.

Pente, changement de pente et irrégularité de surface

Une pente est une caractéristique longue et régulière. Une irrégularité de surface est courte. La GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) de l’EASA définit une irrégularité de surface comme un écart isolé d’altitude qui ne suit pas une pente uniforme. Elle donne des limites selon la longueur de l’irrégularité.

Au-dessus de la hauteur acceptable, l’exploitant devrait prévoir un entretien. Au-dessus de la hauteur tolérable, une action corrective est obligatoire. La piste peut rester en service, mais elle devrait être réparée dans un délai raisonnable. Au-dessus de la hauteur excessive, la zone de la piste justifie une fermeture. Ces valeurs sont indicatives. Le même tableau figure dans l’Annexe 14 de l’OACI, Attachment A, paragraphe 5.3.

Tolérance de construction

Pour les travaux neufs, l’item P-152-2.13 de la FAA AC 150/5370-10H fixe une tolérance de construction. La surface nivelée sous une couche de fondation ou une couche de base doit rester à 0,05 ft (15 mm) près de la pente prescrite. La pente se mesure sur une maille de 50 ft (15 m). Il s’agit d’une tolérance de construction, et non d’une limite pour une piste en service.

L’item P-401-5.3 contrôle l’enrobé fini avec une règle de 12 ft (3,7 m). L’écart doit être inférieur à 1/4 de pouce sur 12 ft. La spécification indique de ne pas faire de lecture d’uni à travers les changements de pente ou les transitions de pente transversale.