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Définition

La désorientation spatiale est définie comme l’incapacité d’un pilote à interpréter correctement l’assiette, l’altitude ou la vitesse de l’aéronef par rapport à la Terre ou à d’autres points de référence.

Importance

La désorientation spatiale, si elle n’est pas corrigée, peut entraîner à la fois une perte de contrôle et un vol contrôlé vers le sol. La possibilité de devenir désorienté spatialement est câblée dans tous les humains. En fait, c’est le bon fonctionnement de notre système d’orientation spatiale, qui fournit l’illusion; et parce que c’est un système auquel nous avons appris à faire confiance, il est particulièrement difficile pour certaines personnes, dans certaines circonstances, d’accepter que leur orientation n’est pas ce qu’elle semble être. Malgré la capacité, la précision, la fiabilité et la flexibilité des affichages de vol et de l’instrumentation modernes, les pilotes peuvent toujours se demander ce que l’avion leur dit, car le « siège de leur pantalon » ou le « sentiment d’instinct » disent autre chose. Personne n’est à l’abri.

Par conséquent, il est essentiel d’apprendre et de rafraîchir régulièrement ses connaissances sur la désorientation spatiale, comment et pourquoi elle se produit, comment la reconnaître et quoi faire à ce sujet pour améliorer et maintenir la sécurité des vols. Cet article doit être lu conjointement avec des illusions visuelles.

Orientation spatiale

L’orientation spatiale est la capacité de percevoir le mouvement et la position tridimensionnelle (pour les pilotes, nous pourrions inclure la quatrième dimension – temps) par rapport à l’environnement environnant. Les humains (et la plupart des animaux) sont capables d’y parvenir par l’intégration automatique, subconsciente, de multiples entrées sensorielles, telles que:

• les sens clés de la vue et de l’ouïe fournissent une large conscience périphérique ainsi qu’une attention concentrée sur les détails
• la pression et le toucher, à travers le système somatosensoriel (le corps entier) fournissent la proprioception, et
• le système vestibulaire de l’oreille interne procure une sensation de mouvement et d’accélération tridimensionnelle.

L’orientation spatiale  » position  » comporte trois aspects:

1. savoir où se trouve l’extrémité de notre corps et de nos membres
2. savoir ce qui est en haut, en bas, à gauche et à droite, et
3. connaître notre position par rapport à notre environnement immédiat.

Ceci est ensuite compliqué en tenant compte, pour chaque aspect, de la conscience de la direction du mouvement, du changement de direction, de la vitesse du mouvement et du changement de vitesse.

Ce système et ce processus automatiques ont évolué pour nous aider à courir, à marcher, à nous asseoir, à nous tenir debout, à chasser, à grimper, à nous équilibrer, etc. et, il fournit même une vue stabilisée (notre sens le plus convaincant) tout en faisant toutes ces choses. Ce système fonctionne même lorsqu’une ou plusieurs entrées sensorielles sont dégradées. De sorte que de nombreuses personnes aveugles, sourdes et handicapées sont également capables de réaliser des choses incroyables naturellement et sans effort. Cependant, le point clé est que cette adaptation s’est produite au sol, et sous la force constante de la gravité, et non en vol!

Orientation spatiale en vol

Des instruments de vol entièrement fonctionnels doivent être la principale source pour que les pilotes puissent déterminer leur orientation spatiale. Ceci, bien sûr, repose à la fois sur une bonne vue et une bonne utilisation de cette vue; à condition que nous utilisions notre vue pour regarder et lire, régulièrement, les instruments de vol qui nous indiqueront notre attitude, notre altitude, notre position, notre cap et notre vitesse. Même les pilotes volant en VFR devront consulter régulièrement leurs instruments de vol.

Parce que dans la vie de tous les jours notre vision est la plupart du temps correcte, nous faisons naturellement et habituellement confiance à notre vision implicitement au-dessus de tous les autres sens. Il peut donc être convaincant, lors d’un vol visuel, de croire ce que nous voyons, malgré ce que nos instruments nous disent. Cela nous rend sujets à plusieurs illusions visuelles, en particulier lors de l’atterrissage.

Il y a de nombreuses occasions en vol où nous ne pouvons pas utiliser ou nous fier à notre vision, par exemple lorsque nous volons dans des Conditions météorologiques de vol aux instruments (IMC), lorsqu’il n’y a pas d’horizon visible et la nuit. De plus, il existe de nombreuses situations lors d’un vol en VMC où un pilote ne devrait pas se fier à sa vision, par exemple lors d’une approche aux instruments, d’un départ aux instruments, ou en réponse à une alerte ACAS, etc.

Lorsque notre sens de la vue est dégradé, notre sens « naturel » de l’orientation spatiale devient dépendant de la proprioception (pression sur les muscles, les articulations, les ligaments et les nerfs) et du système vestibulaire. Sans aucune référence visuelle externe (ou fiable), les pilotes deviendront inconsciemment plus sensibles à leur proprioception et à leurs systèmes vestibulaires, et c’est là que la désorientation spatiale peut se manifester.

Il est à noter que les instruments de vol fourniront les mêmes informations quelles que soient les conditions météorologiques !

Désorientation spatiale en vol

Être en vol signifie que nous pouvons être soumis à des mouvements, des vitesses, des forces et des variations de gravité (positives et négatives) que notre système d’orientation ne connaîtra pas. Cela peut conduire à une fausse perception de notre orientation et de notre mouvement relatif.

La désorientation spatiale est plus susceptible de se produire lorsqu’il n’y a pas d’horizon visible – par une nuit sombre ou dans des Conditions météorologiques de vol aux instruments (IMC). Si des instruments de vol défectueux, une charge de travail élevée ou une panne de CRM sont présents, le risque de désorientation spatiale est accru.

Il existe deux principaux types d' »illusions » de désorientation spatiale auxquelles les humains sont sensibles en vol:

• somatogravique – expérience d’accélération / décélération linéaire en montée / descente.
• somatogyral – ne détecte pas de mouvement ou ne perçoit pas de mouvement dans une direction différente (principalement opposée) à la réalité.

Les deux sont le résultat du fonctionnement normal du système vestibulaire, dans un environnement de vol relativement inhabituel. Les illusions somatograviques et somatogyrales les plus courantes sont expliquées plus en détail ci-dessous.

Système vestibulaire

Le système vestibulaire (ou appareil) se trouve dans l’oreille interne et fournit au cerveau des preuves d’accélérations angulaires de la tête en trois dimensions (roulis, lacet et tangage) ainsi que d’accélération / décélération linéaire de la tête. Il se compose de trois canaux semi-circulaires et de deux détecteurs otolithiques.

Les canaux semi-circulaires sont constitués de:

• Canal antérieur (ou supérieur) – se combine avec le canal postérieur pour détecter le roulis.
• Canal postérieur – se combine avec le canal antérieur pour détecter la hauteur.
• Canal latéral (ou horizontal) – détecte le lacet.

Les deux détecteurs otolithiques, utricule et saccule, donnent au cerveau une idée de la position de la tête par rapport à la gravité, et ils se combinent en détectant des accélérations dans les plans horizontal et vertical.

Bien qu’il existe des différences physiologiques et anatomiques entre les canaux et les otolithes, leur fonctionnement peut être décrit en utilisant le même modèle. Contenu dans chaque organe est un fluide à écoulement libre, de sorte que chaque fois que la tête est tournée, inclinée ou accélérée, le fluide (sous l’influence de la gravité, et avec sa propre masse et son élan) ne bougera pas immédiatement avec la tête, mais sera quelque peu en retard. Cependant, des détecteurs ressemblant à des cheveux, fixés aux parois de chaque organe, se déplacent avec la tête; la force résultante à laquelle sont soumis les poils déviés par le fluide caloporteur est proportionnelle à l’accélération angulaire.

Il convient de noter qu’une fois que l’accélération (ou la décélération) cesse et qu’une vitesse constante est atteinte (y compris la vitesse nulle), le fluide « rattrape » la tête et devient immobile, suivi de près par les détecteurs ressemblant à des cheveux. Sans force exercée par le fluide sur les détecteurs, la « tête » ne subit aucun mouvement jusqu’à ce qu’il y ait un changement de vitesse ou de direction. Tout comme le corps détectant un avion en accélération au décollage, grâce à la pression exercée sur le dossier du siège, une fois une vitesse constante atteinte, il n’y a plus de pression supplémentaire, seulement la sensation de gravité sur le fond du siège.

De la même manière que notre corps (proprioception) est incapable de détecter de petites accélérations, nos composants du système vestibulaire ont également des seuils de détection, en dessous desquels nous ne « sentons » aucune accélération. Il est donc possible d’accélérer ou de décélérer progressivement jusqu’à des vitesses respectivement très élevées ou faibles sans  » détecter  » de changement de vitesse. De même, il est possible d’entrer dans un mouvement de roulis, de tangage ou de lacet sans pouvoir « sentir » le moindre changement.

Illusions somatograviques

Généralement, la seule force ressentie en vol rectiligne et en palier est la force de gravité verticale. Si une accélération ou une décélération linéaire se produit en vol droit et en palier, la référence verticale de gravité « détectée » se déplace en arrière ou en avant, donnant l’illusion que l’avion monte ou descend respectivement. De plus, lors d’un virage, le corps sera repoussé dans le siège, donnant également l’illusion de grimper. En sortant d’un virage, le contraire peut se produire, donnant la sensation de descendre.

Si un pilote réagit à l’une de ces sensations sans référence à un véritable horizon visuel et/ou aux instruments de vol, il est probable qu’il amorce une descente ou une montée inutile selon que l’aéronef accélère ou décélère. Une telle réaction peut conduire à une conclusion fatale.

Illusion de l’escalade – L’illusion de l’escalade est très probablement ressentie lors de l’accélération au décollage, du lancement d’une remise des gaz à pleine puissance, de la sortie d’une plongée, du nivellement d’une montée et de l’entrée (ou du resserrement) d’un virage.

Une réaction somatique automatique à l’illusion de la montée consiste à pousser le nez vers l’avant dans l’intention d’arrêter la montée illusoire ou d’initier une descente. Lorsque le pilote considère que la montée illusoire est dangereuse, c’est-à-dire conduisant éventuellement à un décrochage, ou à « casser » un niveau, la réaction est susceptible d’être un « bunt » rapide et important en avant. Une autre réaction automatique peut être d’appliquer plus de puissance. Malheureusement, les deux réactions (bruant vers l’avant et appliquant plus de puissance) augmenteront la sensation de montée et motiveront donc le pilote à augmenter la vitesse d’abaissement du nez de l’avion; créant ainsi une dangereuse boucle de rétroaction positive.

Un gros bond en avant peut réduire la force de gravité verticale ressentie, qui déplace la référence verticale détectée vers l’arrière, comme si elle grimpait. Par conséquent, dans le cas où un changement brusque est effectué de la montée au vol en palier (notez qu’il s’agit d’un scénario inverse à ceux décrits ci-dessus), la force G réduite ressentie peut donner l’illusion de la montée, amenant le pilote à avancer encore plus, aggravant la situation. Ce scénario particulier est souvent appelé illusion de culbutage en arrière

L’application de la puissance et de l’ascenseur pour maintenir un virage de niveau peut également donner l’illusion de grimper, ou du nez qui monte trop vite et trop. Toute réaction ici pour abaisser le nez et / ou réduire la puissance peut rapidement entraîner une perte de hauteur et une augmentation de l’angle d’inclinaison.

Illusion de plongée – L’illusion de plongée (ou de descente) est la plus susceptible de se produire lors de la décélération de l’avion, c’est-à-dire lors de la réduction rapide de la puissance, du déploiement de freins à air ou de l’abaissement du train d’atterrissage. Cela peut également se produire lors de la récupération en vol en palier après un virage en pente.

La réponse somatique automatique à une plongée perçue consiste à augmenter l’assiette de l’avion. Si le pilote considère que la situation est immédiatement dangereuse, c’est-à-dire lorsqu’il est près du sol, peut-être même au-dessus du seuil, toute réponse à l’arrachement ralentira davantage l’avion et augmentera le risque de décrochage ou d’atterrissage intensif et de grattage de la queue.

Illusions somatogyrales

Il existe trois illusions somatogyrales communes, chacune impliquant le fonctionnement normal des canaux semi-circulaires du système vestibulaire:

• les penchants – une fausse perception de l’illusion horizontale
• de tourner dans la direction opposée, et
• coriolis – une sensation de culbutage ou de tourner sur un axe différent.

L’une ou l’autre des deux premières illusions ci-dessus, si elle n’est pas corrigée, peut conduire à ce que l’on appelle une « plongée au cimetière » ou une « spirale au cimetière ».

Les appuis – En entrant dans un virage, le système vestibulaire capte généralement le mouvement initial de roulement et de virage. Cependant, une fois stabilisé dans une vitesse de braquage et un angle d’inclinaison constants (généralement autour de 30 secondes), le système vestibulaire « rattrapera » l’avion (voir ci-dessus) et le pilote « sentira » seulement que l’avion est droit et à plat. Le pilote peut même ajuster son corps, et l’avion, à cette nouvelle position neutre, d’où le terme de penchants. Seul un regard sur un véritable horizon et / ou les instruments de vol confirmera que le pilote souffre d’une illusion. Les penchants peuvent souvent se produire lorsqu’un avion n’est pas correctement coupé et commence à rouler ou à tourner à une vitesse si lente qu’elle est indétectable (en dessous du seuil de détection).

L’illusion de tourner dans la direction opposée se produira souvent lors du retour à la ligne droite et au niveau d’un virage établi qui a été suffisamment long (> 30 secondes) pour rétablir la référence horizontale interne du pilote – comme décrit dans « les appuis » ci–dessus. Le système vestibulaire ne détectant plus de virage, lorsque le pilote amorce un retour en vol droit et en palier, le système vestibulaire détecte un talus et un virage dans le même sens de déplacement. Ainsi, lors de la récupération d’un virage à gauche vers la droite et le niveau, le corps « sent » un virage de la droite et du niveau vers la droite, et le pilote sera tenté de tourner à nouveau vers la gauche afin de corriger sa perception.

Plongée au cimetière – Si, à cause des penchants ou d’une autre désorientation spatiale, le pilote ne détecte pas de virage, le nez s’abaissera (en fonction de la gestion de la puissance), augmentant ainsi la vitesse. Le pilote qui sent que les ailes sont à plat, mais que le nez est en train de tomber, se retirera sur l’ascenseur pour arrêter la descente et réduire la vitesse. Cependant, à mesure que l’avion est réellement incliné, le virage s’accentue, ce qui augmente la probabilité que le nez tombe davantage. Ce scénario de retour positif, s’il n’est pas corrigé, entraînera une plongée en spirale incontrôlée.

Coriolis – cela se produit lorsque le pilote effectue un mouvement brusque de la tête (par exemple, en se dirigeant vers le bas et vers le haut pour recueillir une carte) pendant que l’avion effectue un virage prolongé. Une fois qu’un virage est établi (environ 30 secondes), le fluide dans les trois canaux semi-circulaires sera « neutre » en attendant de détecter toute différence de mouvement. Si le pilote effectue un mouvement brusque de la tête, un, deux ou les trois canaux semi-circulaires « sentiront » soudainement l’avion qui tourne, mais comme la tête du pilote est à un angle aléatoire, le cerveau calculera un mouvement illusoire. Une telle illusion peut produire une sensation de culbutage, ou simplement un virage dans une direction différente, ou à un rythme différent. La réaction instinctive du pilote pourrait être de corriger tout mouvement perçu.

Autres illusions

Des vertiges et des vertiges peuvent survenir à la suite d’une maladie, comme un rhume ou éventuellement d’autres problèmes de santé à long terme.

Habituellement associés à des vols à haute altitude, et pendant des périodes de faible stimulation, certains pilotes ont été connus pour souffrir de diverses expériences « hors du corps », où ils « sentent » qu’ils sont sur l’aile en regardant en arrière en volant l’avion. Dans des conditions similaires, certains pilotes ont également déclaré avoir le sentiment que l’avion est en équilibre précaire sur un tranchant de couteau et extrêmement sensible aux petites commandes, ou parfois « maintenu » ou retenu d’une manière ou d’une autre, de sorte que les commandes deviennent inefficaces.

Ces événements sont souvent ponctuels, et les pilotes bénéficieront du partage de ces informations dans le bon forum. Cependant, pour écarter tout risque de récurrence, les pilotes éprouvant une forme inexpliquée de désorientation spatiale devraient consulter leur TEA sans délai.

Perte de connaissance de la situation

L’équipage de conduite pourrait être désorienté spatialement par rapport à un aérodrome ou à une piste lors d’une approche. C’est ce qu’on appelle la perte de conscience situationnelle. Bien que de nature différente des illusions somatograviques et somatogyrales, croire que l’avion se trouve dans un endroit différent (dans les airs) de ce qu’il est réellement peut également être appelé désorientation spatiale. De plus, les conséquences potentielles, si elles ne sont pas corrigées, sont les mêmes.

Éviter et récupérer de la désorientation spatiale

Qu’il s’agisse d’éviter ou de récupérer de tous les types de désorientation spatiale et d’illusions visuelles, le remède est le même, c’est-à-dire de toujours scanner, lire et suivre des instruments de vol et de navigation utilisables. Dans le cas des illusions visuelles, il existe des recommandations supplémentaires concernant les aides à l’approche visuelle; lisez l’article de SKYbrary Illusions visuelles pour en savoir plus details.In un avion à équipage multiple, la récupération signifie généralement une alerte rapide du pilote qui surveille et s’il n’y a pas de réponse instantanée, sa prise de contrôle.

Recommandations à l’intention des exploitants

Les exploitants aériens peuvent mettre en œuvre les activités suivantes afin de réduire les risques de réaction inappropriée des pilotes à une désorientation spatiale:

• formation en médecine aéronautique pour inclure la compréhension du système vestibulaire
• formation sur les facteurs humains pour inclure la compréhension des causes de toutes les formes de désorientation spatiale (et visuelle)
• discussions sur l’information de sécurité pour inclure les accidents et incidents attribués à la désorientation spatiale
• SOP pour le rétablissement de tout cas suspect de désorientation spatiale
• Procédures d’exploitation normalisées (SOP) pour le balayage des instruments de vol, la gestion de l’affichage de vol, la vérification croisée et la surveillance, pour toutes les phases du vol
• Procédures d’exploitation normalisées (SOP) pour assurer un briefing adéquat des phases critiques du vol (départ, descente, approche et atterrissage) pour inclure également des mesures d’urgence en cas d’événement imprévu, comme un atterrissage interrompu
• Procédures d’exploitation normalisées (SOP) pour le vol, la gestion et la surveillance, les approches stabilisées
• Procédures d’exploitation normalisées (SOP) privilégiant toujours les approches aux instruments de préférence aux approches à vue, et peut-être même interdisant les approches à vue de nuit
• Norme Procédures d’exploitation (SOP) pour le vol, la gestion et surveiller les limites
• dans la mesure du possible, l’exposition à des conditions de désorientation dans le simulateur de vol et pratiquer les SOP de récupération
• système de rapports de sécurité qui encourage l’auto-déclaration des facteurs humains, y compris la désorientation spatiale
• formation de recyclage régulière couvrant tous les éléments discutés ci-dessus.

En ce qui concerne la question de l’auto-déclaration, il peut y avoir une certaine résistance de la part des pilotes qui craignent de perdre leur catégorie médicale; d’où la nécessité d’une éducation efficace, et éventuellement d’un système de déclaration anonyme.

Accidents & Incidents

• A343, en route, au milieu de l’océan Atlantique Nord, 2011 (Le 22 juillet 2011, un A340-300 d’Air France en route au-dessus de l’Atlantique Nord au FL350 en IMC nocturne a rencontré des turbulences modérées à la suite d’une « utilisation inappropriée du radar météorologique » qui a conduit à une annonce de survitesse suivie d’un tangage brusque de l’avion et d’un gain de plus de 3000 pieds en moins d’une minute avant que le contrôle ne soit repris et qu’il soit ramené au niveau dégagé. L’enquête a conclu que « l’incident était dû à une surveillance inadéquate des paramètres de vol, ce qui a conduit à la non-notification du désengagement de l’AP et à la panne de niveau, suite à une action réflexe sur les commandes. »)
• CRJ2, en route, nord de la Suède, 2016 (Le 8 janvier 2016, un équipage de Bombardier CRJ200 a subitement subi une défaillance de l’un des deux VFI principaux et une déconnexion intempestive du pilote automatique qui en a résulté pendant la croisière dans des conditions de VMC de nuit sombre. Aucune tentative n’a été faite pour identifier la défaillance comme une défaillance unique du système et pour maintenir le contrôle à l’aide du deuxième VFI principal utilisable – qui avait les mêmes indications que l’horizon de veille. La maîtrise de l’avion a été perdue au-delà de la récupération possible, l’impact du terrain ayant eu lieu 80 secondes après l’apparition initiale d’indications de VFI erronées qui ont été attribuées à un dysfonctionnement de l’IRU correspondante.)
• DHC6, à proximité d’Oksibil Indonésie, 2009 (Le 2 août 2009, un DHC-6 exploité par Merpati Nusantara Airlines sur un vol intérieur régulier de passagers entre Sentani et Oksibil en Papouasie occidentale en plein jour et selon un plan de vol VFR est entré en collision avec le relief à 6 nm de la destination, entraînant la destruction de l’appareil et la mort des 15 occupants.)
• B738/C172, en route, près de Falsterbo en Suède, 2014 (Le 20 juillet 2014, le pilote d’un Cessna VFR 172 s’est distrait et est entré dans l’espace aérien contrôlé de classe  » C  » de deux AMT successifs sans autorisation. Dans le second, il a été dépassé par un Boeing 738 en direction de Copenhague avec une séparation de moins de 90 mètres. L’équipage du 738 a signalé une observation tardive du 172 et a  » apparemment  » estimé qu’il n’était pas nécessaire d’éviter de prendre des mesures. Bien que le 172 ait un transpondeur compatible avec le mode C, il ne transmettait pas d’altitude avant l’incident et l’enquête a constaté que cela avait invalidé les barrières de sécurité préventives ATC et TCAS et compromis la sécurité des vols.)
• FA20, voisinage de Narsarsuaq Groenland, 2001 (Le 5 août 2001, un Dassault Falcon 20 avec un GPWS inopérant effectuant une approche nocturne de Narsarsuaq par référence visuelle a heurté le terrain à 4,5 nm de l’aérodrome. L’enquête a relevé l’intention initiale de l’équipage de piloter une approche aux instruments de non-précision et a attribué l’accident au fait que l’équipage n’avait pas respecté les procédures applicables ou n’avait pas appliqué de CRM significatif, ainsi qu’à des lacunes dans les procédures requises par l’exploitant, ce qui avait rendu l’équipage vulnérable à un effet de  » trou noir « . Les effets de la fatigue ont été considérés comme susceptibles d’avoir contribué.)

pour en savoir plus

Pour en savoir plus

• Flight Safety Foundation – Présentation PowerPoint. Comprendre La Désorientation Spatiale.
• Flight Safety Foundation – Présentation PowerPoint. Gestion Des Illusions Somatograviques Visuelles.
• Flight Safety Foundation – Présentation PowerPoint. Comprendre les illusions visuelles et la désorientation.
• Flight Safety Foundation – Note d’information ALAR 5.3. Illusions visuelles.
• Flight Safety Foundation – Facteurs humains et médecine aéronautique. Vol 44, No6. Nov-Déc 1997. Des Références visuelles inadéquates en Vol Constituent une Menace de Désorientation Spatiale.
• FSF Facteurs humains et Médecine aéronautique Vol. 39 No 1. Désorientation Spatiale en Vol.
• Brochure de sécurité de la FAA – Désorientation spatiale
• Tendances de la consommation de drogues dans l’aviation: Évaluation du risque de déficience du pilote, étude du NTSB qui examine les tendances de la prévalence des drogues en vente libre, sur ordonnance et illicites identifiées par les tests toxicologiques des pilotes mortellement blessés entre 1990 et 2012. Publié en septembre. 2014.
• Désorientation spatiale – Une perspective, par Alan J. Benson
• Perte de contrôle des aéronefs: Facteurs causaux et défis d’atténuation, par S. R. Jacobson, NASA, 2010
• Un aperçu de la désorientation spatiale en tant que facteur dans les accidents et incidents d’aviation, par David G. Newman, ATSB, 2007