Après un atterrissage d'urgence, il est essentiel d'évacuer rapidement un avion. Généralement, une limite maximale de temps est fixée, qui ne dépend pas du nombre de passagers à bord, de l'heure (jour/nuit) ou du nombre d'issues de secours inopérantes. Afin de développer des stratégies et des protocoles pour des évacuations efficaces, il est important de définir toutes les caractéristiques de l'avion, d'analyser les multiples scénarios qui peuvent se produire, de mener une étude complète du comportement des passagers et de prendre en compte les facteurs externes qui peuvent affecter le temps d'évacuation. Il existe aujourd'hui des outils de simulation orientés objet flexibles et puissants qui permettent de créer des modèles réalistes, utiles pour évaluer les stratégies d'évacuation en étudiant différents scénarios. Dans ce contexte, cet article présente un modèle permettant d'analyser des scénarios réalistes pour l'évacuation de l'Airbus 380, qui doit être effectuée en moins de 90 secondes.
Les statistiques montrent que l'avion est l'un des modes de transport les plus sûrs. Cependant, il peut y avoir des situations à risque telles qu'une sortie de piste, un atterrissage d'urgence, une menace terroriste ou des dysfonctionnements qui peuvent nécessiter une évacuation d'urgence. Le danger peut provenir d'impacts, d'incendies, de fumées, de gaz toxiques ou d'explosions. Le commandant est responsable du déclenchement de l'évacuation d'urgence, en essayant de mettre en sécurité tous les occupants. Pendant l'évacuation, les risques augmentent au fur et à mesure que le temps passe, il est donc essentiel de minimiser le temps d'évacuation.
Il a été prouvé que des procédures d'évacuation d'urgence efficaces permettent de réduire considérablement le nombre de victimes dans les accidents d'avion avec survivants. Par conséquent, les centres de contrôle aérien (ACC) considèrent que ces procédures et la capacité à les appliquer correctement sont extrêmement importantes pour la sécurité aérienne. Pour obtenir la certification d'un type d'aéronef, le constructeur est tenu d'effectuer une démonstration de l'évacuation d'urgence conformément aux codes de navigabilité de son État. L'ACC de l'État est responsable de l'octroi de cette certification. La démonstration analyse les points suivants :
Les normes d'évacuation des aéronefs sont résumées dans les spécifications de certification de l'Agence européenne de la sécurité aérienne (AESA) pour les gros avions CS-25 (amendement 4 - sec.28.803) et, pour les États-Unis, dans le Code of Federal Regulations, Titre 14 Aeronautics and Space, Chapter I Federal Aviation Administration, Department of Transportation. Chaque zone réservée à l'équipage et aux passagers doit comporter suffisamment d'éléments de secours pour permettre une évacuation rapide en cas d'atterrissage d'urgence, avec ou sans train d'atterrissage déployé, en tenant compte du fait que l'aéronef peut être en feu. Pour un avion d'une capacité de plus de 44 passagers, il est nécessaire de s'assurer que le nombre maximum de personnes, y compris les membres de l'équipage, peut être évacué en moins de 90 secondes dans des conditions d'urgence. La conformité à cette exigence doit être démontrée au moyen d'une simulation réelle, en utilisant les critères d'essai indiqués dans l'annexe J du CS-25, à moins que l'agence ne trouve une combinaison d'analyse et d'essai qui fournisse des données équivalentes.
Ce document décrit un modèle simple mais réaliste pour évaluer les stratégies d'évacuation. Il utilise les caractéristiques de l'avion A-380 de la compagnie AirFrance. Le modèle permet d'étudier le flux de passagers et de détecter les goulets d'étranglement potentiels dus à l'accumulation de passagers dans les zones proches des issues de secours. Une série d'expériences est conçue pour analyser comment le niveau d'occupation et la proportion de portes inopérantes affectent la procédure d'évacuation en termes de temps. La structure du document est la suivante. La section 2 présente les travaux connexes. La section 3 définit ensuite les procédures d'urgence. La section 4 présente le modèle de simulation, en discutant des hypothèses et des détails de mise en œuvre. La section 5 explique les expériences réalisées et analyse les résultats obtenus. Enfin, la section 6 présente des conclusions et des pistes de recherche pour l'avenir.
Plusieurs études analysent les facteurs de risque dans les cabines. Par exemple, Hsu et Liu (2012) discutent des facteurs de risque liés à leur structure. Chang et Yang (2011) analysent la perception qu'ont les passagers de la sécurité lors d'un accident réel. Ces travaux permettent de conclure que les procédures et l'assistance de l'équipage sont des éléments clés du processus d'évacuation d'un avion. Chang (2012) compare la sécurité des passagers à mobilité réduite à celle des passagers ordinaires en cas d'accident. Les premiers dépendent de l'assistance fournie par les personnes qui les accompagnent ou par le personnel de cabine pendant les procédures d'évacuation, et ont plus de chances d'être blessés en cas d'urgence en raison de leur incapacité à se déplacer (U.S. Department of Transportation 2009, U.S. Department of Transportation 2003).
Une situation d'urgence constitue un ensemble d'événements indésirables concentrés dans un court laps de temps, qui peuvent être source d'anxiété et de stress pour les passagers. Ces facteurs doivent être pris en compte lors de l'analyse des processus d'évacuation, car l'incertitude associée peut grandement modifier les résultats. En effet, la modélisation du comportement des passagers tend à être une tâche extrêmement difficile, puisqu'il est influencé par un mélange complexe de facteurs socio-psychologiques et physiques (Poudel et al. 2005). Dans le domaine des piétons et de l'évacuation, Helbing et al. (2002) comparent la simulation de situations normales et de situations de panique. Les auteurs proposent des microsimulations de type dynamique moléculaire basées sur un modèle de force généralisé de la dynamique interactive des piétons. Selon eux, la "nervosité" dans les situations de panique influence de manière significative l'intensité des fluctuations, les vitesses souhaitées et la tendance au regroupement. En outre, des effets paradoxaux tels que "geler en chauffant", "plus vite, c'est plus lent" et l'ignorance des sorties disponibles sont pris en compte. Poudel et al. (2005) discutent de la nécessité de modéliser l'évacuation d'un avion en raison des limitations inhérentes aux démonstrations réelles (par exemple, il n'y a ni feu ni fumée, et les enfants et les passagers handicapés ne participent généralement pas). Ils affirment que les évacuations "réelles" peuvent devenir très désorganisées, les individus se faisant concurrence pour passer par les sorties. Les auteurs proposent une approche basée sur la logique floue qui prend en compte des paramètres comportementaux tels que la capacité de prise de conscience de la situation, l'état physique, le temps de réponse moyen à une nouvelle situation, la vitesse d'évacuation individuelle libre et les liens avec le groupe. Sharma et al. (2008) analysent également le comportement humain dans les évacuations d'avions. Ils combinent un modèle de force sociale et un modèle géométrique, et intègrent la logique floue pour prendre en compte l'impact de facteurs tels que la panique et le stress.
Chang et Yang (2011) analysent les perceptions des passagers concernant la sécurité de la cabine à partir de leurs expériences d'évacuation d'urgence lors d'un accident d'aviation. Les données ont été obtenues en menant des enquêtes par questionnaire et des entretiens approfondis avec des passagers de la compagnie China Airlines. Les auteurs concluent que les passagers ont besoin de plus d'instructions sur l'utilisation de l'équipement d'urgence et des protocoles associés. En outre, il est prouvé que l'assistance de l'équipage et les procédures d'urgence sont cruciales pour une évacuation correcte. Dans Liao (2014), le département du tourisme de l'université Aletheia (à Taïwan) présente une étude visant à évaluer l'éducation reçue par les enfants du primaire en matière de sécurité dans les avions. Le programme éducatif a été conçu sur la base des consignes de sécurité en cabine. Les enfants ont répondu à un questionnaire avant et après le cours. Les auteurs concluent qu'il est nécessaire de former les enfants à expliquer "quoi", "quand", "comment" et "pourquoi" nous devrions agir en cas d'accident aérien. La télévision et Internet sont des ressources pertinentes pour informer les enfants (et les gens en général) sur la sécurité en cabine, mais il peut être plus efficace qu'un instructeur enseigne ces sujets aux élèves. Les résultats montrent que le programme a permis d'améliorer les connaissances et les attitudes des enfants, indépendamment de leur école, de leur lieu de résidence et de leur expérience en matière de transport aérien. L'éducation à la sécurité en cabine est de plus en plus importante en raison du nombre croissant de personnes voyageant en avion. De plus, le nombre d'enfants voyageant seuls suit la même tendance. En fait, la nécessité d'une formation à la sécurité en cabine a été examinée tant du point de vue théorique que pratique (Chang et Liao 2008, Muir et Thomas 2004). Cependant, peu de programmes de formation ont été développés. Il est nécessaire d'élaborer des programmes de formation complets, car ils peuvent augmenter les chances de survie.
La grande majorité des situations d'urgence surviennent pendant les phases de décollage et/ou d'atterrissage, sans préavis. Ces situations d'urgence ont tendance à être soudaines et inattendues, laissant peu de marge de manœuvre à l'équipage et aux passagers pour réagir.
Un atterrissage d'urgence peut être dû à plusieurs facteurs. Ceux-ci peuvent être externes, comme des conditions météorologiques défavorables, ou internes, comme une panne de puissance d'un moteur ou des défaillances techniques de l'avion. Dans ce cas, le commandant de bord transmet l'information au responsable de la cabine le plus rapidement possible, afin qu'il la transmette au reste de l'équipage de cabine et aux passagers. Ensuite, l'équipage se prépare à l'atterrissage d'urgence, en suivant les protocoles correspondants dans un ordre précis, qui sont détaillés dans une liste communément appelée "check-list".
Les atterrissages d'urgence peuvent être préventifs et ne pas nécessiter d'évacuation d'urgence. Cela dépend des critères du commandant, qui évalue le danger de la situation pour les passagers et l'équipage. Lors d'un atterrissage d'urgence inattendu, il n'y a pas de temps pour réagir. Cela se produit lorsque l'avion subit une urgence "réelle" (c'est-à-dire non programmée) et qu'il doit atterrir le plus rapidement possible. Les pilotes et l'équipage ont peu de temps pour réagir et doivent informer rapidement les passagers.
L'équipage de cabine doit être prêt en permanence à évacuer l'avion en cas d'urgence, et être attentif à tout signe de danger tel que la fumée, le feu, les étincelles ou les bruits inhabituels. Il existe deux types de mouvements d'évacuation : (i) planifiés, lorsqu'il y a suffisamment de temps pour informer les passagers et l'équipage ; et (ii) inattendus, dans l'autre cas. La figure 1 présente les procédures d'information de sécurité pour l'avion A-380.
Comme indiqué précédemment, le modèle est basé sur l'avion A-380 de la compagnie AirFrance. La structure de l'avion, qui comporte deux ponts, est illustrée à la figure 2. Le pont principal est composé de 354 sièges répartis dans plusieurs espaces, 5 sorties de secours sur le côté droit et 5 sur le côté gauche, et 10 rampes de secours (une par sortie). Le pont supérieur compte 168 sièges, 3 sorties de secours sur le côté droit et 3 sur le côté gauche, et 6 rampes de secours.
Sur la base de cette structure, le modèle représente différentes zones, comme le montre la figure 3.
Le pont principal est composé de
P → Classe de voyage : "Première" (10 sièges)
E0 → Classe voyage : "Seat Plus" (4 sièges)
E1 → Classe de voyage : "Economy 1" (144 sièges)
E2 → Classe de voyage : "Economy 2" (122 sièges)
E3 → Classe de voyage : "Economy 3" (74 sièges)
Le pont supérieur est composé de
B1 → Classe voyage : "Business 1" (30 sièges)
B2 → Classe voyage : "Business 2" (54 sièges)
PE → Classe de voyage : "Premium Economy" (38 sièges)
E4 → Classe de voyage : "Economy 4" (46 sièges)
Les mesures introduites dans le modèle sont détaillées pour les ponts supérieur et principal dans les figures 4 et 5, respectivement. La figure 6 indique les distances entre l'avant de l'avion et chaque sortie. Ces mesures sont prises en compte pour répartir les sièges à l'intérieur des cabines de l'avion, et pour créer les itinéraires que les passagers suivent pour accéder aux sorties de secours.
Les hypothèses formulées pour compléter la description du modèle sont les suivantes : (i) la distance entre les groupes de sièges est donnée par la longueur d'un siège ; (ii) les chemins vers les sorties de secours définissent les itinéraires suivis par les passagers ; et (iii) la longueur de l'allée est approximée à partir des informations de la figure 6. Le modèle de simulation a été mis en œuvre avec SIMIO c. La figure 7 comprend toutes les mesures considérées. Les lignes relient les différents éléments du modèle, définissant les itinéraires suivis par les passagers pour sortir de l'avion. Une représentation en 3D (figure 8) permet de valider et de mieux comprendre le modèle, en vérifiant que les trajectoires suivies par les passagers sont bien celles attendues.
L'évacuation de l'Airbus 380 est une stratégie d'urgence qui doit permettre à plus de 500 passagers de quitter l'avion le plus rapidement possible. Le constructeur a conçu deux stratégies d'évacuation indépendantes, une par pont, en évitant d'utiliser les escaliers internes. Certains experts critiquent cette stratégie parce qu'elle ne tient pas compte de la peur qu'éprouve un passager à sauter dans les goulottes d'évacuation ou les toboggans depuis un point plus élevé. Ils recommandent donc une stratégie d'évacuation combinant l'évacuation des deux installations. Dans ce cas, la différence est relativement faible, 20 mètres. Le modèle prend en compte cinq actions et définit une distribution de probabilité pour chacune d'entre elles. Ces informations sont détaillées dans le tableau 1.
Comme il n'a pas été possible de trouver des données détaillées sur les évacuations pour un modèle d'avion spécifique, le processus de validation s'est appuyé sur des experts qui ont analysé à la fois le modèle et les vidéos générées par Simio. Ensuite, nous avons défini un ensemble de scénarios pour analyser la stratégie d'évacuation. Le tableau 2 décrit le plan expérimental avec trois scénarios basés sur le niveau d'occupation. 50 répétitions par scénario ont été effectuées.
Afin de résumer les résultats, les mesures suivantes sont enregistrées : le temps d'évacuation moyen et les temps d'évacuation du premier et du dernier passager à quitter l'avion. Les valeurs obtenues pour toutes les répétitions sont agrégées en calculant les valeurs moyennes. Le tableau 3 montre les résultats par scénario lorsque toutes les portes sont opérationnelles, tandis que le tableau 4 considère que seule la moitié d'entre elles sont opérationnelles. La figure 9 présente un diagramme en boîte par scénario représentant les temps d'évacuation complets. Toutes les distributions sont symétriques et présentent une variabilité relativement similaire. On peut conclure que le niveau d'occupation et la proportion de portes inopérantes ont des effets significatifs sur le temps d'évacuation.
L'évacuation d'urgence d'un avion commercial est un processus très complexe au cours duquel les passagers doivent quitter l'avion le plus rapidement possible et de manière contrôlée. Selon la littérature, ce processus peut produire des situations avec des niveaux élevés de chaos, de stress, de nervosité, etc. Il faut donc une coordination efficace de l'équipage de cabine et un plan d'évacuation complet et bien conçu qui donne la priorité à la sécurité des passagers et de l'équipage de cabine. Après avoir étudié l'évacuation d'un grand avion d'une capacité de plus de 500 passagers, on peut affirmer qu'il est difficile de l'effectuer en moins de 90 secondes en raison de facteurs susceptibles d'augmenter le temps prévu et la variabilité.
Ce travail a présenté un modèle de simulation dont l'objectif principal est de reproduire graphiquement l'évacuation de l'Airbus A-380. Cela permet d'analyser le comportement des passagers à l'intérieur de l'avion et de comparer différentes situations susceptibles de se produire au cours d'un vol commercial. Comme prévu, il a été prouvé que le niveau d'occupation a un effet significatif sur le temps nécessaire à l'évacuation. De même, la diminution du nombre de sorties de secours opérationnelles augmente à la fois le temps prévu et la variabilité. L'analyse de l'exécution du modèle à l'aide d'outils de visualisation appropriés permet de vérifier si les passagers des différents ponts ont besoin d'un temps significativement différent pour quitter l'avion. Cela peut permettre d'améliorer la conception des plans d'évacuation. Enfin, les représentations graphiques en 3D peuvent être particulièrement utiles pour enseigner les procédures et les protocoles d'évacuation et pour évaluer de nouvelles solutions.
Plusieurs lignes de recherche futures découlent de ce travail, telles que : (i) analyser les passagers ayant des caractéristiques différentes, par exemple les enfants, les personnes âgées ou les passagers à mobilité réduite ; (ii) utiliser des distributions de probabilité empiriques pour la simulation ; (iii) comparer différentes stratégies d'évacuation (par exemple, une stratégie combinant les deux ponts) et un plus grand nombre de scénarios ; et (iv) concevoir un modèle plus complexe incluant des décisions liées à la conception de l'avion, telles que l'emplacement des portes de secours.
Ce travail a été partiellement soutenu par le ministère espagnol de l'économie et de la compétitivité et le FEDER (TRA2013-48180-C3-P et TRA2015-71883-REDT), ainsi que par le programme Erasmus+ (2016-1- ES01-KA108-023465). Nous remercions également le soutien du programme doctoral de l'UOC.