vignette|300 px|Tableau d'affichage du pilote automatique dans un cockpit d'Airbus A340. Un pilote automatique est un dispositif de conduite automatique d'un véhicule sans intervention humaine, mais dans le domaine automobile l'expression est également utilisée pour des systèmes conduits par des humains.

Il s'agit plus précisément d’un système utilisé pour contrôler la trajectoire d'un véhicule sans qu’un contrôle constant par un opérateur humain soit nécessaire. Les pilotes automatiques ne remplacent pas un opérateur humain, mais permettent de les aider à contrôler le véhicule, ce qui leur permet de se concentrer sur des aspects plus généraux de fonctionnement, comme la surveillance de la trajectoire, de la météo ou des systèmes. Les pilotes automatiques sont utilisés dans les avions, les bateaux, les véhicules spatiaux, les missiles et plus récemment les automobiles. Les pilotes automatiques ont considérablement évolué au fil du temps : les plus anciens ne réalisaient qu’un maintien de trajectoire tandis que les plus récents sont capables d'effectuer des atterrissages automatiques sous la supervision d'un pilote humain.

Origines La conduite d’un véhicule exige l'attention continue d'un pilote afin de permettre un déplacement avec un niveau de sécurité admissible. L’amélioration des techniques de construction aéronautique et navale a conduit à une inévitable augmentation de la durée des trajets. L'attention constante induisait ainsi une fatigue grave chez les pilotes. Au-delà de certaines durées de trajets, les limites humaines ne permettent pas de maintenir cette attention constante. Un pilote automatique est ainsi conçu pour effectuer certaines tâches du pilote, et le soulager.

Le premier pilote automatique, qui permettait à l'avion de voler à cap constant et altitude constante sans requérir l'attention du pilote, a été développé par Lawrence Sperry, fils du célèbre inventeur Elmer Ambrose Sperry, en 1912. Il en fit la démonstration en 1914 à un concours de sécurité de l'aviation tenu à Paris. En 1918, Sperry fonda la société « Sperry Corporation » qui produisait des composants pour les systèmes de navigation et de pilotage et qui commercialisait son pilote automatique. Elmer Sperry Jr., le fils de Lawrence Sperry poursuivit les travaux après la guerre sur le même pilote automatique. Il en résulta en 1930 un pilote automatique plus compact et fiable qui garda un avion de l'armée américaine sur la bonne trajectoire pendant trois heures..

Au début des années 1920, un pétrolier de la Standard Oil est devenu le premier navire à utiliser un pilote automatique. En 1930, le Royal Aircraft Establishment en Angleterre a développé un « assistant de pilotage » utilisant un gyroscope pneumatique agissant sur les commandes de vol..

Des pilotes automatiques spéciaux furent mis au point pour le vol en piqué d'avions bombardiers comme pour le . Ce pilote automatique commandait les aérofreins et forçait l'avion à effectuer une descente avec une très forte pente. Arrivé à basse altitude ou après largage des bombes, le pilote automatique relevait l'avion et le replaçait dans sa position initiale (voir aussi Stuka et Ernst Udet).

Le , a lieu le premier atterrissage en mode automatique, le pilote ingénieur Carl Joseph Crane ayant expérimenté ce mode opératoire aux États-Unis, avec un Fokker Y1C-14B, remportant pour cette avancée notable le Trophy MackayLe 23 août 1937 dans le ciel : Carl Joseph Crane fait confiance au pilotage automatique pour se poser..

Le développement des pilotes automatiques a été poursuivi, notamment en ce qui concerne l'amélioration des algorithmes de contrôle et les servomécanismes hydrauliques. En outre, l'inclusion d'instruments supplémentaires, comme les aides de radionavigation, a permis le vol de nuit et par mauvais temps. En 1947, un Douglas Skymaster de lUS Air Force a effectué un vol transatlantique, y compris le décollage et l'atterrissage, complètement sous le contrôle d'un pilote automatique...

Les systèmes de composants sont automatisés pendant les années 1960 : . Pendant les années 1970, les appareils d'Airbus et Boeing équipent les compagnies mondiales, . En 1987, Airbus présente l'A320, le premier avion à commandes de vol électriques, les calculateurs interprétant les mouvements du pilote sur le mini-manche et les transmettant ensuite aux gouvernesWilliam Langewiesche, « "Putain, on est morts" », Vanity Fair , janvier 2015, pages 120-127 et 160-165..

Domaine aérien Un pilote automatique peut être capable de réaliser différentes fonctionnalités, dont les principales sont : La capture et la tenue d'altitude ; La capture et la tenue de cap ; L'amortisseur de lacet

Selon leur taille et leur complexité, les avions modernes peuvent être ou non équipés de pilote automatique réalisant l'ensemble ou une partie de ces fonctions. L'installation de pilotes automatiques dans des avions de plus de vingt sièges est généralement rendue obligatoire par la réglementation aérienne.

Sur les avions les plus modernes, et notamment les avions de ligne, des modes plus sophistiqués existent dont par exemple :

le couplage avec le Flight Management System, chargé de la gestion de la trajectoire horizontale et verticale de l'avion selon le plan de vol renseigné par le pilote vignette|Cockpit de l'Airbus A321 et bandeau de commande du pilote automatique (partie supérieure de la planche de bord)l'atterrissage automatique, pouvant se baser sur un système d'atterrissage aux instruments ou ILS. Cette fonction peut permettre, sur certains avions et certains aéroports, l'atterrissage dans des conditions de visibilité nulle.

Sur hélicoptères, des modes de maintien d'assiette (stabilisation), de tenue de position au-dessus d'un point donné (vol stationnaire), ou d'exécution de trajectoires en spirale s'élargissant pour effectuer de la recherche pendant les missions de sauvetages, peuvent également être disponibles.

Le pilote automatique est généralement utilisé en combinaison avec d'autres systèmes automatisés, comme l'automanette, qui permet de maintenir la vitesse ou le mach sélectionné.

En , Airbus a réalisé les premiers décollages entièrement réalisés par pilotage automatique pour un avion de ligne.. Cette fonctionnalité n'est cependant pas pour l'instant déployée sur les avions en service.

Les membres de la communauté aéronautique donnent parfois au pilote automatique le surnom familier de Georges ( en anglais), comme s'il s'agissait d'un collègueSite aeronewstv.com, article "Vidéo - Georges, ce troisième pilote dans le cockpit", consulté le 22 mars 2021.Site europe1.fr, article "Les étonnantes confessions d'un pilote d'avion", consulté le 22 mars 2021.Site aerovfr.com, page "Du jargon aéronautique", consulté le 22 mars 2021..

Domaine naval

Dans le domaine naval, un pilote automatique est un système permettant de conserver soit un cap, une route fond ou encore une allure au vent pour les voiliers.

Pilote automatique Le pilote automatique peut recevoir des informations par intervention humaine (réglages manuels : cap à suivre, état de la mer, angle de barre permanente, amplification de barre et de contre-barre, vitesse, état du navire (chargé ou à lège)) ou d'une interface (entrée du cap à suivre à partir du plan de route enregistré et des informations d'un système de positionnement par satellites, d'un loch). Le programme du calculateur comporte des algorithmes d'auto-apprentissage qui permettent d'optimiser son action dans le temps. Chaque mouvement de barre hors de l'axe ayant une composante qui nuit à l'avancement du navire, il est important de minimiser ces mouvements. Si le sillage du navire n'est pas quasi-rectiligne, si les mouvements de barre sont trop fréquents, on peut en déduire que le pilote automatique est mal réglé.

Pour cela le pilote doit remplir trois fonctions principales : mesurer, agir et communiquer. Les pilotes sont généralement constitués d’un système asservi qui reçoit une valeur consigne, calcule l’erreur entre le cap mesuré et la consigne, et agit sur la barre du bateau afin de maintenir la consigne. Le responsable doit également être en mesure d'indiquer le cap voulu et de visualiser le cap actuel, d’où la nécessité d’une communication via une interface homme-machine.

Les pilotes automatiques conçus pour les embarcations nautiques peuvent être séparés en deux groupes : les pilotes pour barres franches et les pilotes pour barres à roues. Ils sont également conçus pour un certain type d’embarcation qui est généralement indiqué par le biais d’un déplacement à ne pas dépasser. Les gammes de prix s’étendent de à plus de selon le type de barre et la robustesse du pilote automatique.

Mesure La mesure du cap est généralement réalisée par un dispositif d’acquisition tel qu’un compas, qu'il soit magnétique, gyroscopique ou satellitaire. Ce dispositif peut être couplé avec un instrument mesurant les accélérations angulaires selon les directions de l’espace afin d’affiner la mesure du cap. On peut pour cela utiliser un gyroscope à trois axes ou encore une centrale inertielle.

Commande Afin d’agir sur le cap, les mesures du compas doivent être traitées et envoyées à l’unité de commande. Celle-ci est le cerveau du système, c’est elle qui réalise les calculs et corrige l’asservissement. Le résultat de ces calculs est envoyé à l’actionneur. Celui-ci est généralement constitué d’un hacheur, d’un moteur (souvent de type courant continu) et d’un actionneur à proprement parler tel qu’un vérin. C’est ce dernier qui met la barre en mouvement. L’utilité de faire précéder le moteur par un hacheur est d’être en mesure de faire varier la vitesse de rotation du moteur, et par conséquent la vitesse de rotation du safran. Or faire varier la vitesse de déplacement du vérin est une composante particulièrement intéressante car elle permet de trouver le bon compromis entre une vitesse de déplacement du vérin trop faible qui conduirait à une dérive du navire et une vitesse trop élevée qui risquerait de conduire à des oscillations dangereuses pour la stabilité du système.

Affichage La dimension interface homme-machine est primordiale car, comme expliqué en introduction, la sécurité ne peut être assurée par un pilote automatique qu’en présence d’un pilote humain. Le responsable doit donc pouvoir en permanence contrôler le bon déroulement de la conduite. Pour cela, le pilote automatique doit être muni d’un donnant le cap voulu et le cap actuel (ou éventuellement l’erreur entre les deux). Il doit également pouvoir afficher des messages d’erreur afin de prévenir le responsable d’un problème et pour que celui-ci puisse reprendre la main sur la conduite.

Historique des pilotes automatiques dans le domaine naval

Pilotes automatiques