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La Furtivité

Dernière actualisation le 31 mars 2009

Les recherches dans le domaine des technologies furtives commençèrent pendant la deuxième guerre mondiale. Elles suivirent logiquement l'invention du radar et son utilisation intensive. Ce sont les allemands qui furent les pionners dans ce domaine. Leurs sous-marins, les U-Boot subissaient de nombreuses pertes à cause du magnétron, un radar miniature (pour l'époque) inventé par les anglais. Pour diminuer les pertes, les étraves des U-Boot furent alors recouvertes de matériaux destinés à absorber les signaux radars. Vers les années 1960, on développa des avions destinés à voler près du sol, équipés d'appareils électroniques de brouillage pour neutraliser les sytèmes radars de la défense aérienne ennemie.

C'est vers les années 1970 que les recherches s'intensifièrent. Lorsque l'US Air Force tira des leçons des conflits qui opposait, du matériel russe au matériel d'origine américaine tel que la guerre israëlo-arabe d'octobre 1973. Le constat était facile à faire. Les radars, les canons et les missiles russes n'avaient aucun mal à repérer les avions américains et à les abattre. Ainsi les israëliens perdirent en trois jours une cinquantaine d'avions d'origine américaine (principalement des F-4 Phantom et des A-4 Skyhawk) et un affrontement entre soviétique et américain deviendrait un véritable massacre. L'USAF lança alors le programme Low Observable Technologies (LOT) visant à réduire la SER (Surface Equivalente Radar) des avions de combat. La furtivité face au radar fait appel à de nombreuses techniques très sophistiqué dont les deux plus importantes sont la géométrie de l'avion et les matériaux dont il est recouvert.

La conception géométrique des avions peut se faire par deux approches radicalement différentes bien illustrées par le F-117 de lockheed Martin et le B-2 de Northrop Grumman. Sur le F-117, le principe de sa furtivité consiste à renvoyer le rayonnement radar dans une direction autre que celle du radar à l'aide de facettes à angles vifs. Pour le B-2, ses concepteurs ont voulus se rapprocher au maximum d'une ligne pure vue sous un plan horizontal. L'avion étant plat, il reçoit donc moins d'ondes radar d'où une furtivité augmentée. C'est tout bête mais il fallait y penser...En réalité cette dernière technique est très difficile à appliquer sur des avions et nécessite d'impressionnant calcul pour permettre à leur pilote de pouvoir les contrôler. lorsqu'on doit utiliser des courbes (par exemple pour intégrer des moteurs et un cockpit dans une aile volante tel que le B-2), elles doivent être de type composé ou double afin de minimiser la reflectivité. A noter que le concept d'aile volante est particulièrement bien adapté à cette dernière technique. D'ailleurs la SER du B-2 (0,0014 m²) est deux fois plus petite que celle du F-117 (0,003 m²). la géométrie furtives des avions ne s'arrête pas à leur forme générale. Les dérives, les entrées d'air et les armements sont de grands pourvoyeurs de SER. Pour respecter les impératifs de furtivité, les dérives sont inclinées (la plupart du temps vers l'extérieur) pour disperser les ondes radar ou supprimées comme sur le B-2. Cette solution représente cependant un inconvénient de taille pour la maniablité de l'avion. Les entrées d'air sont généralement placées sur le dessus de l'aile sauf sur les avions de dernière génération (F-22 et JSF) qui n'ont plus besoin de ce moyen pour dissimuler leurs entrées d'air aux ondes émises depuis le sol. Ces entrées d'air sont généralement bidimensionnelles pour augmenter leur discrétion. Ainsi les entrées d'air circulaire du Hornet ont été remplacées par des bidimensionnelles sur le Super Hornet. Les aubes (qui sont situées dans les entrées d'air) agissent comme de véritables miroirs pour les ondes radars. Le F-117 les dissimulent derrière des persiennes qui atténuent les ondes tandis que le B-2 et le F-18 adopte des entrées d'air en chicane pour empècher les ondes de se réfléchir sur les aubes. Enfin, les armements sont logés dans des soutes aménagées dans l'avion.

Le deuxième moyen de passer inaperçu face aux radars, c'est d'absorber et de piéger les ondes à l'aide d'un revêtement prévus à cet effet. Cette technique a nécessité de nombreuses recherches sur le fonctionnement des radars et ensuite sur la création de matériaux absorbants. Les matériaux les plus fréquents sont ceux à base de carbone et de caoutchouc (pour ceux qui aiment les nom compliqués : des pyrocéramiques, des silicones et des polyuréthanes). Ces éléments absorbants peuvent être recouverts de peinture à base d'époxy, qui contiennent des particules de ferrite en suspension qui ont pour rôle de piéger les ondes qui n'ont pas été absorbées par les couches inférieurs. Ces matériaux sont souvent utilisés sur les éléments de structure susceptibles de recevoir le plus d'ondes radars (bords d'attaque, dérives, ailerons, plans canards...). Ce type de revêtement est très efficace mais nécessite une fabrication difficile : Par exemple, une strucure à base de lamelles de type époxy/polyuréthanes/silicones ne renverra que 2,5 % de l'onde reçue et la SER resultante est divisée par 10. Cependant, cette couche absorbante doit être égale à 2,3 mm avec une précision de 0,1 mm! Ces revêtements présentent tout de même des aspects très négatifs tel que leur prix ou leur fragilité, avec comme meilleur exemple les revêtements du B-2 qui supporent mal l'humidité et qui sont extrèmement coûteux à l'entretien. Cependant des nombreuses recherches ont lieu et Northrop Grumman vient par ailleurs de d&eacutevelopper une nouvel enduit plus performant et fiable destiné au B-2.

Dans un même registre d'idée, le développement très récent des métamatériaux compte bien révolutionner le domaine de la furtivité : ces matériaux ont l'étrange particularité d'inverser l'effet Doppler : l'effet Doppler permet de savoir si un objet s'approche ou s'éloigne gràce au phénomène naturel de chilarité droite. Ce phénomène s'observe concrètement avec le bruit que font par exemple les voitures : quand elles s'approchent le bruit est aigu, puis quand elle s'éloigne le bruit est plus grave. Plus scientifiquement celà est dû à un changement de fréquence : plus un avion se rapproche, plus sa signature acoustique et radar monte en fréquence et inversement quand il s'éloigne. Sur les métamatériaux, la chilarité droite devient une chilarité gauche et donc l'effet Doppler se trouve invers&eacute. Un avion équipé d'un tel revêtement donnera alors l'impression de s'éloigner alors qu'en fait il se rapproche. On imagine alors facilement l'intérêt des militaires pour cette nouvelle technologie...

Les radars ne sont toutefois pas les seuls systèmes électroniques que les avions furtifs doivent affronter. Il faut aussi compter sur la détection infrarouge, qui repère un avion à la chaleur qu'il produit. Ainsi, les gaz d'échappement brulants qui sortent des tuyères d'un avion représente un véritable danger pour le pilote. Les missiles air-sol portables peu coûteux et largement disséminés tel que les SAM-7 et SAM-14 soviétiques, les Stinger américain, ou encore les modernes Mistral français représentent une menace permanente au dessus des zones à risques et les radars modernes peuvent aujourd'hui repérer les rayonnements infrarouges produit par les avions. On parle cette fois de signature thermique radar (STR) ou de Signature Infrarouge (SIR). Pour diminuer cette SIR, les tuyères sont de forme spéciale, souvent minces et plates. Sur le F-117 elles prennent la forme d'un harmonica. Ces tuy&egraveres sont entourées de courants froids et de puissants réfrigérants tel que le Fréon qui sont mélangés avec les gaz d'échappement. Grâce à ses techniques, les émissions infrarouges produites par les moteurs peuvent être ramenées près de 0. On pourrait croire alors que le problème des infrarouges ne se posent plus et bien non... Les frottements de l'air sur la carlingue de l'avion provoquent un échauffement et donc des infrarouges. Tant que l'avion reste dans le domaine des vols subsoniques (inférieur à Mach 0,9), l'écauffement est minime. Quand il passe aux vitesse transsoniques (entre Mach 0,9 et Mach 1,1) et supersoniques (de Mach 1,1 à Mach 7), la furtivité infrarouge n'est alors plus qu'un lointain souvenir. C'est pourquoi les moteurs des appareils furtif sont souvent dépourvus de fonction postcombustion qui limite ainsi leur vitesse aux alentours de Mach 0,8 et diminue le rayonnement thermique. Le F-22 est pourvu de moteurs avec postcombustion, mais le pilote du Raptor n'utilisera la postcombustion qu'en mission où les impératifs de furtivité ne seront plus nécessaire. De plus le F-22 peut voler en supercroisière (c'est dire en vol supersonique sans postcombustion) ce qui lui permettra d'après l'USAF d'être furtif jusqu'à des vitesses de l'ordre de Mach 1,54. Personnellement si le F-22 reste vraiment furtif jusqu'à Mach 1,4 (vitesse maximale en supercroisière) ce sera déjà une performance plus qu'honorable.

A côté de la furtivité radar (SER) et infrarouge (SIR), la furtivité laser commence à se développer. Ce domaine de la furtivité se rapporte à la Surface Equivalente Laser (SEL). L'intérêt de la discrétion laser est d'éviter d'être capté par un télémètre, prélude d'un tir de missile ou de canon. La détection laser est beaucoup moins discrète que celle par infrarouge car c'est un système actif (il emet des faisceaux laser, par opposition au système passif qui n'émette aucune énergie). Elle permet cependant un fonctionnement à travers des aérosols et des faibles précipitations. Le fonctionnement de la réflectivité laser est proche de celui des ondes radar : elle dépend de la taille, de la géométrie de la cible et de son orientation par rapport à l'axe de visée. Cependant la SEL d'un avion sera beaucoup moins importante que sa SER. Une autre particularité de la SEL est d'étre beaucoup plus importante sur une optique (une optique de 5 cm de diamètre aura une SEL 10 000 fois plus importante qu'un avion entier). C'est pourquoi les recherches se portent surtout sur la réduction de la SEL des optiques équipant les avions et leurs pods.

Reste que en pratique la diminution des SER, SIR, et SEL est tr&egraves, difficile et notamment en ce qui concerne les deux dernières. En effet pour diminuer la SIR d'un avion , il faut des matériaux qui ne laissent sortir que peu de rayons infrarouges de la cellule de l'avion donc des matériaux qui réflechissent beaucoup. Pour la SEL c'est le contraire, il faut des matériaux ayant une faible réflectivité. La solution à ce casse-tête se trouve certainement dans la géométrie des avions ainsi que dans la structure des matériaux. Pour le moment, la SIR étant plus employée que la SEL, la priorité est donné à la réduction de la signature infrarouge et radar des avions.

La discrétion d'un avion furtif passe aussi par la suppression de tous rayonnements provenant de ses différents systèmes tel que le radar. Après avoir réussi à éviter les radars et les détecteurs infrarouges il serait idiot de se faire abattre à cause de son radar qui émet des ondes...Le F-117 n'est équipé d'aucun capteur susceptible de trahir sa présence comme le radar ou le radioaltimètre. Ainsi, pour les missions nécessitant un bombardement de précision, les pilotes se servent du GPS pour se diriger vers leurs cibles et le silence radio doit être maintenu.

Toutes ces techniques appartiennent au domaine de la furtivité passive. Cependant des techniques furtives actives existent et seraient même employées sur le B-2 Spirit. L'USAF n'a jamais confirmé ces rumeurs mais tout porte à croire qu'elles sont bien fondées. En effet, le B-2 utiliserait des techniques basées sur l'électroaérodynamique qui consistent en gros à transformer un avion en un condensateur géant. Les Spirit chargeraient d'électricité positive ses bords d'attaque et d'électricité négative ses flux de combustion en sortie des tuyères. La différence de potentiel ainsi crée entre l'avant et l'arrière de l'avion atteindrait 15 millions de volts. Cela suffiraient à perturber les propriétés électromagnétiques de l'air ionisée par les bords d'attaque chargés positivement. Des "fenêtres" électromagnétiques peuvent alors s'allumer ou s'éteindre à volonté. Cette technique modifie le retour du signal radar et lui fait perdre toutes ses informations comme la taille, la vitesse d'approche, la distance relative, etc. Ainsi, le B-2 est le premier avion en service à utiliser le camouflage électromagnétique. Si le sujet sur l'électroaérodynamique vous interresse, vous pouvez aller voir la partie concernant le B-2.

Devant un tel développement des technologies furtives, il est évident que l'antifurtivité connaît elle aussi un formidable développement : Celà concerne surtout de nouveaux radars fonctionnant dans des fréquences très &eacutelevées de l'ordre de 40 GHz (les radars normaux fonctionnent normalement entre 3 et 10 GHz). Ces radars sont capables de repérer les appareils discret mais posent d'énormes problèmes de conception. Les radars fonctionant en bande HF sont également capable de détecter la présence d'appareils furtifs tel que le B-2 mais leur portée est moins précise que celle des radars normaux. Pour repérer des appareils tel que le F-117 qui réfléchissent les ondes radars vers des directions aléatoires, une autre technique existe : il suffit de séparer l'émetteur radar du récepteur.

La furtivité n'est plus un domaine réservé à l'aéronautique. Les marines du monde entier étudient des frégates furtives. La France s'est d'ailleurs fait remarquer avec le La Fayette et ses quatres frères qui sont les premiers batiment furtif mis en service. Outre le La Fayette on peut citer le Sea Shadow américain qui n'est qu'un prototype, et des projets espagnols, britanniques et suédois. Les missiles et les hélicoptères (Tigre et RAH-66 Comanche) se mettent aussi à la mode du furtif. Les nacelles d'acquisition tel que le système Lantirn américain ou Damoclès français commencent aussi à adopter les technologies furtives et en particulier la furtivité laser. Enfin, la furtivité commence même à conquérir l'espace avec quelques projets encore discrets visant à camoufler les satellites en utilisant des écrans à plasma.

Mais toutes ces techniques ont un prix qui n'est pas des moindres et handicapent les performances de l'avion. Les formes furtives affectent la maniablité de l'avion et les hautes vitesses sont interdites. Il est vrai que plus l'avion est furtif, plus l'importance de ces deux facteurs diminue. Reste le prix qui atteind parfois des records comme sur le B-2 ou le F-22. Cependant, si le JSF tient ses promesses de coûts (voulus très bas par le Pentagone) et de performances, ces problèmes ne se poseront plus et les forces aériennes pourront obtenir des avions furtifs, maniables et rapide pour un prix raisonnable.