Un F-35, un avion furtif.
Certains avions, certains sous-marins, sont dits furtifs : ils passent inaperçus sur les radars ennemis. Tous les objets ne peuvent pas forcément devenir furtifs, aussi n’espérez pas ajouter un mode furtif à votre voiture pour échapper aux radars de police, ce n’est pas la même chose.

Pour comprendre le mode furtif d’un avion, commençons par étudier le fonctionnement d’un radar, car c’est de lui qu’un appareil furtif a pour objectif de se cacher.

Les radars

Un radar, au sens aéronautique, c’est un dispositif qui permet de détecter ce qui se trouve dans son champ de détection au moyen d’ondes radio. Le terme « Radar » provient de l’acronyme pour RAdio Detection And Ranging, soit « détection et estimation de la distance par ondes radio ».
Comme un appareil photo avec un flash permet de capter la lumière réfléchie sur les objets, un radar utilise une onde radio avec le même principe.

Le radar va d’abord émettre une onde électromagnétique en direction du ciel (dans le cas où l’on souhaite détecter les avions). Cette onde va se propager, heurter un avion et être réfléchie par l’avion. Si une partie de cette réflexion — appelée l’écho radar — passe par l’antenne du radar, alors ce dernier détecte l’avion et peut afficher l’information sur un écran :

Principe de fonctionnement d’un radar.
Tous les avions n’ont pas la même taille, aussi chaque gabarit d’avion renvoi donc une signature ondulatoire qui lui est spécifique. Avec un radar, on peut donc savoir si l’on a affaire à un avion de ligne, un petit planeur ou un avion de chasse. En analysant le temps mis par la réflexion de l’onde pour revenir vers le radar, on peut savoir à quelle distance se trouve l’avion. En répétant l’opération, on peut connaître sa direction et sa vitesse.

Le mode furtif

Si l’on ne veut pas que le radar nous détecte, il ne faut pas lui renvoyer la réflexion de l’onde qu’elle vous envoie. Pour ça, il y a plusieurs solutions :

  • être transparent aux ondes : l’onde vous traverse sans être réfléchie ;
  • renvoyer l’onde dans une direction autre que celle d’où elle vient : elle n’ira pas vers le radar ;
  • absorber l’onde : l’onde ne sera pas réfléchie ;
  • envoyer une onde identique, mais déphasée de 180° afin que l’onde incidente et l’onde réfléchie s’annulent.

Concernant le fait d’être transparent : généralement, les ondes (quelconques) sont réfléchies par des objets dont la taille approche la longueur d’onde de l’onde émise. Pour détecter quelque chose de grand, une grande longueur d’onde suffit. Pour détecter un oiseau ou même la pluie, il faut plutôt des ondes de courte longueur d’onde.

Tous les objets, de quelque matériau que ce soit peuvent réfléchir des ondes électromagnétiques, et peuvent donc devenir visibles sur certains radars. Inutile de dire qu’il devient difficile de créer un avion invisible à toutes les ondes dans ces conditions : il suffit pour l’ennemi d’utiliser une onde adaptée à la taille des avions pour être sûr d’avoir un écho-radar.

Il reste donc les trois autres solutions : dévier l’onde, l’absorber, ou l’annuler avec une autre onde. Plusieurs de ces méthodes sont généralement utilisés en même temps.

Déjà, les avions furtifs ont tous une géométrie très particulière. Cette géométrie est là précisément pour réfléchir l’onde ailleurs que d’où elle vient. Dans certains cas, l’onde du radar est aussi piégée dans les rebords anguleux de l’avion et la carlingue finit par en dissiper l’énergie totalement :

Principe d’un type de mode furtif
Ensuite, les avions furtifs sont recouverts d’un revêtement (généralement directement dans la peinture) qui absorbe l’onde radio. Ce revêtement est conçu pour absorber une large gamme de fréquence, rendant l’avion furtif pour un grand nombre de radars différents.

Ce revêtement peut alors absorber l’onde de façon chimique ou physique.
Dans le premier cas, l’onde est transformée en chaleur parce qu’elle réagit avec les inclusions métalliques dans la peinture. Les métaux, et principalement les métaux avec une forte permittivité électrique ou perméabilité magnétique (le permalloy ou le mu-métal par exemple) absorbent très bien les ondes électromagnétiques.

Dans le second cas, l’onde est annulée par un effet d’interférence de couche mince due à l’épaisseur du revêtement. Dans ce dernier cas, l’onde reçue est pour 50% réfléchie par le revêtement et pour 50% réfléchie par la carlingue en dessous, idéalement avec une demi-longueur d’onde de déphasage : les deux ondes réfléchie s’annulent donc. L’inconvénient c’est que ceci ne fonctionne bien que pour une seule longueur d’onde précise.

En plus de ces méthodes passives, il existe aussi des brouilleurs d’onde actifs. Il s’agit alors pour l’avion d’émettre ses propres ondes, soit pour brouiller les pistes, soit pour annuler les ondes qu’il reçoit, en émettant des ondes déphasées de 180°, qui vont alors annuler l’onde du radar (un peu à la manière d’un casque anti-bruit).
Ici, l’avion dispose d’un capteur qui détermine la nature d’un signal radar incident puis produit un signal qui va l’annuler.

Enfin, certains avions peuvent libérer des leurres anti-radar, un peu comme des leurres thermiques mais pour les radars et les missiles guidés par signal radar. Les radars détectent alors des milliers de signatures différentes et ne sait plus lequel est le vrai avion.

Pour conclure sur le mode furtif

Il faut bien noter qu’il est matériellement impossible d’être complètement transparent à toutes les ondes radar, principalement parce qu’il n’existe pas de matériau qui absorbe ou réfléchie tout le domaine spectral électromagnétique.

Ensuite, une partie de l’onde sera toujours absorbée par l’avion, ce qui signifie que l’onde est transformée en chaleur et que l’avion s’échauffe un petit peu. Ce que l’avion gagne en invisibilité sur les radars, il le perd en signature thermique et sur les caméras thermiques qui équipent également les dispositifs de défense ennemi.

L’idée d’un mode furtif est plutôt de retarder la réponse de l’ennemi. Si un avion arrive à passer pour un oiseau ou un nuage sur l’écran radar, il ne lèvera pas d’alerte : le résultat sera positif pour l’avion, même si c’est seulement pour quelques minutes avant d’être découvert.

Pour les sous-marins, c’est la même chose, c’est juste qu’on est dans l’eau. À noter que dans l’eau, il faut tenir compte aussi du bruit : en plus des radars, sont utilisés des sonars. Le principe est le même, c’est juste qu’on utilise des ondes mécaniques telles que le son, et plus des ondes radio (qui passent très mal dans l’eau).

image d’en-tête du Ministère de la Défense norvégienne

5 commentaires

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Vincent wrote:
Ensuite, une partie de l’onde sera toujours absorbée par l’avion, ce qui signifie que l’onde est transformée en chaleur et que l’avion s’échauffe un petit peu. Ce que l’avion gagne en invisibilité sur les radars, il le perd en signature thermique et sur les caméras thermiques qui équipent également les dispositifs de défense ennemi.

Je trouve cette partie curieuse.

Je n'ai pas de base pour faire des calculs précis, mais je pense que le réchauffement de l'avion dû à la transformation de chaleur de l'onde radar, doit être plus que minime, d'une part vis à vis de l'environnement très froid (haute altitude) et donc vite dissipée, et d'autre part par rapport aux gaz de sortie de turbine ...

Non ?

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seb wrote:

@Vincent : Je ne sais pas plus faire les calculs de tout ça mais juste un théorie.
Est ce que la caméra thermique des systèmes de défense mesure une température ou une différence de température? A mon avis, ça détecte plus l'écart de température donc ça reste fonctionnel, même si l'écart est certainement réduit.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Vincent : Effectivement.
Je n'ai pas trouvé de chiffres (malgré tous les papiers que je viens de lire), mais ça doit effectivement rester assez faible, comme élévation de température. Néanmoins, la page Wiki (US) indique sans sources certains avions utilisent un système de refroidissement actif pour évacuer la chaleur due à un signal radar. S'il s'avère que c'est vrai, ça doit pas être négligeable devant la sensibilité du détecteur IR. Mais comme j'ai dit, y a pas de sources, donc c'est à confirmer.

Ensuite, pour le radar lui-même : la furtivité radar est plus efficace au niveau du sol : un simple relief, les oiseaux, les nuages, peuvent permettre de se cacher. Évidemment, ce n’est pas là que se trouve un bombardier lourd, mais un avion de chasse en phase d’approche n’est pas si haut dans le ciel : plus on est haut, plus on est visible de loin. Ils volent au contraire proche du sol à vitesse réduite (minimisant d’autant plus l’échauffement dû à l’air). Donc la température froide de l’air n’est que très relative.

Aussi, pour un avion en approche, la principale partie chaude de l’avion est masquée : la sortie des turbines est vers l’arrière et jamais collé au ventre de l’avion. Certains avions dirigent même le flux d’air chaud au dessus de l’aile, toujours pour se masquer depuis le sol (comme le Lockheed F-117 Nighthawk).
De plus, certains avions (comme le Ryan AQM-91 Firefly), évitent de rejeter l’air chaud directement : ils aspirent de l’air froid qui n’est jamais réchauffé, et le mélangent avec l’air chaud de sortie, après l’éjection par la turbine, afin de diluer la chaleur. Certains avions vont jusqu'à utiliser une sortie des gaz plate ou carrée (comme le Lockheed F-117 Nighthawk) également afin de diluer la chaleur.
L'ingénierie va jusqu'à ajuster la température de sortie des gaz pour que l'émission en IR soit dans les zones les plus absorbantes de l'air (voir).

Enfin, à noter que la surface la plus exposée à un radar (le dessous) et donc également le plus soumis à un échauffement radar, sera aussi directement visible en infra-rouge. Par ailleurs, la détection IR fonctionne à courte portée, donc plus proche d'un radar, et donc quand il d'autant plus soumis à un échauffement radar (absorption en fonction du carré de la distance).
En principe, les détecteurs infrarouge sont surtout utilisés par des missiles sol-air ou air-air.

@seb : Yup, ils mesurent une différence de température, en contrastant l'avion avec l'air ambiant. D'où le besoin que l'avion soit à température de l'air, ni vraiment plus ni vraiment moins.

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Niolak wrote:
En répétant l’opération, on peut connaître sa direction et sa vitesse.

Concernant la vitesse, il me semble qu'elle est plutôt obtenue grâce à l'effet doppler.

Je n'ai plus les détails en tête mais je me souviens avoir fait ce type de calculs.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Niolak : Oui, c’est vrai, mais quand on y réfléchit, c’est la même chose : l’effet Doppler dans les radars impliquer une onde qui revient vers l’émetteur. En mesurant pour chaque crète de l’onde (ie : en mesurant la fréquence de l’onde), on détermine sa vitesse. Et en utilisant plusieurs ondes ou en calculant la variation de la fréquence avec le temps, on détermine sa direction.


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