Armée Américaine: le Furtif B-2 Spirit (5)
Construction en dent de scie
Le bord de fuite d’une aile volante est reconnu pour sa haute contribution à la SER totale de l’appareil, offrant un très grand bord propice à la réflexion radar. Les concepteurs du B-2 ont donc dû imaginer un profil géométrique capable de dévier les ondes radar venant frapper l’arrière de l’appareil: les dents de scie.
Pour comprendre ce phénomène, nous nous reportons à l’écran de Salisbury et à la définition de l’impédance intrinsèque Z:
La construction en dents de scie permet en effet le passage graduel d’un Z = 377 Ω (l’air) à un Z = 0 Ω (le métal), formant ainsi un absorbant radar (cf. Figure 24).
Figure 24 – Adaptation de l’impédance intrinsèque via des dents de scie
On trouvera une découpe en zig-zag non seulement sur toute partie de l'appareil faisant office de bord d'attaque ou de bord de fuite mais aussi sur toute zone faisant office de raccord (cf. Figure 25) entre deux matériaux de natures différentes (ou de même nature, comme pour toutes les trappes de l'appareil, train (En transport ferroviaire, un train consiste en une suite de véhicules qui circulent le long de guides pour transporter...) d’atterrissage, entrées d’air, etc.).
Figure 25 – Découpe en dent de scie des raccords
Le "blending"
La technique de blending vise principalement l’amélioration de la jonction entre le fuselage et l’aile. En effet, un angle droit est présent à cet endroit, réfléchissant donc idéalement le faisceau radar vers la source d’émission. Le "blending" est une solution simple (et peu coûteuse) consistant à redessiner l’emplanture de l’aile en supprimant cet angle droit, comme indiqué sur la figure suivante.
Figure 26 – Illustration de la technique du "blending"
Notons que cette technique a également l’avantage de créer des zones supplémentaires disponibles dans le fuselage par exemple pour le carburant et l’avionique.
L'avenir du Nortrop B-2 Spirit
Les projets d’amélioration du B-2
Cet avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef...) furtif est réputé pour être un avion mystérieux et beaucoup de bruits courent disant qu’il pourrait utiliser certaines technologies inédites. Cependant, aucune information officielle ne circule et il est donc difficile de faire le point (Graphie). Outre les améliorations relatives au revêtement anti-radar, à l’armement, etc., il n’y a que peu de sources qui se recoupent au sujet des nouvelles technologies utilisées. Toutefois, nous allons décrire celle qui semble la plus réalisable, à savoir l’utilisation de la magnétohydrodynamique (La magnétohydrodynamique (MHD) est une discipline scientifique qui décrit le comportement d'un fluide (Les fluides sont des milieux parfaitement déformables. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple...) conducteur du...).
Le B-2 Spirit a longtemps souffert d’un problème de grande ampleur: la maintenance de son revêtement exige beaucoup de travail au sol, et implique l’utilisation fréquente de bande et de calfeutrant. La furtivité (La furtivité est la caractéristique d'un engin militaire conçu pour avoir une signature réduite ou banale et donc pour...) étant la seule vraie défense du bombardier, le piloter avec un revêtement mal entretenu n’est pas une option. C’est dans l’optique de réduire le temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) d’attente au sol que l’US Air Force entreprit (en avril 2006) un nouveau programme de maintenance, dont la fabrication accélérée de RAM.
La production des matériaux RAM est passée de 26 à 12 semaines et les périodes de test ont été optimisées, permettant d’épargner encore plusieurs jours d’immobilisation du B-2. Des matériaux pareils avaient été précédemment produits en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre...) modeste par de petits fabricants spécialisés. Le matériel peut maintenant être mis en œuvre en grande quantité, répondant à des caractéristiques strictes d’exécution. Etre dans des "files d’attente" lors de l’entretien d’un B-2 est absurde, et ce n’est maintenant plus d’actualité. L’entretien, qui immobilisait l’avion pendant une semaine, est maintenant réduit à moins d’une journée.
La magnétohydrodynamique (MHD) est un domaine très vaste de la physique qui concerne l’interaction entre un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électromagnétique et un fluide conducteur de l’électricité. Ainsi, on conçoit aisément que, suivant le type d’interaction, on puisse trouver la MHD liée aux problèmes apparemment disjoints de la couronne solaire, de la magnétosphère, de la conversion d’énergie fossile en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail :...), de la fusion thermonucléaire de la propulsion ou encore aux techniques industrielles de la métallurgie. Cependant, la MHD est plus connue pour son application à la conversion d’énergie fossile en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) électrique
La notion de conversion MHD remonte à Faraday qui, en plaçant des électrodes dans une rivière d’eau saumâtre, convenablement orientée par rapport au champ magnétique terrestre, recueillit un faible courant induit. Le remplacement de l’eau saumâtre par un gaz conducteur à très grande vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) dans un champ magnétique intense a transformé rapidement l’idée de Faraday en générateur électrique dans lequel les pièces tournantes étaient remplacées par un fluide conducteur (cf. Figure 27) et pour lequel les prévisions théoriques de rendement étaient très élevées (≈ 60 %).
Figure 27 – A gauche: turbo générateur. A droite: générateur MHD
Selon un grand nombre de sources et selon certaines révélations du livre de Jean-Pierre Petit [10], l’injection d’une très haute tension (La tension est une force d'extension.) sur le bord d’attaque du B-2 ioniserait l’air qui, en s’écoulant, entourerait l’avion entier d’un "cocon" de plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et...) absorbant les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés...) radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets...). Outre l’intérêt de ce système pour la furtivité, des études montrent qu’il peut réduire sensiblement la résistance de l’air à l’avancement de l’avion et l’onde de choc à vitesse supersonique. Ajoutons que l’ionisation de l’air permet aussi d’utiliser un système MHD, nécessaire en outre pour générer l’électricité.
Une courte séquence d’un film de promotion diffusé sur le site officiel de la firme Northrop Grumman, montre que, juste après l’apparition d’une "bulle" de condensation caractéristique d’un passage à vitesse transsonique (proche de la vitesse du son, et limite officielle de vitesse du B-2) dans une atmosphère très humide, le capot des réacteurs s’illumine pendant une fraction de seconde (cf. Figure 28).
Figure 28 – A gauche: bulle de condensation. A droite: après disparition de celle-ci
Sur la partie supérieure de l’appareil, là où se situerait le système MHD, principalement localisé à l’entrée d’air des réacteurs et en sortie de tuyère, la bulle de vapeur est fortement lumineuse. En effet, l’air peuplé de micro-gouttelettes de vapeur d’eau est conducteur d’électricité. La décharge électrique a dès lors tendance à s’étendre dans toute cette région. De toute évidence cette bulle de vapeur émet de la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...), due à la désexcitation radiative des molécules du gaz, ces dernières étant excitées par les collisions qu’elles subissent avec les électrons libres constituant la décharge. Cette luminosité est très atténuée, voire inexistante sur le dessous de l’appareil.
Pour créer un plasma autour du B2, il faudrait appliquer une différence de potentiel importante entre deux points du B2. Lors de la montée en tension d’un tel dispositif, les quelques ions H3O+ et OH- présents (en quantité infime: 10-7 g.L-1 dans une eau liquide et pure) vont migrer vers leurs pôles respectifs. Cette condition est loin d’être suffisante pour créer un plasma, d’autant plus que l’avion se déplace à la vitesse du son. Il faudrait donc augmenter la différence de potentiel pour générer des ions supplémentaires, par hydrolyse, à moins d’ioniser l’air, ce qui serait encore plus difficile. Le seuil de claquage (brusque production d’ions) sera plus facilement atteint en raison de la présence de la vapeur d’eau, et un éclair se produira. La différence de potentiel sera alors ponctuellement nulle, et il faudra recommencer plusieurs fois l’opération, à cadence élevée, pour parvenir à l’effet attendu, celui d’un plasma.
Rappelons que lorsque le seuil d’ionisation de l’hydrogène (E0 = 13,6 eV), tout comme celui de l’oxygène (E0 = 12,06 eV), est atteint, une lumière de couleur verte est émise. L’azote ionisé (E0 = 15,6 eV), quant à lui, émet une couleur rouge. Si seule la vapeur d’eau est ionisée, la couleur du plasma résultante sera verte. Si l’air est ionisé, il y aura un mélange de couleur verte et rouge (ce qui donne du jaune-orange), or comme l’atmosphère est composée à 78 % d’azote et à 21 % d’oxygène, la couleur résultante sera plutôt orange foncé proche du rouge.
Remarquons que cela implique beaucoup de contraintes mais certaines applications utilisant la MHD ont déjà vu le jour. Aucune information officielle n’indique que le B-2 puisse utiliser cette technique mais un certain nombre d’éléments nous permettent d’en douter. Premièrement, le coût de cet avion est très élevé pour un bombardier subsonique, et rien ne peut justifier ce prix exorbitant de deux milliards de dollars l’unité. D’autant plus qu’une grande partie des instruments de bord ont été simplement repris d’autres appareils, tout comme les réacteurs provenant du B-1B. Ensuite, la Figure 28 nous montre un nuage de couleur orangée (ce qui écarte la possibilité que ce soit un nuage de condensation, qui serait parfaitement blanc) or ces images proviennent d’une vidéo officielle et n’ont donc pas été retouchées.
La fin de la furtivité du B-2 est-elle proche ?
La furtivité du B-2 est souvent mise à l’épreuve et plusieurs recherches sont poursuivies dans le but de le détecter. En effet, c’est un des avions qui pourrait être le plus inquiétant en cas de conflit. Beaucoup de pays se sont dès lors concentrés sur de nouveaux principes de détection, comme le radar Nostradamus ou encore l’utilisation des antennes GSM, radio et TV.
Nostradamus est un radar français capable de voir bien au-delà de l’horizon. Il se joue de la rotondité de la terre en émettant des ondes basses fréquences (entre 3 et 30 MHz) ayant la particularité de se réfléchir sur les couches ionosphériques de l’atmosphère situées entre 100 et 300 km du sol. Ainsi, l’onde réfléchie par ce miroir naturel illumine une zone de 500 km de côté. Par effet Doppler, tout engin situé dans la zone renvoie un écho vers les antennes réceptrices. Suivant l’angle de réflexion le radar peut balayer des zones situées de 800 à 2000 km de l’installation au sol sur 360°.
Figure 29 – Réseau d'antennes transhorizon, base Nostradamus
Nostradamus est composé de 288 antennes émettrices et réceptrices réparties sur les bras d’une étoile à trois branches déployée sur plusieurs centaines de mètres. C’est un radar pour tout type de climat, il est en continuel développement et fonctionnera 24 h sur 24 toute l’année pour détecter, localiser et identifier toute menace potentielle. Nous pensons qu’il sera capable de détecter tout type de cible, dont les avions furtifs tel le B-2.
Nostradamus a d’ores et déjà prouvé sa capacité à détecter et localiser des petits avions à très grande distance. Lors d'essais, des cibles ont été détectées avec une précision de 5 km à 1 700 km de distance. Les travaux en cours ont maintenant pour objectif d’atteindre les mêmes performances pour des cibles encore plus petites.
Une antenne diffusant des émissions de radio, de télévision (Cet article ou cette section doit être recyclé. Sa qualité devrait être largement améliorée en le réorganisant et en le...) ou relayant des communications téléphoniques émet continuellement un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme...) relativement puissant. Ce signal est bien entendu destiné aux postes de radios et de télévision ainsi qu'aux téléphones portables, mais il rayonne aussi dans toutes les directions... et donc dans l’atmosphère.
Imaginons que ce signal vienne butter contre un avion, les ondes seront alors réfléchies par la carlingue et une certaine quantité d’énergie retournera vers le sol, pas nécessairement dans la même direction. Si un récepteur est capable de capter cet écho, il peut alors détecter, voire localiser l’avion. C’est le principe du radar passif: utiliser opportunément un émetteur conçu pour tout autre chose afin d’analyser les échos renvoyés par des cibles en mouvement.
Le premier intérêt d’un tel système, c’est qu’il ne coûte pas cher: environ 250 000 euros contre environ 5 millions pour un système traditionnel utilisant un émetteur radar. Deuxième intérêt, il est indétectable puisqu’il se résume à un récepteur. Un avion ennemi équipé d’un détecteur de radar n’enregistre en fait qu’une activité radioélectrique banale, faite d’émissions de télévision, de radio et de réseaux de téléphonie mobile. Troisième intérêt, il peut détecter les avions furtifs. Le B-2 est en effet conçu pour limiter la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) des échos renvoyés en direction de l’émetteur. Une parade qui fonctionne pour les radars traditionnels puisqu’ils cumulent les fonctions d’émission et de réception. Dans le cas des radars passifs, l’émetteur et le récepteur ne sont pas placés au même endroit. Le principe de furtivité s’en trouve donc totalement contrarié.
Plusieurs conférences ont fait le point sur les avancées en matière de radars passifs et il apparaît que la plupart des produits sont encore à l’état de prototypes ou de projets pilotes. Cependant, le "Vera-E", de l’entreprise tchèque Era, est déjà au stade commercial, tout comme le "Silent Sentry", proposé par Lockheed Martin depuis 1998 et utilisant la bande FM. Sa version 3, présentée en mai 2002, est notamment proposée pour la détection d’avions aux frontières, la surveillance côtière ou pour les tours de contrôle des petits aéroports civils.
Les Anglais de Roke Manor Research, filiale du géant de l’électronique Siemens AG, associés à l’équipementier militaire BAE Systems, continuent quant à eux à développer leur "Celldar", basé sur l’exploitation des antennes relais de téléphonie portable. Roke Manor pensait utiliser ce système pour surveiller le trafic routier ; pourtant, c’est bien dans le cadre militaire qu’il est utilisé.
Le GSM et même l’UMTS intéressent également une équipe de l’université de Nanyang, à Singapour, et les Allemands de FGAN-FHR. Pourtant, la faible puissance des émetteurs laisse perplexes beaucoup de spécialistes. Ils ne seraient utiles que sur de faibles distances, alors que les systèmes basés sur les signaux radio sont capables de détecter des cibles jusqu’à 100 km de distance, et pour les émetteurs télévision jusqu’à 250 km. Ces derniers systèmes de détection sont efficaces mais peu précis (on parle d’une centaine de mètres), excepté quand plusieurs sources émettrices peuvent être utilisées en même temps. La généralisation de la radio numérique (DAB) et surtout de la télévision numérique (DVB) sont à cet effet attendu avec impatience. Les premiers résultats de radars passifs s’appuyant sur ces technologies montrent une nette amélioration de la localisation des cibles.
Autre avancée notable: la capacité d’identification. Aaron Lanterman, chercheur au Georgia Institute of Technology, a ainsi montré que l’on pouvait coupler un radar passif à une base de données comprenant les signatures radars des avions courants. Par ailleurs, les spécialistes français de l’Onera alliés à Thalès tablent sur des systèmes de radars passifs aéroportés dès 2010. Un avion "muet" utiliserait par exemple les émetteurs radio et télé de la zone survolée pour détecter les avions ennemis.
"Mesures et contre-mesures sont l’essence de la planification militaire", a rappelé John Pike de GlobalSecurity.org, un groupe de politique de défense. "Des avions impossibles à abattre durant la Première guerre mondiale n’auraient été que des jouets durant la Seconde guerre mondiale. Des avions presque invincibles durant la guerre du Vietnam sont aujourd’hui de simples cibles. Les qualités furtives d’avions tels que le B-2 sont efficaces pour quelques temps encore, mais elles vont inévitablement décliner avec le temps".
Conclusion
Au terme de cette étude, nous pouvons dire que la conception d’un avion furtif (La furtivité est la caractéristique d'un engin militaire conçu pour avoir une signature réduite ou banale et donc pour...) n’est pas simple, elle résulte d’un compromis entre les différents impératifs de la mission assignée à l’appareil. Du fait de la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) entre technologies et contre-mesures, qui s’est tout de même ralentie depuis la fin de la guerre froide, l’avion peut souffrir de la furtivité.
En effet, la manœuvrabilité et la stabilité de l’appareil sont souvent mises à mal par les formes imposées par la furtivité: sans ses commandes de vol électriques, le B-2 aurait été impossible à piloter.
Opérationnellement, il nécessite une maintenance très contraignante et des installations qui lui sont propres en raison notamment des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) utilisés. A l’origine, la couche de matériau absorbant des B-2 supportait mal le soleil ((pourcentage en masse)) et l’humidité. Finalement, sans sa capacité furtive, ce bijou technologique n’est plus qu’un simple avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef...) très coûteux, à l’emport et aux capacités aériennes réduites, et à la vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) limitée.
Illustrations du dossier
Les illustrations disponibles dans ce dossier sont soit une conception de l'auteur lui-même, soit des reprises des ressources suivantes:
- Petit, J., Ovnis et armes secrètes américaines, Albin Michel, Paris,
janvier 2003.
- Priou, A., Matériaux en électromagnétisme - Matériaux absorbants radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets...), Techniques de l'Ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent...) AF 3 372, Paris, 1999.
- Wilson, J., Electromagnetic Stealth: The Fight Against Radar, Perdue
University, Indiana.
- Brück, J., Shumacher, J., Etude de la furtivité et du camouflage radar sur un dispositif SAR/ISAR, Ecole Royale Militaire, Bruxelles, 2004.
- Sansens, N., Theoretische en experimentele studie van de zichtbaarheid van vliegtuigen, Vrije Universiteit Brussel, Bruxelles, 2003.
- Zappoli, B., La magnétohydrodynamique, état de l'art et premières expériences probatoires d'application propulsive, Centre National d'Etude Spatial, Toulouse, 1981.
- Le site Internet http://www.onera.fr
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