Notion de Furtivité :

Au cours des trois premiers jours de la guerre israëlo-arabe d'octobre 1973, les Israéliens perdirent près d' une cinquantaine d' appareils de combat (des F4 Phantom et des A4 Skyhawk) du fait des défenses antiaériennes adverses.

Les radars arabes n'avaient en effet eu aucun mal à repérer les avions israéliens et à pointer contre eux les missiles sol-air et les batteries de D.C.A.. Phantom et Skyhawk étaient d'origine américaine; radars, missiles et canons étaient eux d'origine soviétique.

I) Un impératif de furtivité.

De cet assaut, l'US Air Force (USAF) tira une leçon décisive: les appareils actuels sont trop vulnérables aux moyens de détection et, une fois repérés, devenaient des cibles faciles. Dès lors, tout affrontement Est-Ouest (nous sommes à l'époque en pleine Guerre Froide), sur quelque théâtre d'opérations que ce soit, était susceptible de tourner à la débandade pour les Occidentaux.

Telle est l'origine du programme que lança alors le Pentagone, sous le nom de code "L.O.T", pour Low Observable Technologies. Comme son nom l'indique, il s'agissait de diminuer la visibilité des avions de combat par les radars soviétiques.

Un programme de recherches très poussé et novateur, qui allait de paire avec la nouvelle politique militaire de l'OTAN, qui mettait en avant d'éventuelles frappes sur des objectifs stratégiques situées en profondeur au sein du bloc communiste.

Comme nous l'avons vu, le radar fonctionne à partir d'une onde électromagnétique qu'il émet et qui lui revient après s'être réfléchie sur une cible, sous forme d'écho radar. Ses performances sont tributaires de la quantité d'énergie renvoyée par la cible: de là est née l'idée de rendre la cible aussi peu réfléchissante que possible.

II) Une mise en pratique progressive.

Pour comprendre la notion de furtivité, il est nécessaire d'avoir quelques notions concernant la surface équivalente radar, ou SER. Quand on calcule les performances d'un radar, on remplace les cibles réelles par des sphères métalliques qui donneraient le même écho: par définition, la SER d' une cible est égale à l'aire de la section droite de la sphère (3,14r², où r est le rayon de la sphère) qui renverrait un écho du même ordre de grandeur.

Malheureusement, cette notion, certes simple à comprendre, n'est pas du tout intuitive: par exemple, une plaque métallique plane et circulaire de 1m de rayon a une SER d'environ 10 hectares ! La distance à laquelle un radar peut repérer les objets dépend entièrement de cette SER: si les meilleurs radar détectent des SER de 1m² à 90 km, ils ne peuvent repérer celles de 0,001m² qu'à seulement 25 km , soit à peine 1mn15 avant l' arrivée de l'avion sur son objectif dans l' hypothèse d'un vol à mach1.

La première approche de la furtivité qui fut réalisée par les ingénieurs américains était purement géométrique. Puisqu'ils avaient réussi à montrer que les parties perpendiculaires à la direction du radar, les cylindres et les tétraèdres creux renvoient des échos intenses, autant bannir ces formes des avions qu'ils avaient à concevoir!

Cette observation donna naissance à deux concepts fondamentalement différents. Celui de Northrop Grumman (qui fut adopté pour le B2, voir pages suivantes) est de se rapprocher le plus possible de la ligne droite pure vue sous un plan horizontal. L'avion étant plat, il reçoit moins d'ondes radar et, c'est logique, en renvoie donc moins que les avions à géométrie traditionnelle.

Celui de Lockheed Martin (et du F117) utilise lui de nombreuses facettes réflectives: à l'aide d' angles vifs, on redirige le rayonnement radar vers l'extérieur, dans toutes les directions autres que celles du radar. Pour résumer: soit recevoir peu d'ondes et donc en renvoyer peu, soit en recevoir une quantité normale mais la renvoyer un peu partout.

Mais la forme de l'appareil n'est qu' une contribution partielle à la réduction de la SER. L'autre axe de développement des systèmes furtifs réside dans les moyens d'absorber les émissions radar de façon à diminuer de manière significative le pouvoir réfléchissant de l' avion.

Cette technique plus récente utilise la combinaison de matériaux croisée d'une connaissance approfondie du fonctionnement du radar. Les matériaux employés le plus fréquemment sont à base de carbone et de caoutchouc: des pyrocéramiques, des silicones et des polyuréthanes.

Ces éléments absorbants peuvent en plus être recouverts de peintures à base d' époxy, qui contiennent des particules de ferrite en suspension. Souvent produits sous forme de fines lamelles, ces matériaux sont surtout utilisés sur les éléments de structure susceptibles de recevoir le plus du rayonnement des ondes radar (bords d'attaque, dérives, ailerons, plans canard...), et ont pour rôle de piéger les ondes radar qui n'ont pas été absorbées par les couches inférieures.

Dans des hypothèses d'une structure à base de lamelles de type époxy/polyuréthanes/silicones (taux d' absorption de 80%, taux d' onde piégée de 90%), seulement 2,5% de l' onde reçue est réfléchie par l' appareil. C'est peu! La SER résultante est en moyenne divisée par 10, à condition que l'épaisseur de couche absorbante soit égale à 2,3mm avec une précision de ... 0,1mm! (si la couche est plus fine le système est moins efficace, et si elle est plus épaisse certains problèmes d'échauffement apparaissent -voir paragraphe suivant-.)

III) Des contraintes nouvelles.

Pendant que les techniques d'obtention d'une certaine furtivité (car on n'est jamais totalement invisible, pas dans toutes les directions tout du moins) progressaient rapidement, celles en matière de télédétection ont fait un bond de géant. Désormais, il n'y a plus que le rayonnement électromagnétique qui peut trahir la présence d' un appareil: les radar modernes repèrent également les rayonnements infrarouges émis par les différentes sources de chaleur de celui-ci (comme les moteurs, les entrées d'aération ou les conduits d'éjection des gaz propulseurs).

On parle cette fois de signature thermique radar, ou STR. Ces effets thermiques sont bien évidemment impossibles à supprimer, mais de nombreuses méthodes ont été trouvées pour pallie à leurs inconvénients. Étant donné qu'un moteur à combustion favorise grandement la détection radar, les parties visibles des turbines sont cachées par des conduits d'admission en forme de S et par des plaques en époxy. Les entrées d'air, véritables cataphotes à ondes, sont protégées par des grilles spéciales; l'émission du flux chaud des réacteurs se fait dans des tuyères de forme spéciale (conduits minces et plats) entourées de courants d' air froid (structure dite de type "platypus"), et on mêle de puissants réfrigérants dans les gaz d' échappement (du fréon par exemple). On peut grâce à cela réduire à quasiment zéro les émissions infrarouges des moteurs et des appareils thermiques.

Malheureusement, il est impossible de réduire totalement le rayonnement infrarouge d'un avion. La cause est extrêmement simple: c'est l'air! en se déplaçant, l' avion est soumis à des forces de pression et de frottement dues au mouvement d'air qu'il occasionne en avançant, ce qui entraîne un échauffement de la carlingue de l'appareil. L'aérodynamisme de l'avion peut diminuer ces effets, mais en aucun cas les supprimer.

Pour les comprendre, il faut avoir quelques notions d'aérodynamique et de physique des fluides. Le nombre de Mach, noté généralement M, bien connu des passionnés d'aviation, joue un grand rôle dans cette étude. (nombre de Mach: M = vitesse du corps / vitesse du son, 1224km/h au niveau du sol):

~ s'il est petit (M<0,3), on peut considérer l'air comme un fluide incompressible: les forces de pression sont négligeables et il n'y a donc aucun échauffement.
~ s'il reste inférieur à 0,9 on est en domaine subsonique. L' air s'écoule de manière elliptique le long de l' avion (figure a). Les turbulences, qui se déplacent elles à Mach1, précèdent l' avion: l'écoulement est donc uniforme, et l'échauffement minime.
~ au voisinage de Mach1 (0,9<M<1,1), on est en domaine transsonique, très difficile à étudier. L'avion se déplace à la même vitesse que les turbulences qu'il crée, et par conséquent celles-ci s'accumulent au lieu de se dissiper (figure b). L'effet thermique est désastreux!
~ dans le domaine supersonique (1,1<M<7), l'écoulement devient hyperbolique, caractérisé par des ondes de choc très puissantes, car il n'a pas le temps de s'ajuster le long des ailes (figure c). L'avion s'échauffe donc à cause des forces de pression qu'il crée.
~ au-delà de Mach7, le domaine de vol est dit hypersonique. L'avion le plus rapide atteignant péniblement Mach4, je ne traiterai pas ce cas, réservé aux fusées et aux missiles balistiques.

Figure a : vol subsonique, l'écoulement est elliptique et uniforme.
Figure b : vol transsonique, une forte onde de choc se crée au niveau du nez de l'avion.
Figure c : vol supersonique, l'écoulement est hyperbolique et accompagné d'une onde de choc puissante.

Les performances supersoniques entraînent donc une forte dégradation du caractère furtif. Les exigences de furtivité impliquent donc l'utilisation quasi systématique de moteurs à turbine sans postcombustion, ce qui limite la vitesse des avions aux alentours de Mach0,8 (F117, B2), mais contribue également à diminuer le rayonnement thermique de l'appareil. Malgré tout, si l'on en croit les rumeurs, le F22 serait furtif jusqu'à Mach1,58. (à vérifier).

IV) D'autres contraintes, plus évidentes.

Pour en finir avec cette partie, il faut encore mentionner un facteur important dans les missions opérationnelles confiées à des appareils furtifs: si l'avion doit renvoyer le moins d' ondes émises par les radars, il doit également ne pas émettre lui même de rayonnement quelconque, en utilisant des sources actives telles qu'un radar pour se positionner.

Pour s'orienter vers la cible, on se sert du système passif du Global Positioning System (ou GPS, ce lien renvoie vers le site d'un ami qui y consacre une page), alors qu'une frappe traditionnelle utiliserait une imagerie thermique active.

Cela implique qu'il faille annuler les missions en cas de mauvais temps. De plus, le silence radio doit être maintenu pendant l'opération et à proximité de l'espace aérien ennemi.