Les avions furtifs, comment ça marche?

De nos jours, on rencontre des dizaines de types d'aéronefs aux caractéristiques et missions différentes. Les avions furtifs (stealth aircrafts en anglais) en particulier n'ont pas une proportion très élevée. Il y a très peu d'avions furtifs dans le monde, mais l' histoire et la technologie derrière eux démontrent toute leur grandeur. Déjà, puisqu'on parle de furtivité, comprenez que l'on s'intéresse aux avions militaires. Les avions civils n'ont rien à gagner étant furtifs, au contraire ils ont intérêt à être constamment suivis (par les contrôleurs aériens).
Faisons un tour dans le monde furtif, cherchons à comprendre la motivation en amont de ce type d'aéronefs et ce qui les rend si particuliers, magiques, fascinants
ou terrifiants, tout dépend de comment vous les concevez, en tout cas tous ces qualificatifs leur vont très bien.

UN PEU D'HISTOIRE
Un avion furtif est un avion, militaire bien sûr, conçu et/ou modifié pour éviter sa détection (par l'ennemi). Pour ce faire, plusieurs technologies sont employées
pour supprimer ou réduire sa signature. La signature (ou trace) peut être par radar ou par infrarouge, mais nous allons plus nous intéresser au radar dans la suite.
Au début de l'aviation, le seul moyen de repérer un avion était le contact visuel ou un signal auditif. Il est clair que cela ne marche que dans un rayon très petit,
vraiment insignifiant pour éviter ou contrecarrer un raid ennemi en temps de guerre. Il fallait très vite penser à une autre méthode pour éviter les surprises désagréables, d'autant plus que les forces de frappe des uns et des autres augmentaient sans cesse. Un moyen de savoir quand est-ce que l'ennemi va attaquer ou de savoir s'il est en train d'attaquer ou pas.
La première trace généralement retenue dans la genèse du radar remonte à 1886, avec les expériences sur les ondes électromagnétiques du physicien Heinrich Hertz. Les recherches dans ce domaine ont été vraiment accélérées à l'issue de la première guerre mondiale. Même si plusieurs chercheurs y travaillaient, presque tous
étaient orientés vers la radio-détection. Le premier système de détection réussi de ce type est officiellement attribué aux britanniques Watson Watt, Wilkins, et Bowen qui sont parvenus en Juin 1935, à repérer un aéronef, un Supermarine Scapa dans un rayon d'environ 25km. Cette technologie sera très vite vulgarisée et améliorée. Plus tard, on a choisi de l'appeler RADAR: RAdio Detection And Ranging.


Bon, on dit que le meilleur moyen de se défendre c'est d'attaquer. Vu que des systèmes de défense plus sophistiqués ont commencé à voir le jour, il a fallu trouver d'autres moyens de les contourner et d'attaquer par surprise. Il a fallu développer des avions qui ne 'craignent' pas les radars, des avions qui peuvent passer inaperçus, d'où l'idée des avions furtifs. Disons que sans les radars, on ne penserait peut être jamais à développer ce type d'avions.
Le développement de la furtivité aurait commencé en Allemagne avec le Horten Ho 9, testé vers la fin de la seconde guerre mondiale.
L'un des premiers avions furtifs et modernes de l'histoire est le fameux Lockheed-Martin F-117 Nighthawk de l'armée américaine. Il a été développé durant les années 1970, et il a tout de bizarre pour remettre en cause les calculs qui régissent le fonctionnement des radars. Pour le moment, voyons comment un radar arrive à détecter les objets.

Un Horten Ho IX

FONCTIONNEMENT DE BASE D'UN RADAR
Le phénomène de réflexion des ondes lumineuses était bien connu des scientifiques avant l'avènement du radar. Ce qu'ils ne savaient pas, c'était juste la
similitude entre ces ondes, et les ondes radio, ce sont toutes des ondes électromagnétiques. Juste que les ondes radios ont une fréquence entre 3KHz et 300GHz
alors que celles lumineuses ont une période plus courte (plus de 400THz).
Globalement, les radars reposent aussi sur la réflexion des ondes électromagnétiques. Un article de Futura_Sciences illustre bien le rapprochement entre les deux types d'ondes: "Par analogie, comparons l'appareil radar à une personne qui tient une lampe torche électrique allumée et braquée dans la direction dans laquelle elle regarde. Cette personne est dehors dans la nuit noire, il n'y a rien autour d'elle, sa lampe n'éclaire rien, elle ne voit donc rien. À force de scruter, la lampe éclaire un objet, cet objet renvoie une partie de la lumière de la lampe vers la personne qui la tient, et il apparaît enfin à cette personne. La lampe représente la partie émettrice du radar, les yeux de la personne sont la partie réceptrice. La lumière de la lampe représente l'OEM créée par la partie émettrice du radar, quand elle arrive sur l'objet elle représente l'OEM incidente arrivant sur l'obstacle. La lumière renvoyée par l'objet représente l'OEM réfléchie par l'obstacle. Si l'objet est un peu transparent comme une boule de verre, la lumière qui est visible à l'intérieur de la boule, représente l'OEM réfractée."
Pour le radar, des ondes sont émises par un dispositif appelé magnétron et concentrées par une antenne en un faisceau étroit de grande puissance. Après réflexion sur l'objet, une partie de moins faible énergie revient sur le récepteur (une partie est réfractée ou réfléchie dans une autre direction). La différence de temps entre l'émission et la réception et la force des ondes permettent de calculer la distance de l'objet par rapport à l'antenne.

Système echo_ fonctionnement d'un radar

Ce principe simple s'appelle fonctionnement par écho et ce sont les radars dits primaires qui l'emploient. D'autres radars dits secondaires, plus actifs permettent
de communiquer avec l'avion et recueillir des donnés supplémentaires telles que l'altitude et autres grâce aux transpondeurs.

Un radar aérien_ Le primaire en bas arrondi et le secondaire en haut

MODE OPERATOIRE DES AVIONS FURTIFS
Un engin (militaire) émet de l'énergie sous plusieurs formes. Elle peut être électromagnétique à cause du radar de bord ou des radiocommunications. Elle peut être thermique (gaz chauds du propulseur, ou l'échauffement cinétique dû à la trainée) ou encore acoustique. De la même manière, il reçoit de l'énergie sous toutes ces formes. L'engin émet ou réémet cette énergie dans toutes les directions. Les systèmes de détection au sol ou embarqués sur d'autres aéronefs, navires ou armes reçoivent une partie de cette énergie et peuvent s'en servir pour détecter et poursuivre l'appareil. Donc si vous comprenez bien, la furtivité est l'ensemble des techniques et technologies utilisées pour réduire les émissions dans une direction donnée ou dans toutes les directions. On dit réduire car il est impossible de supprimer complètement la signature de l'appareil. On parle généralement de réduction ou banalisation de la signature d'une cible.
La furtivité radar est caractérisée par une valeur appelée SER c-à-d surface équivalente radar. Elle est par définition la valeur de la surface plane
qui renverrait la même énergie que l'aéronef. En fonction de la forme de l'appareil et/ou de l'angle sous lequel l'onde émise par le radar le frappe, la surface atteinte est plus ou moins importante. C'est le rapport entre la puissance de l'onde reçue et de celle émise.

Des exemples de SER pour plusieurs types de surface_ remarquez que l'angle sous lequel l'onde vient est très important

QUELQUES EXEMPLES D'AVIONS MILITAIRES FURTIFS

LA TECHNIQUE DE FURTIVITE DU F-117

Le F117 attaque le fonctionnement du radar à sa base. Remarquez qu'il a une forme très particulière, il n'a pas ces courbures et profils aérodynamiques usuels. Si les bordures carrées lui assurent la furtivité, les ingénieurs ont dû résoudre des problèmes majeurs de mécanique de vol. Il fallait d'abord réussir à le faire voler. Pour la première fois dans l'histoire, on a fait prévaloir les propriétés de furtivité sur les caractéristiques aérodynamiques d'un avion. En fait, le F117 a une SER pratiquement nulle. Il est entièrement constitué de surfaces planes à angles irréguliers qui dévient les ondes radar loin de leurs sources d'émission.
Revenons un peu à notre analogie avec les ondes lumineuses. En optique, la loi de Snell-Descartes montre que le rayon réfléchi fait avec la normale de la surface de contact, un angle égal à l'angle incident.

La plupart des avions ont des courbures arrondies, donc une infinité de normales de directions différentes (les normales sont portées par les prolongements des rayons). Donc il est plus facile qu'une onde frappe la surface sur une normale et se réfléchisse sur elle-même, ou repartir sur un angle très serré.
Par contre, pour une surface plane, toutes les normales ont la même direction, et il faut une et une seule manière pour un rayon incident de venir sur la normale. Et plus encore pour le F117, les surfaces planes ont des angles irréguliers, et les rayons incidents repartent sur un angle qui les éloignent plus de la source, ou à la limite rasent la surface.
Lorsque les ondes radio frappent le fuselage, elles sont bien réfléchies, mais au lieu de se diriger vers le magnétron ou l'antenne, elle repartent sur un angle obtus. (en considérant l'angle formé par les rayons incident et réfléchi). Sa signature radar est tellement faible qu'elle est estimée à la taille d'un petit oiseau malgré ses 23 tonnes, 21m de long, 4m de hauteur et 13m d'envergure.

Reportage en anglais sur le F117

LE BOMBARDIER B2

Le fameux B2 avec ce profil si unique

Le F117 est un avion invisible au radar à l'origine et non pas un avion de voltige racé, il n'est pas très agile au vol et ne peut compter que sur sa furtivité. Ses formes ont été calculées sur ordinateur, mais comme au moment de sa conception, l'informatique était limitée, ses formes ne sont pas abouties.
Sur le B2, les calculs ont été plus avancés, et les formes sont pures. Le B2 est beaucoup plus aérodynamique d'ailleurs. Il est particulier avec sa forme d'aile de souris et il n'a pas de dérive, voire un empennage en tant que tel.

Le U2

Le U2 n'est pas un avion furtif en tant que tel. Il est plus un avion de reconnaissance, juste qu'à l'époque, au regard de l'altitude à laquelle il volait (70000ft), il était pratiquement impossible pour les radars de le détecter. On s'est très vite rendu compte de la réalité lorsqu'un U2 été abattu dans les années 1960 lors de la crise des missiles de Cuba en pleine guerre froide.

Le SR-71 blackbird

Le blackbird, dans son terrain de jeu: la stratosphère

C'est un avion de reconnaissance furtif. Il vole très très haut, aux limites de "l'atmosphère". Il vole si haut (plus de 23km) que les pilotes sont obligés de porter des combines un peu comme des astronautes. De plus il est extrêmement rapide. Il détient le record inégalé d'une vitesse de plus de Mach 3.
Il est recouvert d'une peinture spéciale à base de microbilles d'acier qui dispersent les ondes radar et lui donnent la forme d'un nuage.

Le Sukhoi SU-57

C'est un avion de chasse russe de 5e génération multi rôle, et donc furtif. Il atteint des vitesses de plus de 2100km/h; et peut voler à ses vitesses supersoniques à plus de 66000ft au dessus du niveau de la mer. La Russie en possède une vingtaine avec environ une douzaine en service.

Le Sukhoi SU-57
Les avions militaires russes ne sont pas aussi bien connus du grand public que les avions de chasse américains qu'on retrouve dans beaucoup de films hollywoodiens, mais ils sont aussi exceptionnels et redoutables les uns que les autres

Le F-22 Raptor

C'est un avion de chasse furtif, de 5e génération. Au lieu d'une peinture, le matériau même de sa construction est fait pour absorber les ondes. Il est plus performant
et en plus de sa furtivité, il est agile au combat. Au combat, il peut ouvrir la trappe, lancer un missile et les refermer en moins d'une seconde.

Le F-35

Décollage d'un F-35 B sur un porte avion

C'est un modèle amélioré du F-22. Il est aussi de 5e génération et furtif. Il en existe 3 modèles de F-35 en fonction du type d'opérations. Il y a le A, le B et le C.
Le F-35 B, utilisé sur les porte-avions a la particularité de pouvoir décoller et atterrir verticalement; les pilotes expérimentés exécutent même des manœuvres de marche arrière en l'air.