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Le fonctionnement d'un radar

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Le fonctionnement d'un radar

Message par enrimores le Lun 25 Aoû - 12:09


l Comment fonctionne un radar ? l
Tout d’abord, le mot radar vient de l’anglais (ou plutôt de l’américain) « RAdio Détection And Ranging » signifiant "détection et télémétrie par ondes radio". L’idée de radar fût employée dès 1920. Le physicien allemand Heinrich Rudolph Hertz fit de nombreuses expériences sur les ondes électromagnétiques grâce aux travaux de Maxwell James Clerk (physicien écossais ayant élaboré des équations différentielles régissant les ondes électromagnétiques). Il fallut attendre 1930 pour voir apparaître les premiers radars «utilisables». Ils furent à caractères militaires et civils car ils équipèrent la ligne Maginot et le paquebot «Normandie» afin d’éviter les icebergs.

1/ Fonctionnement d'un radar au sol dit Typique

Le fonctionnement du radar typique est basé sur les propriétés des ondes qui se déplacent dans le vide, à la vitesse de la lumière, soit environ 300 000 km/s. L’idée est d’envoyer des ondes dans la direction souhaitée à l’aide d’une antenne qui fait office d’émetteur. Lorsque celles-ci touchent un objet (par exemple un avion) elles se réfléchissent (toutes ou une partie) en formant un ensemble que l’on appelle «écho radar». Celui-ci est renvoyé vers l’antenne qui joue alors maintenant le rôle du récepteur.
Cependant il existe plusieurs sortes de radar : certains ont des antennes émettrices se composant d’une parabole maillée métallique ou d’un réseau d’antennes orientables. D’autres en revanche ont une antenne en rotation qui tourne en permanence pour capter les signaux sur un rayon plus important.

Étant donné que l’on ne dispose que d’une seule antenne, un dispositif de commutation fait alterner rapidement les modes «émission» et «réception». C’est le radar à impulsions. Il envoie une impulsion pendant 0,1 à 5 microsecondes, puis l’émetteur reste muet le temps de la réception pendant quelques centaines de microsecondes. Ce système permet (en simplifiant) de détecter une cible et de connaître sa distance par rapport à l’émetteur. Celle-ci est calculée à partir du temps nécessaire à la réflexion d’une impulsion.
De même, la fréquence du signal réfléchi fournit d’autres informations. En effet, si la cible est en mouvement, la fréquence de l’écho est modifiée par effet «Doppler». Par exemple, si la cible se rapproche, les ondes réfléchies sont comprimées d’où leur fréquence augmente. Cette augmentation permet de déduire la vitesse de la cible en approche. A l’inverse, si la cible s’éloigne, la fréquence des ondes réfléchies baisse.
Grâce à cet effet «Doppler», les radars à ondes continues (et non pas à impulsions) sont capables de n’afficher que les objets en mouvement, ce qui est utile lorsque l’on veut suivre un avion près des édifices et des reliefs, en éliminant ainsi les signaux parasites.
Souvent, les radars (je parle toujours des radars au sol servant à identifier les avions) sont au nombre de 2. Un premier radar sert à balayer horizontalement pour détecter les avions et déterminer leur azimut (c’est la distance angulaire horizontale). Un second est activé dès lors qu’un avion a été repéré et balaye verticalement pour déterminer l’altitude de la cible.

2/ Missions secondaires du radar
Grâce aux radars, on peut aussi en temps de guerre, déterminer si la cible est un ennemi ou un ami (système «IFF» = Identification Friend or Foe = Ami ou Ennemi). Les avions «amis» emportent avec eux un transpondeur (appelé aussi balise de radiodétection). La balise peut être conçue de manière à ne se déclencher que par des impulsions appartenant à une étroite bande de fréquences, ou de longueur voulue, ou encore présentant d'autres caractéristiques. Donc, si le radar reçoit cette impulsion caractéristique, il identifiera l’avion comme ami, sinon, il l’identifiera comme ennemi.
Pour brouiller ou tromper un radar ennemi, il existe plusieurs solutions:
- le brouillage électronique grâce à des transmissions sur des fréquences perturbant le radar ennemi (Electronic Counter Measures, dispositif interne ou externe à l'avion qui éblouit le radar ennemi. Prenons un exemple concret : Deux individus sont dans le noir complet. Le premier individu éblouit le deuxieme à l'aide d'une lampe torche. Le deuxieme ne voit donc pas le premier. C'est exactement le même principe).
- le brouillage «mécanique» grâce à la dispersion d’un matériau dans le ciel (comme des paillettes d’aluminium lâchées d’un avion, produisant un nombre énorme d’échos sur les écrans radars, ce qui gène la détection des cibles réelles).

3/ La furtivité
Des méthodes beaucoup plus discrètes sont utilisées pour ne pas se faire détecter par les radars: c’est la Furtivité. Cette furtivité est utilisée pour de nombreux avions, mais les plus furtifs sont les avions américains car ce sont les seuls à avoir un budget à la portée de ces projets. Il existe à l’heure 2 grandes idées (possibles aujourd’hui) pour rendre un avion furtif:
- le renvoi des ondes émises par les radars dans des directions autres que celle du récepteur (ici le radar)
- l’absorption des ondes par le fuselage de l’avion
Sur l'animation suivante, on observe l'effet qui permet à ce F-117 Nighthawk de rester invisible aux yeux du radar. L'appareil est immobile pour éviter les complications.

Cette furtivité est rendue possible par la forme de l’avion. Par exemple, le bombardier B-2, ou le chasseur-bombardier F-117, ont une forme de fuselage très particulière. Pour le B-2, il n'y a aucune forme carrée ce qui minimise la reflection d'ondes radar et c'est un énorme atout aérodynamique. Pour le F-117, il y a justement beaucoup de faces rectangulaires qui renvoient les ondes radar dans des directions opposées. C'est ce systeme qui valut au Nighthawk la qualification de pierre volante au vu de son aérodynamique étudiée par informatique (rappelons le, à l'époque les ordinateurs n'étaient pas encore très puissants).

De même, les matériaux de leur fuselage ainsi que les peintures utilisées (de couleurs noires et de composition spéciale) absorbent les ondes. Les radars ne recevant point de réponse ne détectent donc pas l’avion. Il est donc invisible (cependant le coût des avions et de leur maintenance est énorme même pour un pays comme les Etats-Unis).
La balle bleue représente le radar et la balle rouge représente l'avion. Nous supposons que l'avion a été "frappé" par les ondes du radar. Sur cette animation, l'écho radar est le seul à être représenté par des cercles noirs. Ici les 2 objets sont immobiles (nous supposons que l'avion est immobile, bien que cela soit impossible [pour les plus rétissants, pensez que c'est un hélicoptère en vol stationnaire.]
Mais, si l'objet, le radar ou les deux sont en mouvement, une complication apparaît, c'est l'effet "Doppler" du nom de l'homme qui l'a découvert (Johann Christian Doppler, physicien autrichien). Une application simple de l'effet Doppler est la sirene de l'ambulance qui passe. Plus l'ambulance est proche, plus le son est aigu. Même principe pour les ondes radar (étant donné que le son est aussi une onde).
4/ L'effet Doppler : Description
La balle bleue représente le radar et la balle rouge représente l'avion. Nous supposons que l'avion a été frappé par les ondes émises auparavant. Seul l'écho radar est représenté par des cercles noirs. Ici, l'avion s'éloigne du radar. Sur la deuxieme animation, il s'en rapproche.
L'écart entre les deux derniers échos est long, le radar en déduit que l'avion est éloigné.
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enrimores
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