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RADAR

On désigne sous le nom de radar (RAdio Detection And Ranging ) un système qui illumine une portion de l’espace avec une onde électromagnétique et reçoit les ondes réfléchies par les objets qui s’y trouvent, ce qui permet de détecter leur existence et (sauf exception rare) de déterminer certaines caractéristiques de ces objets. Ces caractéristiques sont variables: il peut s’agir de la position horizontale des objets, de leur altitude, de leur vitesse et parfois de leur forme, la détermination de ces données permettant au radar de renseigner l’utilisateur, mais aussi d’éliminer un grand nombre d’objets indésirables pour ne conserver que les «cibles» intéressantes.

Les applications du radar sont nombreuses et variées; aussi est-il impossible de toutes les citer. Elles sont soit civiles, soit militaires. Dans ce dernier cas, les appareils sont généralement plus perfectionnés pour tenir compte d’un certain nombre de contraintes (brouillage, coups de canon, souffle nucléaire, etc.). Les militaires veulent des radars pour obtenir des images du territoire ennemi, pour surveiller les déplacements d’avions, de chars, de fantassins, et pour associer ces appareils à des missiles et à des dispositifs antimissiles; un radar peut en effet déterminer la trajectoire de tels engins jusqu’à leur ultime point d’impact, parfois jusqu’à un mètre seulement de la cible. Le radar a des utilisations plus pacifiques: contrôle de la navigation aérienne, atterrissage des avions par mauvais temps ^{[cf. AÉROPORTS]}, lancement de satellites. Il facilite le travail des météorologistes en localisant les formations nuageuses et en détectant la position des fusées-sondes et des ballons-sondes. On utilise le radar dans la navigation maritime et fluviale (cf. systèmes de NAVIGATION), ainsi que pour contrôler la circulation routière et réprimer les excès de vitesse.

Mentionnons enfin l’emploi des radars comme instruments de télédétection, lorsqu’ils sont embarqués sur des satellites en orbite terrestre ou sur des sondes gravitant autour de planètes (l’exemple le plus accompli étant constitué par la mission Magellan autour de Vénus, qui s’est achevée en 1994; cf. VÉNUS). La radarastronomie depuis le sol a également apporté d’importantes contributions à l’étude du système solaire; elle est notamment appliquée aux astéroïdes ^{[cf. ASTÉROÏDES]}.

Historique

En 1886, Heinrich Hertz démontra la similitude entre ondes lumineuses et ondes «radio», toutes deux électromagnétiques. Leur différence essentielle est que la longueur d’onde de ces dernières est beaucoup plus grande que celle des ondes lumineuses. Hertz montra que les ondes «radio» pouvaient, elles aussi, être réfléchies par les corps métalliques et diélectriques. Dès 1904, l’Allemand Christian Hülsmeyer décrivait un «appareil de projection et de réception d’ondes hertziennes pour donner l’alarme en présence d’un corps métallique tel qu’un navire ou un train situé dans le faisceau du projecteur». Cette possibilité était vérifiée expérimentalement de façon plus ou moins complète de 1922 à 1927 par un certain nombre de chercheurs parmi lesquels on peut citer: les Américains A. H. Taylor et L. C. Young du Naval Research Laboratory (N.R.L.), utilisant une longueur d’onde de 5 mètres, les Français M. Mesny et P. David, se servant d’une longueur d’onde de 1,8 m, et M. Pierret et C. Gutton, employant une longueur d’onde de 0,16 m. Quoique peu écoutés et disposant de faibles moyens, ces chercheurs restèrent à l’affût. En juin 1930, l’Américain L. A. Hyland obtint une détection accidentelle d’un avion passant dans un faisceau d’ondes «radio» de 9 mètres de longueur d’onde. Dès lors, le N.R.L. (A. H. Taylor, L. C. Young et L. A. Hyland) expérimenta de 1930 à 1934 un premier système de «détection d’objets par radio» en ondes métriques (environ 5 m de longueur d’onde) permettant des détections d’avions distants de quelque 80 kilomètres. De son côté, le Français P. David (du Laboratoire national de radioélectricité) expérimentait à la même époque un système analogue (barrage David), obtenant au Bourget, en 1934, des détections d’avions à environ 10 kilomètres. En outre, la Compagnie générale de télégraphie sans fils (C.S.F.), avec, entre autres, M. Ponte et C. Gutton, déposait le 20 juillet 1934 un brevet français qui concernait un «nouveau système de repérage d’obstacles et ses applications» employant des longueurs d’onde beaucoup plus courtes (0,16 m). Les Allemands, dans la même période, travaillaient avec des ondes de 0,50 m et parvenaient en 1934, avec un système Gema, à détecter des bateaux distants d’environ 10 kilomètres. Tous ces systèmes utilisaient des ondes continues, ce qui rendait la mesure de distance très peu commode; ceux qui avaient choisi des longueurs d’onde de plusieurs mètres obtenaient immédiatement des détections d’avions avec des portées assez surprenantes, alors que ceux qui travaillaient avec des longueurs d’onde inférieures au mètre avaient plus de difficultés, les puissances dont ils disposaient étant plus faibles et la technologie des longueurs d’onde courtes étant très embryonnaire ^{[cf. HYPERFRÉQUENCES]}.

En 1935, à la suite de deux célèbres mémorandums de Robert Watson-Watt, les Britanniques, dans l’expectative jusqu’alors, mirent dans leur jeu, outre d’importants apports financiers, les deux atouts techniques essentiels: signaux en ondes métriques et signaux en impulsions . Ils purent de ce fait très vite obtenir de grandes portées de détection sur avions et des mesures directes de distance. De tels résultats encourageaient de nouveaux investissements financiers, ce processus conduisant les Anglo-Saxons (les États-Unis avaient décidé au milieu de 1940 d’unir leurs efforts à ceux des Britanniques), pendant la Seconde Guerre mondiale, à des performances toujours très supérieures à celles des Allemands, de sorte qu’à la fin du conflit les premiers disposaient d’une panoplie complète de radars de toute nature fonctionnant sur les longueurs d’onde comprises entre 10 mètres et 1 centimètre.

Les Allemands, dont les premiers résultats avaient été moins spectaculaires, n’avaient poursuivi que très lentement leurs recherches, privés qu’ils étaient de la foi des dirigeants et du nerf de la guerre, et leur catalogue était en qualité et en quantité bien moins complet que celui des Anglo-Saxons à la fin des hostilités.

Quant aux Français, pour des raisons analogues, et, bien sûr, à partir de 1940, pour d’autres plus évidentes, leur retard était considérable à la fin du conflit. Pourtant, au début des hostilités, le barrage David était installé de façon continue de la frontière belge aux Alpes et détectait tout passage d’avion. Dès 1940, la France disposait, du reste, d’un certain nombre de radars prototypes à impulsions en ondes métriques ayant détecté des avions jusqu’à plus de 100 kilomètres de distance. Entre 1940 et 1944, les navires Richelieu , Strasbourg , Algérie , Jean-Bart et Colbert étaient progressivement équipés de radars. Parallèlement, la C.S.F. avait, jusqu’en 1940, poursuivi des études sur la possibilité d’obtenir des impulsions puissantes en longueurs d’onde décimétriques (0,16 m par exemple), ayant pour ce faire l’idée d’utiliser dans les tubes émetteurs de ce type (dits magnétrons) une source particulière d’électrons, la cathode à oxyde. Un tel tube ainsi équipé fut remis le 8 mai 1940 aux chercheurs anglais, et, selon les propos du docteur E. C. S. Megaw de l’Admiralty Signal Establishment, «ce fut le point de départ de l’emploi de la cathode à oxyde pratiquement dans tous les émetteurs à impulsions, et, en conséquence, ce fut une contribution importante au radar».

Radars classiques

Description et utilisation

Un radar classique (par opposition aux radars modernes) est essentiellement constitué par un émetteur, une antenne ^{[cf. ANTENNES]} et un récepteur muni d’un système de visualisation.

L’émetteur lance à intervalles réguliers (par exemple, toutes les millisecondes) des signaux très brefs (par exemple, de 1 microseconde de durée), à une fréquence donnée (correspondant à une longueur d’onde variant, selon les applications, entre quelques mètres et quelques millimètres). Le signal n’est pas émis dans toutes les directions: l’antenne du radar, qui agit comme un projecteur, concentre l’émission dans une zone très étroite de l’espace, soit dans un cône de faible ouverture au sommet (de l’ordre de 1 degré), soit dans un dièdre de faible ouverture (également de l’ordre de 1 degré). C’est ainsi que sont illuminés, d’autant plus faiblement qu’ils sont plus loin, les objectifs situés dans le champ de l’antenne. Ces objectifs réfléchissent les signaux reçus, et l’antenne capte les échos avec un retard par rapport à l’émission, retard d’autant plus grand que les objectifs sont plus lointains. C’est ainsi que l’écho reçu d’un objectif distant de 75 kilomètres sera décalé de 0,5 milliseconde par rapport à l’émission.

Le récepteur du radar a pour mission de repérer l’existence de ces échos et de mesurer leur retard par rapport à l’émission. Il est normalement parasité, c’est-à-dire qu’il reçoit en fait les échos «utiles» noyés dans ce qu’on appelle un «bruit», schématiquement constitué de signaux brefs semblables aux échos. Le cas est le même que celui d’un récepteur de radiodiffusion (à modulation d’amplitude), et les techniciens du radar essaient d’obtenir les conditions les meilleures en utilisant l’équivalent du réglage de tonalité associé aux récepteurs de radiodiffusion. Avec ce type d’appareil, l’opérateur dispose d’un bouton de réglage qui permet de réduire la bande passante. Lorsque ce bouton n’est pas tourné, on peut recevoir avec fidélité («haute fidélité»); les diverses composantes de la musique ne sont pas éliminées, mais le bruit parasite est élevé. Lorsque ce bouton est tourné à fond, le bruit parasite est très atténué, mais les fréquences élevées de la musique ont disparu, ce qui dénature la musique reçue. Il y a un compromis à trouver, qui peut être obtenu au moyen d’un filtrage optimal qui consiste à donner au récepteur radar une bande égale à l’inverse de la durée des signaux émis. Ce compromis optimal choisi, les échos des cibles lointaines sont trop faibles par rapport au bruit parasite, ce qui limite la «portée» du radar à une valeur d’autant plus élevée que l’émetteur est plus puissant, que la zone illuminée par l’antenne est plus étroite (c’est-à-dire que le projecteur est plus grand) et que les objectifs sont plus gros.

Avec un radar classique, on atteint des portées de 500 kilomètres sur des avions militaires, et l’on utilise pour ce faire des antennes dont la surface peut atteindre 100 mètres carrés, associées à des émetteurs produisant des signaux dont la puissance atteint 20 mégawatts.

Radars de veille et radars de poursuite

La plupart des radars appartiennent à l’une ou à l’autre des catégories suivantes: radars de veille ou radars de poursuite.

Un radar de veille utilise une antenne qui tourne régulièrement autour d’un axe vertical et illumine à un instant donné un dièdre d’arête verticale, c’est-à-dire une faible zone en azimut autour de l’antenne, ce qui permet de mesurer l’azimut des objectifs détectés. La distance (radiale) des objectifs étant également mesurée, on en déduit la position horizontale d’un objectif, c’est-à-dire la position géographique du point à la verticale duquel il se trouve. Les objectifs sont alors «visualisés» sur un écran circulaire de télévision, sous forme de points lumineux dont l’emplacement correspond à la position horizontale des objectifs (le radar étant situé au centre de l’écran, par exemple). Certains de ces radars sont assez perfectionnés pour mesurer également l’altitude des objectifs: on les désigne alors sous le nom de radars de veille tridimensionnels .

Un radar de poursuite utilise une antenne qui illumine à un instant donné une très faible zone de l’espace autour d’un axe qui peut, par des mouvements appropriés de l’antenne (au moyen d’une mécanique d’autant plus complexe qu’elle est plus précise), être dirigé vers n’importe quel point de l’espace. Cet appareil est équipé de servomécanismes qui lui permettent de maintenir l’axe de l’antenne dans la direction d’un objectif donné et donc de suivre (de «poursuivre») cet objectif quels que soient les mouvements de celui-ci. On connaît ainsi en permanence, à la sortie du radar, la position de l’objectif. De tels systèmes sont utilisés pour poursuivre les missiles lancés des champs de tirs et, dans les applications militaires, pour «s’accrocher» à un avion hostile et guider les canons de défense antiaérienne ou les missiles envoyés pour le détruire.

Radars modernes

Lorsqu’on double la distance d’un objectif, le signal qu’il reçoit a une puissance divisée par 4, et le signal qu’il réfléchit est donc également quatre fois plus faible. Il en résulte que l’écho reçu par le radar est seize fois moins intense.

De la même façon, si, à partir d’un radar ayant une portée de 500 kilomètres et émettant 20 mégawatts, on veut réaliser un radar de 5 000 kilomètres de portée, il faudra, toutes choses égales par ailleurs, émettre une puissance dix mille fois plus élevée, égale à 200 000 mégawatts, ce qui est tout à fait inconcevable.

Si l’on veut se contenter de la même puissance à l’émission, il faudra réduire la puissance du bruit parasite dans le rapport 10 000, c’est-à-dire diminuer dans le même rapport la bande passante du récepteur radar, ce qui conduit à émettre des impulsions dix mille fois plus longues. Au lieu d’émettre des «bips» de l’ordre de 1 microseconde, on sera contraint de lancer des bips de quelque 10 millisecondes, dont le retard par rapport aux bips d’émission sera mesuré avec une erreur du même ordre, entraînant une erreur, inacceptable, de quelques milliers de kilomètres dans la mesure de distance. Il en résulte que le radar classique n’est pas normalement capable de portées aussi grandes.

Des raisonnements analogues conduisent à l’impossibilité pratique de mesures de distance très précises (à un mètre près) pour des radars de veille de portée moyenne (quelques centaines de kilomètres) et à l’impossibilité de résoudre d’autres besoins militaires ou civils.

Les chercheurs ont longuement réfléchi à ce problème depuis 1949 et l’ont résolu progressivement: le signal émis par un radar classique n’est pas riche en informations. C’est comme si l’on tentait d’établir une conversation en n’utilisant que le mot «bip», ou encore comme si l’on émettait une musique constituée uniquement, pendant toute la partition, de la même note, toujours de même durée, toujours séparée de la suivante par le même silence.

On peut songer à émettre un signal plus riche, modulé en fréquence (dont la tonalité change pendant l’émission, comme celle d’une mélodie complexe). Dans ce cas, on obtient deux résultats: le premier, c’est que le bruit parasite a fort peu de chances de ressembler à la «musique» émise et donc renvoyée par un objectif, et qu’une oreille exercée, qui connaît par cœur la mélodie émise, pourra la distinguer beaucoup plus facilement du bruit de fond; le second résultat est que, même si la musique émise est très longue, une oreille exercée évaluera avec une précision excellente le retard entre cette musique et celle qui est reçue, l’erreur étant beaucoup plus faible que la durée de l’émission.

Il est donc possible d’imaginer, à condition de disposer d’une oreille exercée artificielle dans le récepteur du radar, que l’émission d’un signal long, pas trop puissant, modulé en fréquence de façon importante, puisse permettre à la fois (ou au choix) une bien meilleure sensibilité et une bien meilleure mesure de distance. Encore faut-il disposer d’émetteurs capables de lancer, à des niveaux de puissance élevés, un signal richement modulé en fréquence. Cela était difficile aux débuts du radar (au temps des magnétrons); grâce aux prodigieux développements des tubes capables d’émettre des ondes courtes et très courtes, cela ne l’est plus.

Quant à l’oreille exercée artificielle, on sait maintenant, après d’importantes recherches en mathématique et en physique, la réaliser de façon quasi parfaite à des prix parfois très faibles, et cela sous deux formes: le récepteur à corrélation et le filtre adapté (ou filtre à compression d’impulsion). En ce qui concerne la nature de la modulation de fréquence utilisée pour l’émission, elle consiste généralement soit en une modulation analogue à celle de la musique concrète (et les radars qui l’utilisent sont appelés radars codés ), soit en une modulation régulière analogue à celle des pianistes quand ils «font des gammes» (les radars correspondants sont baptisés radars chirp , le mot anglais chirp désignant le gazouillis des oiseaux).

Lutte contre les échos parasites

Les objectifs intéressant le radar sont le plus souvent des cibles mobiles telles que des véhicules terrestres (automobiles) ou des objets volants. Ces objectifs (appelés cibles utiles ) sont généralement détectés par le radar en même temps que tous les autres échos présents dans le champ de l’antenne et qu’on désigne par l’expression de cibles parasites (ou d’échos de clutter , d’un mot anglais signifiant une accumulation d’objets en désordre). Parmi les échos de clutter, on peut citer les échos atmosphériques renvoyés par les gouttelettes d’eau constituant les nuages, ainsi que les échos appelés «anges», dus à des irrégularités de l’atmosphère, sans oublier tous les échos d’objets situés à la surface du sol (arbres, rochers, immeubles, pylônes électriques), et plus généralement la surface du sol, qui se comporte plus ou moins comme un miroir dépoli. Ces parasites représentent une masse énorme d’échos parmi lesquels il est difficile d’identifier les cibles utiles, surtout si elles sont à basse altitude.

Il est souvent nécessaire que le radar fasse lui-même le tri entre tous ces échos, pour ne conserver que ceux qui sont utiles. Plusieurs procédés sont utilisés séparément ou simultanément.

Un premier, très efficace contre les échos de pluie et de nuage, consiste à émettre une onde électromagnétique polarisée circulairement. La lumière fournie par les projecteurs lumineux classiques n’est pas polarisée, mais on peut la transformer en une onde polarisée linéairement en la filtrant par un système approprié (tels ceux qui sont utilisés pour la fabrication des verres protecteurs «anti-soleil»). La lumière polarisée linéairement est alors constituée de vibrations parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction de propagation (cf. LUMIÈRE - Polarisation). Une telle lumière est éteinte par passage dans un second polarisant dont le plan de polarisation est perpendiculaire à celui du premier filtre. L’association de deux lumières identiques, polarisées chacune dans deux directions perpendiculaires, fournit une lumière polarisée circulairement , car tout se passe comme si la vibration «tournait en rond» dans un certain sens. Si une telle lumière éclaire des objets sphériques comme des gouttes de pluie, ceux-ci renvoient une lumière toujours polarisée circulairement mais (tournant) dans l’autre sens, alors que les échos utiles tels que les échos transmis par les avions sont constitués, de façon statistiquement identique, de deux ondes circulaires, polarisées la première dans un sens et la seconde dans l’autre. Si l’antenne du radar ne peut recevoir qu’un sens de polarisation circulaire, il est donc possible d’atténuer considérablement les échos de pluie, de nuages et de brouillard.

Un deuxième procédé de lutte contre les cibles parasites de clutter est fondé sur le fait que celles-ci sont immobiles ou de faible vitesse par rapport à celles des cibles utiles. Or, lorsqu’une cible est animée d’une vitesse (radiale) par rapport au radar, la fréquence des signaux reçus de la cible diffère de celle des signaux émis correspondants, le «glissement» de fréquence étant proportionnel à la vitesse radiale de la cible par rapport au radar. C’est l’effet Doppler-Fizeau . Il est dès lors possible d’utiliser dans le récepteur un système permettant d’éliminer tous les échos dont le glissement Doppler-Fizeau est trop faible pour pouvoir correspondre à des cibles utiles. D’ailleurs, on peut également mesurer le glissement Doppler-Fizeau des échos utiles reçus par le radar, de façon à mesurer la vitesse radiale des cibles utiles. C’est ainsi que l’on détecte les conducteurs d’automobiles ayant dépassé les vitesses limites. Ce procédé permet aussi d’apprécier le danger que représente un avion ennemi et d’utiliser au mieux les armes défensives dont on dispose. Les progrès effectués dans le domaine du filtrage Doppler-Fizeau sont considérables, surtout depuis que l’on utilise pour mesurer le glissement Doppler-Fizeau de petits calculateurs arithmétiques construits à cette fin (on préférera le nom de «processeur numérique de traitement de signal», ou D.S.P., de l’anglais Digital Signal Processor ).

Radars à balayage électronique

Pour modifier la zone éclairée par l’antenne d’un radar classique, c’est-à-dire la zone analysée par l’appareil, il faut faire tourner le projecteur, de la direction déjà analysée à la nouvelle direction choisie. À cause de l’inertie du projecteur, ce mouvement ne peut être que continu et faiblement rapide et ne permet donc pas facilement de s’arrêter dans les zones intéressantes. C’est pourquoi la quasi-totalité des radars de veille tourne régulièrement autour d’un axe vertical. À titre d’exemple, avec un radar équipé d’une antenne projecteur qui illumine à un instant donné un dièdre d’axe vertical de 0,36⁰ d’ouverture, l’antenne tournant régulièrement à six tours par minute, on connaît la position géographique des cibles toutes les 10 secondes. Le temps passé sur une cible est de 10 millisecondes, qu’on ait affaire à dix ou à cent cibles. Si, au contraire, en présence de dix cibles, l’antenne radar était capable de passer immédiatement d’une direction à une autre, on disposerait d’une seconde par cible avec la même cadence de renouvellement des informations. Chaque cible pourrait donc recevoir la puissance du radar pendant cent fois plus de temps (elle recevrait donc 100 fois plus d’énergie), ce qui permettrait soit de réduire par 100 la puissance de l’appareil, soit de multiplier par ⁴‘100 (c’est-à-dire plus de 3) la portée du radar. Une telle antenne éviterait de gaspiller l’énergie de celui-ci en ne l’utilisant que dans des directions intéressantes.

Le problème est donc de s’affranchir de l’inertie mécanique de l’antenne: il faut pouvoir, l’antenne restant fixe, modifier quasi instantanément la direction du rayonnement. Or l’onde électromagnétique émise par le radar est cohérente, comme l’est la lumière fournie par un laser ^{[cf. LASERS]}, ce qui implique que la direction du rayonnement est celle pour laquelle toutes les vibrations émanant de l’antenne sont en phase. En d’autres termes, un observateur A, situé dans cette direction et assez loin de l’antenne, «voit» toutes les vibrations qui lui arrivent des différents points de l’antenne augmenter et décroître rigoureusement en même temps, alors qu’un observateur B, situé dans une autre direction, reçoit des différents points de l’antenne des vibrations déphasées, certaines vibrations étant dans un sens quand d’autres sont dans un autre, l’ensemble s’annulant pratiquement. Si l’on veut que l’antenne rayonne vers B, il suffit de modifier au départ les phases relatives des vibrations électromagnétiques émises par les différents points de l’antenne, de façon qu’elles soient en phase lorsqu’elles arrivent à l’observateur B. Pour cela, on tapisse l’antenne projecteur de dispositifs modificateurs de phase, dits déphaseurs , dont on peut commander à volonté et instantanément le déphasage qu’ils introduisent, pour modifier instantanément la direction du rayonnement de l’antenne. On sait réaliser de tels déphaseurs réagissant en des temps de l’ordre de la microseconde, par exemple en utilisant des aimants artificiels particuliers dits «ferrites» ou des dispositifs spéciaux à semi-conducteurs. Une antenne ainsi équipée de déphaseurs et de leur système de commande est appelée (improprement) à balayage électronique . De plus, avec une telle antenne, on est capable de modifier la forme du diagramme de rayonnement (et non seulement sa direction), pour passer par exemple d’un rayonnement à dièdre d’arête verticale à un rayonnement conique autour d’une direction quelconque, transformant ainsi instantanément un radar de veille en radar de poursuite. On arrive ainsi à la notion de radar multifonction , c’est-à-dire capable d’assumer la fonction de plusieurs radars classiques différents. Les ordres de grandeur des temps de transformation (quelques microsecondes) sont tels qu’un opérateur humain est incapable de les exploiter avec efficacité. Aussi, un radar disposant d’une antenne à balayage électronique est nécessairement «piloté» par un calculateur arithmétique qui, suivant un logiciel soigneusement mis au point, décide lui-même des changements de forme du diagramme de rayonnement en fonction du comportement des cibles détectées par l’appareil et/ou selon le déroulement d’un tir défensif de missiles.

Utilisation de calculateurs numériques

Deux exemples d’utilisation de «machines à calculer» numériques ont été signalés ci-dessus: calculateur de type «universel» pour la gestion d’un radar à balayage électronique, et calculateur spécialisé pour le traitement des glissements Doppler-Fizeau.

Nombreux sont les exemples d’utilisation de calculateurs de type universel dans les systèmes de détection par radar: l’augmentation continue de la «puissance» de ces machines facilite la tâche dans des systèmes (contrôle de la navigation aérienne, par exemple) qui nécessitent de volumineux logiciels (plus de 500 000 «lignes de code») opérant en «temps réel». On citera la gestion et l’exploitation des informations d’un radar de veille tridimensionnelle moderne; dans le champ d’action d’un tel appareil, on détecte jusqu’à cinq cents avions dont les trois coordonnées peuvent être mesurées avec précision; d’autres informations sont parfois fournies (indicatif d’identification, puissance de l’écho, etc.). Aucun opérateur humain ne serait à même d’exploiter cette énorme quantité d’informations; seul un système informatique le peut, en stockant les informations obtenues par le radar et en faisant les calculs (cap et vitesse des cibles par exemple) utiles pour présenter à l’utilisateur les renseignements dont il a besoin à un instant donné, et dont la nature change au cours du temps.

En amont, au sein même de l’équipement radar, l’évolution aussi bien des codeurs analogique-numérique (transformant avec une vitesse et une précision en augmentation constante les informations analogiques électroniques reçues par le radar en informations numériques qui permettent le calcul) que des organes numériques de calcul est telle qu’on effectue pratiquement toujours le traitement de signal (filtrage adapté de compression d’impulsion, détermination des glissements Doppler-Fizeau, mesures angulaires, etc.) sous forme numérique. L’apparition de processeurs de plus en plus puissants (plusieurs centaines de milliards d’opérations par seconde, ou plusieurs centaines de «gigaflops», dans le jargon des spécialistes) permet d’introduire dans les radars de nouvelles fonctions – gourmandes en calcul – qui conduisent à l’amélioration du pouvoir de résolution angulaire sur des échos puissants (cibles proches ou brouilleurs) ou qui rendent possible l’utilisation simultanée, sur la même cible, de plusieurs émetteurs-récepteurs radars situés à des endroits différents (ou de plusieurs récepteurs fonctionnant à partir du même émetteur) et qui voient donc la cible sur des aspects différents, dans des montages dits multistatiques (par exemple bistatiques ), permettant, en particulier, de lutter contre la «furtivité» des cibles militaires.

La furtivité des cibles

La notion de furtivité des cibles a été réellement introduite à la fin des années 1970, dans des programmes de nouveaux bombardiers (tels que le F117), afin de rendre plus difficile leur détection par les radars.

L’idée consiste à réduire la «surface équivalente radar» des avions en question, pour les radars qui les observent . Pour comprendre la notion de furtivité, il est donc utile d’avoir une idée de ce qu’est cette surface équivalente radar, ou S.E.R.: quand on calcule les performances d’un radar, on remplace la cible réelle par une hypothétique sphère métallique qui donnerait le même résultat et dont la surface de section droite est la S.E.R. Malheureusement (pour la compréhension), la notion de S.E.R. n’est pas du tout intuitive: par exemple, une plaque métallique circulaire de 1 mètre de rayon, perpendiculaire à la direction d’un radar travaillant à la longueur d’onde de 3 centimètres, a une S.E.R. de 10 hectares environ (le signal qu’elle envoie «éblouit» le radar), alors que, si on l’incline d’un petit angle (de l’ordre du demi-degré), sa S.E.R. tombe à zéro; une hélice (ou une pale de réacteur) a toujours, quelle que soit l’orientation de l’avion se dirigeant peu ou prou vers le radar, une partie perpendiculaire à la direction du radar, ce qui donne à l’avion une S.E.R. significative. Un tétraèdre creux agit comme une cataphote (de vélo), renvoyant vers le radar toute la puissance qu’il reçoit; il a donc une très grande S.E.R.

Si l’avion comporte des parties «résonnant» à la longueur d’onde du radar (et qui ont donc des dimensions du même ordre de grandeur), celles-ci ont toutes les chances de donner une grande S.E.R. Un cylindre métallique de révolution de 5 mètres de diamètre et de 10 mètres de longueur, dont l’axe est perpendiculaire à la direction du faisceau radar, constitue un «beau» miroir convexe d’une dizaine de milliers de mètres carrés de S.E.R.!

Les cibles réelles, qui sont complexes, sont constituées de parties qui rayonnent, en conjonction ou en opposition de phase. Elles ont des S.E.R. qui varient très vite avec la fréquence du radar et avec la direction d’observation , ce qui explique, d’une part, l’intérêt, pour leur détection, de radars bistatiques (ou multistatiques) qui les observent depuis plusieurs directions, d’autre part, que l’on dise que les cibles «fluctuent» et que leur S.E.R. varie considérablement autour de sa valeur moyenne.

Les navires de surface ont des S.E.R. en moyenne très grandes (supérieures à 10 000 m²). Les avions de transport ont des S.E.R. moyennes de quelques dizaines de mètres carrés. Les avions d’armes ont des S.E.R. moyennes autour du mètre carré. En ce qui concerne les hélicoptères, le rotor, lorsqu’il est dans la «bonne» position (une fois par tour), a une bonne S.E.R.: l’écho de l’hélicoptère est ainsi constitué essentiellement de plusieurs «éclairs» par tour (correspondant à chacune des pales).

Pour rendre un avion furtif dans certaines directions (par exemple vu de face et légèrement par en dessous) – car on n’est jamais furtif dans toutes les directions –, il convient qu’il ne comporte bien sûr pas de cataphotes pour ces directions (dièdres ou trièdres rectangulaires – les entrées d’air des réacteurs sont à cet égard critiques), pas de surface perpendiculaire à la direction du radar (pales du réacteur), pas de zones ressemblant à des antennes à la longueur d’onde du radar (et, notamment, surtout pas d’antenne micro-onde regardant dans la direction du radar), tout cela interdisant de fait l’emport sous l’avion de «bidons» (en anglais des «pods»), comme l’usage en est fréquent.

On peut par ailleurs envisager de peindre l’avion avec de la peinture absorbante: par exemple, un matériau chargé avec du ferrite, assurant une réflectivité divisée par 10 environ (S.E.R. divisée par 10) autour de 3 centimètres de longueur d’onde, à condition qu’on en mette une épaisseur de 2,3 mm, précise à 0,1 mm près (!).

Les contraintes qui résultent de toutes ces mesures (entre autres l’augmentation de masse résultant de l’éventuelle peinture) ne contribuent généralement pas à améliorer les performances de l’avion.

Il est évident que l’épaisseur de la couche de peinture deviendra vite prohibitive pour des longueurs d’onde un peu grandes, et qu’il est alors de plus en plus difficile d’éviter que certaines parties de l’avion aient des longueurs physiques accordées sur la longueur d’onde du radar. Ces deux raisons, parmi d’autres, militent en faveur de l’utilisation de grandes longueurs d’onde dans les radars militaires de détection, avec pour corollaire l’inconvénient que constitue la nécessité de disposer de très grandes antennes pour conserver des mesures angulaires de qualité. Ici encore, le multistatisme radar, qui permet d’éparpiller plusieurs émetteurs-récepteurs sur une grande surface, apporte un élément de solution au problème.

• 1943; mot angl., acronyme de Radio Detecting And Ranging « détection et télémétrie par radioélectricité »

Synonymes :

n. m. Dispositif émetteur-récepteur d'ondes électromagnétiques qui permet de déterminer la direction et la distance d'un objet faisant obstacle à la propagation de celles-ci (phénomène d'écho). Utilisation du radar pour le repérage et le guidage des navires, des avions, des missiles, etc.

|| (En appos.) écran radar. écho radar.

⇒RADAR, subst. masc.

ÉLECTRON. Système ou appareil de détection servant à déterminer la direction et la distance d'un objet. Radar de surveillance au sol, terrestre; radar de bord; radar d'autoguidage des missiles; radar de bombardement; radar panoramique pour détecter les nuages; fusée à tête pensante lancée par un canon à radar; échos de radar; émissions, ondes de radar; développement des techniques de radar; emploi militaire du radar; utilisation du radar dans le repérage, le guidage des avions, des navires, des missiles; radar anti-sous-marin; radar à impulsions; antenne, écran de radar; portée d'un radar; surveillance par radar; réseau de radars; transmission des rayonnements des radars; radar de tir, d'artillerie. V. ionosphère ex. 2:

• ... j'ignorais tout du radar et ne savais pas qu'à chaque raid les avions anglais jetaient par-dessus bord dans le ciel allemand des millions et des millions de rubans de papier argenté propre à brouiller toute détection par radar.

CENDRARS, Bourlinguer, 1948, p. 288.

♦ P. métaph. J'ai résolu d'écrire au hasard (...) il importe de ne pas prévoir ce que l'on va dire (...). On fait effort pour aveugler les phares. N'empêche qu'une sorte de radar intime avertisse... Je viens de biffer quatre mots: c'est tricher (GIDE, Ainsi soit-il, 1951, p. 1163).

— Naviguer au radar. Se diriger à l'aveuglette. À l'époque j'étais tellement occupé à me contrôler et à faire la guerre à la chose que je ne voyais pas vraiment, je me sentais devenir aveugle, je naviguais au radar, c'était plutôt une sorte d'instinct qui m'empêchait de me heurter aux choses et aux gens (M. CARDINAL, Les Mots pour le dire, Paris, Grasset, 1975, p. 23).

— En appos. ou comme élém. de compos., avec le sens de « qui se compose de radars, fonctionne au moyen du radar, est émis, diffusé, capté par le radar, etc. ». Image-radar, émetteur-radar, station-radar, contrôle-radar, surveillance-radar; système d'alerte radar. Dès que le satellite apparaît au-dessus de l'horizon (...) [il est pris] en chasse. Un (...) récepteur radar détermine sa position avec une plus grande précision (Admin. P. et T., 1964, p. 43). J. S. Hey (...) découvrit que les traînées météoriques étaient susceptibles de renvoyer des échos radar (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 2, 1964, p. 600). Les Soviétiques ont obtenu la possibilité d'aménager quatre bases aériennes au Mali: à Gao, à Mopti, à San et à Sikasso. Ces bases leur éviteront de survoler le Moyen-Orient et sa couverture radar indiscrète (Le Point, 21 févr. 1977, p. 55, col. 2).

REM. Radarastronomie, radar-astronomie, subst. fém. ,,Application à l'observation astronomique de la technique du radar`` (MULLER 1980).

Prononc.:[]. Étymol. et Hist. 1945 (L'Aurore, 12 déc., 1b ds HÖFLER Anglic.). Empr. à l'anglo-amér. radar (1941 ds NED Suppl.²) formé de la syll. init. de Radio et des lettres init. de Detection, And et Ranging dans l'expr. Radio detection and ranging « détection et pointage radio ». Fréq. abs. littér.:12.

DÉR. Radariste, subst. masc. Spécialiste chargé du fonctionnement et de l'entretien d'un radar. La radioastronomie, peut-être parce qu'elle est une science jeune, initialement promue par des équipes de très jeunes physiciens de formation commune: celle de radariste pendant la guerre, est une science où des échanges très nombreux et des contacts fréquents se sont établis entre ses servants (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 2, 1964, p. 598). En appos. Officier radariste (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 2, 1964, p. 598). — []. — 1^re attest. 1953 (Lar. 20^e Suppl.); de radar, suff. -iste.

BBG. — DUB. Dér. 1962, p. 42. — QUEM. DDL t. 25.

radar [ʀadaʀ] n. m.

ÉTYM. 1941; mot angl., sigle de RA(dio) D(etecting) A(nd) R(anging) « détection et télémétrie par radio-électricité ».

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♦ Système ou appareil de détection, qui émet un faisceau d'ondes électromagnétiques très courtes et en reçoit l'écho, permettant ainsi de déterminer la direction et la distance d'un objet. ⇒ Détecteur. || Émetteur, antenne dirigée, récepteur, écran de radar (→ Image, cit. 11). || Utilisation du radar en navigation. || Interception d'un avion, surveillance d'un aérodrome, du sol…, par radar. || Radar de bord. || Radar à balayage électronique. || Radars de surveillance, de veille, de tir, d'acquisition, d'altimétrie. || Contrôle de la vitesse des voitures par radar. || Détecteur de radar.