TPE Furtivité

Bonjour!

Nous sommes en 1ere S et nous faisons un dossier TPE sur la furtivité des avions de chasse, notre problamétique étant "La furtivité aéronautique a-t-elle vraiment une utilité ?
Les deux matières qu'on a choisi sont la physique et la géographie.

Quelles sont vos idées pour une production?
Nous aimerions aussi savoir ce que l'on pourrait faire pour rapprocher notre sujet le plus possible de la physique et de la géographie (reliefs, calculs, intempéries, situations géographiques?…)

Merci pour vos réponses!

J'aurais plutôt tendance à dire : quelles sont vos idées

Que savez-vous sur le sujet ? Pourquoi l'avoir pris ?

On ne va probablement pas tout faire à votre place, mais on peut tout à fait vous aider à trouver des idées.
Ceci dit, il y a beaucoup à dire sur cette problématique, et vous allez trouver ici des avis divergents.

Je me lance. Quelques idées jetées en vrac, à vous de développer ou de demander des précisions s'il y en a une de celles-là (ou d'autres) que vous voulez creuser…

Vous pourriez donc parler:

- des différents moyens de rendre un avion furtif, et des problèmes qu'ils entrainent :
*Jouer sur la forme de la cellule, et la façon dont certains angles réfléchissent les ondes radars dans une autre direction que celle du radar d'où elles viennent. Et le problème qui va avec: un avion ayant de telles formes devient instable et les lois des commandes de vol électroniques deviennent donc complexes. Et il est moins manœuvrant.
*Jouer sur les revêtements, avec des matériaux absorbants. Et le problème qui suit : ces matériaux sont très chers, et tiennent mal face aux conditions climatiques (pluie, chaleur…)
*Planquer les armes dans des soutes pour ne pas qu'elles puissent être détectées, ce qui pose des problèmes de délivrance de ces armements (il faut des machines assez complexes pour sortir un missile d'une soute et le tirer en vol)
*Mettre les turbines au dessus de l'avion pour ne pas que les ondes radar se réfléchissent sur les ailettes des réacteurs, et planquer le cœur du réacteur derrière des entrées d'air en Z, munies de dents de scie à l'entrée.

- Vous pouvez aussi parler de la furtivité face à divers capteurs (radar ou infrarouge notamment), le prix de la furtivité n'est pas le même! Pour donner un exemple de furtivité infrarouge, sur l'hélicoptère Tigre, l'air chaud soufflé par le réacteur passe par tout un processus pour le refroidir et le diluer dans l'air ambiant.

- Parlez aussi de la furtivité active, c'est à dire provoquée électroniquement par l'avion. Le prix est moindre que pour rendre un avion furtif par les autres méthodes, mais c'est (aujourd'hui) pas encore très efficace. Un exemple : les radars AESA (comme celui du Rafale, du F-16 ou du F-22) peuvent envoyer des ondes en opposition de phase par rapport aux ondes incidentes d'un radar qui chercherait à détecter l'avion. Par ce moyen, ces radars sont donc capables d'affaiblir les ondes incidentes des autres radars qui cherchent à voir l'avion.

- Prenez des exemples d'avions/drones furtifs pour illustrer un peu chaque système que vous présentez.

- Bien sûr, parlez des coûts. Faites un comparatif entre le coût des avions furtifs (F-22, B-2…) et celui d'avions non furtifs employés pour les mêmes missions. Typiquement, comparez F-35 et Rafale. Les coûts approximatifs de ces programmes sont faciles à trouver sur le net ou dans les pages de ce site.

- Enfin, ça pourrait être sympa de voir l'intérêt de la furtivité elle-même selon les types de missions: être furtif est par exemple totalement inutile pour la police du ciel ou pour des mission de guerres assymétriques (genre en Afghanistan). Mais potentiellement très utile pour des mission de reconnaissance au-dessus d'un territoire ennemi technologiquement avancé, ou pour des frappes en profondeur.

Pour finir, jetez un coup d'œil sur ce dossier. J'y ai appris pleins de choses sur la furtivité.

Au taf!

Merci à vous pour vos réponses. Paxwax merci pour tes idées, il y en a que nous n'avions pas exploré.

En ce qui concerne la fragilité des matériaux face aux intempéries/sables, etc, et le fait que la furtivité n'est par exemple, presque inutile en Afghanistan, ceci constitue-t-il un lien assez flagrant avec la géographie (lieux)?

D9pouces, nous avons choisi ce sujet car nous sommes passionnés en aéronautique et le sujet nous a emballé; mais aussi parce que dans le groupe, nous avions des avis différents à la problématique.
On nous a reproché pendant l'oral blanc, d'avoir trop parlé du fonctionnemet de la furtivité (c'est à dire, formes de l'avion, la ionisation des bords d'attaque du B2 (où on m'a même demandé la nature des ions!), etc) plutôt que d'avoir répondu à notre problématique.
On nous a aussi dit de ne pas avoir assez mis en évidence la physique et la géographie.. (c'est vrai qu'en mesurant simplement les pour et les contre pour répondre à la problématique, c'est assez dur d'y entrer des calculs..).

En fait nous pensons avoir les éléments de réponses, mais il manque des "trucs" pour mettre le lien entre furtivité, la physique et la géographie en évidence.

Comme on est pas obligé davoir une réponse à la problématique(mais un oui et un non si l'on veut), et étant donné que les pour et les contre se valent, nous avons listé les avantages et inconvénients ainsi que nous avons désormais réunis (dites moi si quelque chose est faux).

- Possibilité des attaques surprises, ciblés (l'avion pénètre sur le territoire ennemi, et n'est détecté qu'après avoir frappé), efficace pour les missions de surveillance et espionnage, limitation des pertes.

- Indétectable aux yeux des radars rudimentaires (est-ce bien vrai?) et à ceux des radars des avions de chasse?

- Moyen de dissuasion, permet d'affirmer une suprématie aériennne (les USA font bien peur avec leurs F22)

- Seulement, rien ne dit comment les radars évolueront plus tard, deviendront-il assez performant au point de détecter l'avion furtif?

- Les conflits d'aujourd'hui ne nécessitent pas la furtivité (afghanistan); seulement on ne sait pas de quoi sera fait le futur,

- Le prix : le B2 (oui mais certains disent que son prix servirait à atténuer le prix du projet d'un autre prototype lui aussi furtif et caché par l'Etat US..), mais aussi le RAH66 Comanche dont la signature radar était 600 fois plus faible que le Apache, il pouvait se rapprocher 4 fois plus près d'une cible sans être repéré.. (mais le programme a été abandonné suite au prix)

- Utilisation limité à cause des intempéries, en Afrique le sable abîme le revêtement, ou la pluie.. Il y a aussi l'histoire des B2 qui ne peuvent être entretenus que dans les hangars spéciaux, c'est à dire dans quelques bases US… même si des hangars transportables ont été élaboré, ils coutent chers et nécessitent une centaine de C130 pour le transporter..!!(maintenant le B2 assure aussi des missions longues en étant ravitaillés en vol..)

- Les autres pays continuent pourtant de développer les prohets davions furtifs ;: Neuron de Dassault, J20 chinois (sera-t-il furtif avec ses plans canard?), le T50 indo russe, le F35…

- la furtivité et performances de vol ne sont pas liés (on l'a vu avec la manoeuvrabilité)

- De plus, les chasseurs, pour garder leur furtivité, ne doivent pas utiliser la postcombustion (pour rester en vitesse subsonique à cause de l'échauffement que crééent les frottements de l'air sur la carlingue), mais le F22 franchit le mach sans postcombustion….

- On sait aussi que l'avion de chasse furtif passant au dessus d'une ville peut être détecté grâce aux ondes TV et radio émises des antennes…

C'est clair qu'il y a plus d'inconvénients que de oui, seulement, les avantages moins nombreux soient-ils paraissent tout de même importants…
En ce qui concerne notre production qui doit donc répondre à la problématique, nous pensions à une maquette mettant en scène des lasers (représentation de l'onde radar) dévié par un avion qui porte un "miroir" (représentation des formes géométriques spéciales et de la matière absorbante) qui dévie le faisceau laser (première partie de la maquette ou la furtivité est "utile";
et une deuxieme partie ou le faisceau laser est encore renvoyé par le miroir de l'avion, mais recueilli par un récepteur placé ailleurs qu'à l'endroit de l'émeteur, donc détecté. Le cas est aussi possible au dessus d'une ville, avec les émissions des ondes TV où l'onde a encor eplus de chance d'être recueilli.

Salut Furywolf29,

C'est un vaste sujet et je vois que vous êtes déjà bien renseignés. Comme tu l'as déjà constaté avec tes camarades, à moins d'être un pro en la matière, on ne peut que se faire une idée sur les écrits ou les "on dit" dont on ne peut pas toujours être sûr… Ensuite, comme pour tout, les avis divergent d'une personne à l'autre.

Perso, je ne suis pas un pro dans la matière, mais comme la plupart des passionnés en aéronautique récente, je me renseigne et j'essaye de partager (ce qui se fait, à mon avis, magnifiquement bien sur ce site).

furywolf29 a écrit

…
En ce qui concerne la fragilité des matériaux face aux intempéries/sables, etc, et le fait que la furtivité n'est par exemple, presque inutile en Afghanistan, ceci constitue-t-il un lien assez flagrant avec la géographie (lieux)? …

À mon avis, ce n'est pas une question de géographie. Les talibans ne sont pas munis d'avions, ni de radars au sol, ni de missiles sol-air à guidage radar: pourquoi utiliser des appareils très chers (d'aquisition, comme d'utilisation) s'il n'y a pas d'utilité? À la rigueur, on pourrait se dire qu'un F-22 est un poil plus discret que certains autres en se qui concerne sa signature IR? Mais à mon avis, ça ne vaut pas la chandelle!

furywolf29 a écrit

…
D9pouces, nous avons choisi ce sujet car nous sommes passionnés en aéronautique et le sujet nous a emballé; mais aussi parce que dans le groupe, nous avions des avis différents à la problématique.
On nous a reproché pendant l'oral blanc, d'avoir trop parlé du fonctionnemet de la furtivité (c'est à dire, formes de l'avion, la ionisation des bords d'attaque du B2 (où on m'a même demandé la nature des ions!), etc) plutôt que d'avoir répondu à notre problématique.
On nous a aussi dit de ne pas avoir assez mis en évidence la physique et la géographie.. (c'est vrai qu'en mesurant simplement les pour et les contre pour répondre à la problématique, c'est assez dur d'y entrer des calculs..).

En fait nous pensons avoir les éléments de réponses, mais il manque des "trucs" pour mettre le lien entre furtivité, la physique et la géographie en évidence.
…

Concernant la géographie, avez-vous réfléchis sur la nécessité d'un appareil furtif si le terrain au dessus duquel l'avion va se déplacer est très valonné? Un très bon appareil en suivis-de-terrain (Mirage 2000D, Tornado, etc.) pourrait peut-être faire l'affaire s'il n'y a pas de menace aérienne, bien sûr.

furywolf29 a écrit

…
Comme on est pas obligé davoir une réponse à la problématique(mais un oui et un non si l'on veut), et étant donné que les pour et les contre se valent, nous avons listé les avantages et inconvénients ainsi que nous avons désormais réunis (dites moi si quelque chose est faux).

- Possibilité des attaques surprises, ciblés (l'avion pénètre sur le territoire ennemi, et n'est détecté qu'après avoir frappé), efficace pour les missions de surveillance et espionnage, limitation des pertes.

- Indétectable aux yeux des radars rudimentaires (est-ce bien vrai?) et à ceux des radars des avions de chasse?
…

Dans l'absolu, il ne devrait même pas être détecté après avoir frappé. Il y a théoriquement une possibilité de détection lorsqu'il ouvre ses trappes pour larguer ses charges. Après l'attaque, l'ennemi est averti, c'est tout. Les avions furtifs comme le F-22 (les autres on ne sait pas encore ce qu'ils valent…) ne sont que très difficilement détectables aux radars embarqués. Par contre, je me souvient que typiquement le F-117 (génération antérieure de furtivité) était repérable avec des anciens radars qui si je ne me trompe fonctionnaient avec des longueurs d'ondes plus importantes que les radars récents… à confirmer!
Et je crois que c'est aussi un peu dans ce sens que l'on parle des détections d'avions furtifs au dessus des villes: les ondes émises ne sont pas dans la fourchette des longueurs d'ondes pour lesquelles l'avion est sensé être furtif.

Bon j'arrête là pour l'instant… je suis sûr qu'il va y avoir d'autres personnes pour répondre à toutes ces questions… En tous cas, bon courage et bonne chance!

1) Pour le lien entre furtivité et physique :

-Sur la furtivité active : interférence des ondes (entre l'onde incidente et celle émise par l'avion).

- Interaction onde incidente/matériau RAM. Regarde dans le dossier que j'ai mis en lien à mon premier post, il y a des détails intéressants.

- Un peu de mécanique des fluides : pourquoi l'avion est rendu instable (disparition de l'empennage pour les ailes volantes comme le B-2 ou le nEUROn, angles géométriques qui nuisent à sa stabilité)

2) Pour le lien entre furtivité et géographie, je dois dire qu'il me parait plus ténu. Tout de même, quelques idées :

-L'influence du climat sur les revêtements RAM.

-Ou encore, la furtivité au sens non pas des avions furtifs, mais des chasseurs-bombardiers "classiques" qui se collent au relief pour éviter les radars? C'est un peu capillotracté, je sais .

-Ou encore les radars type "trans-horizon", comme le radar Nostradamus en France, qui sont capables de détecter des objets au delà de l'horizon. Pour cela, ils utilisent la réflection d'ondes de basse fréquence sur l'atmosphère pour détecter des objets lointains malgré la courbure de la terre (d'où le lien avec la géographie : composition de l'atmosphère, pourquoi réfléchit-elle les ondes basse fréquence, courbure de la terre et limite de l'horizon…). L'intérêt pour votre sujet, c'est que ce type de radar est actuellement l'une des meilleures parades contre les avions furtifs : les matériaux RAM ne sont en effet pas conçu pour absorber des ondes de fréquence aussi basse. Qui plus est, les ondes du radar se reflètent sur l'atmosphère et arrivent donc sur l'avion par au-dessus, alors que tous les avions furtifs sont optimisés pour être discrets vu d'en-dessous (tuyères au-dessus de l'appareil notamment). Plus d'infos ici, vers la fin de l'article.

-Dernière idée : la géographie se consacre aussi à l'étude des peuplements des populations. Peut-être pouvez-vous faire remarquer qu'au-dessus des territoires densément peuplés, l'atmosphère est saturée d'ondes de radio-télé, de téléphones portables, etc… Cela permet de développer des radars passifs, qui exploitent ces ondes présentes "naturellement". Comme de telles ondes arrivent de toutes les directions, même si on les réfléchit dans une direction autre que celle incidente, on va fatalement en réfléchir quelques-unes vers l'endroit où l'ennemi a son radar. Si l'ennemi a un radar permettant de chercher ces longueurs d'ondes, alors, il pourra nous repérer. C'est le fameux "radar passif" appelé ainsi car ce n'est pas lui qui émet les ondes. C'est vraisemblablement en utilisant ce type de matériel que les serbes ont réussi à abattre un avion furtif américain F-117 durant la guerre des balkans.

Merci beaucoup pour vos réponses Packwax et Jericho.
Comme je suis au CDI de mon lycée je n'ai pas le temps de bien lire vos réponses, j'imprime le tout pour l'étudier dans ma chambre ce soir, mais je crois que cela apporte déjà pas mal de réponses à certaines de nos questions.
J'ai vu quelque part, au sujet du F117 que sa destruction était due à un couloir aérien très empruntés par les F117, les Serbes l'auraient par "coup de chance"…

Ah oui packwax, je ne comprends pas très bien ce que tu entends par l'interférence de l'onde incidente et celle émise par l'avion (d'ou vient l'onde incidente?)

Bien bien… Sujet sympa pour un TPE…

déjà une question : qui a choisi les 2 matières concernées ?

Parce que la furtivité, au sens classique, c'est uniquement de la physique ! Les liens avec la géographie sont réellement capillotractés comme l'a fait remarqué Paxwax !

Les pistes données sont compètes je crois.
Mais tu dis que lors de votre oral blanc on vous a reproché de

trop parlé du fonctionnement de la furtivité

mais aussi

de ne pas avoir assez mis en évidence la physique

, j'avoue ne pas comprendre… le fonctionnement de la furtivité c'est de la physique !

Mais c'est peu être que au lycée les liens ne sont pas évident.
Peu être que pour recréer ces liens il faut repartir de la base, expliquer le principe du radar (émission d'une onde, réflexion, réception), de la détection IR (émission de rayonnement IR par les sources de chaleurs, réception par un capteur), et de là on peut partir sur les méthodes pour éviter la détection (déviation ou absorption des ondes radar, limitation des émission IR, …)


Je vais répondre a la place de paxwax :
L'onde incidente vient du radar émetteur, et l'onde réfléchie est l'onde renvoyé par la cible vers le récepteur (souvent au même endroit mais pas toujours).
L'interférence dont parle paxwax est le principe de SPECTRA (sur le Rafale), au niveau de la furtivité active.
Un radar t'envoie une onde (disons une sinusoïde), si tu lui renvoie la même (même fréquence, même amplitude) mais déphasée de PI (une demi période pour une fonction sinusoïdale), il y aura interférence destructive avec l'onde incidente et le récepteur radar ne verra rien revenir !

ici il y a un post ou j'explique le principe radar, mais tu dois connaître le principe je pense, et mon post devait être de la vulgarisation, donc cherche peut être quelque chose de plus précis…

Le lien avec la géographie peut se faire si on regarde à la fois les pays qui demandent un avion furtif pour être attaqués (à l'époque, l'URSS, maintenant la Chine ou l'Iran), les conditions météos qui vont avec, et éventuellement la position des bases : pour déployer un avion furtif, il faut de gros moyens et pas vraiment une base en rase campagne avec une prairie pour faire décoller l'avion.

Il y avait eu tout un topo de Pit sur le sujet…. Il n'existe plus ?


Je vais rajouter mon petit grain de sable !

La furtivité, de manière générale, c'est le fait d'être moins détectable ou identifiable…

Donc il faut aussi penser à la furtivité visuelle ou sonore. Par là je veux dire qu'un appareil petit sera (en théorie et indépendamment de sa forme) moins visible dans le ciel à l'oeil humain et aussi aux radars (si on prend deux appareils conçus pareils mais de taille différente).

Pour les hélicos, le fenestron a ainsi un rôle à jour par exemple, comme sur le plan du bruit.

Voili, voilou, c'est le grain de sable du jour…

Pour la géographie, j' ai du mal à voir le concept.
Les avions furtifs volent à haute altitude pour éviter de se faire dézinguer par la DCA, qui, même dans leur version moderne, ont une fonction optronique/viseur classique contre lequel la furtivité ne sert à rien tant que les avions ne seront pas invisibles.

Post supprimé, mauvaise manip de ma part…

En effet, l'onde incidente, comme Glwpatton l'a très bien expliqué, est l'onde qui arrive sur l'avion (envoyée par le radar ennemi).

Je vais essayer de préciser un peu, petits dessins à l'appui (ça aide toujours) : les radars envoient des ondes électromagnétiques, c'est à dire qu'ils émettent des particules, les photons, qui ont 2 caractéristiques intéressantes :
1) Ils possèdent une charge électrique, et
2) Ils se comportent comme un tout petit aimant.
D'où le nom de l'onde : électro-magnétique.

On peut considérer ce photon de 2 manières : ou bien comme une particule envoyée à très grande vitesse par le radar vers l'avion : dans notre cas, ça n'a pas beaucoup d'intérêt. Ou bien comme une onde de forme sinusoïdale, c'est à dire de cette forme (je ne t'apprends sans doute rien jusque là) :

By paxwax at 2011-02-08
En ordonnée de la sinusoïde, tu as la valeur du champ électrique, en Volts (ou du champ magnétique en Tesla, ils se comportent de manière similaire, je ne vais donc parler pour simplifier que du champ électrique pour la suite). En abscisse, c'est tout simplement la distance avion/radar.
En gros, une onde radar envoyée vers l'avion, ce que j'appelle "onde incidente", c'est une onde électromagnétique ayant la forme de cette sinusoïde:

By paxwax at 2011-02-08

Maintenant imagine que l'avion soit capable de détecter l'onde du radar, l'onde incidente donc. Grâce à un radar de type AESA muni du logiciel adéquat (SPECTRA pour le Rafale), certains avions sont capables d'envoyer une onde exactement opposée, en tout point du trajet, à l'onde incidente. Ce qui, par soustraction, annule l'onde incidente. Un dessin valant mieux que de longs discours :

En rouge, disons que c'est l'onde incidente, donc celle envoyée par le radar ennemi. L'avion la détecte, l'analyse, et ses systèmes envoient dans la direction du radar une onde exactement opposée, celle en bleu! Si tu fais la somme (onde rouge+onde bleue), tu peux voir que ça fait 0, en tout point du trajet. Or, c'est exactement ce que fait le radar ennemi : il ne sait voir que la somme des deux! Donc, il ne voit rien. Ces 2 ondes sont dites "en opposition de phase", car ce sont exactement les mêmes ondes sauf pour leur phase (qui est opposée, ou diffère de Pi, cela revient au même et si tu ne connais pas la notion de phase, ce serait trop long à expliquer).

C'est le principe de l'annulation active, ou furtivité active. Envoyer une onde opposée dans la direction du radar. C'est extrêmement complexe, mais les nouveaux radars AESA en sont capables. Le système, aujourd'hui, n'est pas très efficace (onde opposée envoyée dans une direction trop approximative, phase de l'onde incidente difficile à mesurer précisément en temps réel alors que l'avion bouge…). Mais les scientifiques estiment pouvoir le rendre assez efficace à (relativement) court terme.

Niko a écrit

Il y avait eu tout un topo de Pit sur le sujet…. Il n'existe plus ?

Je ne le connais pas. Si c'est le cas, je plussoie : quelqu'un connait l'adresse de ce topo?

Edit : je pars en voyage 2 semaines demain, donc je ne pourrai plus répondre à d'autres questions sur le sujet. Mais je pense que tu trouveras ici beaucoup de monde pour t'aider !

Merci à tous pour os réponses, merci paxwax de m'avoir éclairé sur ce sujet. (même si tu verras ce message que dans 15 jours; en tous cas bonnes vacances).

Comme j'ai le temps ce week end (enfin..) je vais y réfléchir plus sérieusement. Je vous donne des nouvelles

pour la géographie tu peux t'appuyer sur une différence entre "discrétion" et "furtivité".

les appareils qui veulent se faire discret sont obligés de jouer avec la topographie du terrain donc voler en rase motte en suivie de terrain…alors que les appareils furtifs s'affranchissent de ça et peuvent voler plus haut sans pour autant être détecté.

les F-117 ont opérés en bosnie et irak donc le climat n'a pas trop d'importance sur la furtivité mais plus sur la logistique comme certains ont pu dire.

côté physique tu peux voir du côté de la SER (surface équivalente radar) des appareils.
un B-52 a "la taille d'un immeuble" sur un radar alors qu'un B-2 n'apparaît que sous la taille d'un oiseau.

donc confronter la RAM aux ondes radios donc parler de fréquence, de longueur d'onde……