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Le radar : principe et fonctionnement

Dossier - La furtivité
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Ce dossier présente la furtivité, technique pour rendre indétectable au radar des engins, essentiellement les avions, hélicoptères et bateaux. Il s'agit de démystifier cette technologie, trop souvent affublée par les médias de connotations quasiment magiques comme « invisible ».

  
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Pour savoir comment les véhicules furtifs déjouent les radars, il est nécessaire de comprendre le fonctionnement de ces derniers.

Qu'est-ce qu'un radar ? © Tpsdave - Domaine public

Principe du radar

Radar est l'acronyme anglais de RAdio Detection And Ranging traduit par « détection et télémétrie radio ». Le système des radars a été créé à la fin des années 1930, et son rôle a été déterminant dans la bataille d'Angleterre pendant la seconde guerre mondiale.

Un radar est un émetteur et un récepteur d'ondes électromagnétiques. Une onde électromagnétique correspond à une variation temporelle de champs magnétiques et de champs électriques. La lumière est une onde électromagnétique, tout comme le sont : 

Certaines ondes électromagnétiques sont perceptibles (visibles) par les êtres humains, d'autres le sont par les insectes, c'est le cas des ultraviolets avec les abeilles.

Les radars travaillent avec une gamme d'ondes électromagnétiques proche de celles des rayons microondes. Pourquoi cette gamme-ci d'ondes électromagnétiques ? Parce que les essais ont montré qu'elle était la plus facilement exploitable selon les besoins que sont la détection et la télémétrie, et ceci dans toutes les conditions météorologiques.

Cycle de travail d'un appareil radar

  1. La partie émettrice du radar crée, émet, une onde électromagnétique vers une direction précise, appelons-la OEM pour onde électromagnétique.
  2. L'OEM file à travers l'air à la vitesse de la lumière (environ 300.000 km/s).
  3. Si elle ne rencontre aucun obstacle sur son passage, elle continue, elle peut alors quitter l'atmosphère et s'évader dans l'espace.
  4. Si elle rencontre un obstacle, une partie de l'OEM continue en étant éventuellement modifiée, cette partie de l'OEM initiale est l'OEM réfractée, et l'autre partie est réfléchie.
  5. Admettons que les conditions font que l'OEM réfractée ne retourne pas vers l'appareil radar, et que l'OEM réfléchie revienne vers l'appareil radar.
  6. L'appareil radar détecte ce retour et en déduit la présence d'un obstacle, c'est la fonction Detection de RAdio Detection And Ranging.
  7. Comme l'appareil radar a été construit de façon à savoir quand il a envoyé l'OEM et quand il a détecté le retour de l'OEM réfléchie, il connaît la durée séparant ces deux moments ; il peut alors calculer la distance entre lui et l'obstacle détecté en se basant sur la vitesse connue de l'OEM (300.000 km/s environ), c'est la fonction Ranging (télémétrie) de RAdar Detection And Ranging.

Note et terminologie

Le principe est identique pour les sonars actifs utilisés sur les sous-marins, l'air est remplacé par l'eau, et l'OEM est remplacée par l'onde sonore, un son.

  • OEM incidente : cette OEM est celle qui arrive sur l'obstacle. Elle existe avant de rencontrer l'obstacle, elle disparaît ensuite car elle se transforme en OEM réfléchie et OEM réfractée.
  • OEM réfléchie : cette OEM est celle qui est renvoyée par l'obstacle. Elle n'existe qu'une fois que l'OEM incidente a rencontré l'obstacle.
  • OEM réfractée : cette OEM est celle qui est absorbée par l'obstacle. Elle n'existe qu'une fois que l'OEM incidente a rencontré l'obstacle.

Une OEM a une énergie dont l'unité internationale est le Joule (J). La somme de l'énergie de l'OEM réfléchie et de l'énergie de l'OEM réfractée est égale à l'énergie de l'OEM incidente (idéalement, en négligeant des pertes).

L'analogie du radar avec une lampe torche

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.

Seule la fonction détection est représentée par cette analogie. Pour représenter la fonction télémétrie il faudrait que la personne soit capable de mesurer le temps que met la lumière pour revenir, ce qui est impossible avec une analogie aussi simple.