II.B. Les matériaux utilisés pour la furtivité

  Les matériaux RAM (pour Radar Absorbent Materials, en français Matériaux Absorbants les Ondes Radars) ont été utilisés après l’avènement du radar. Un des premiers avions ayant bénéficié des ancêtres des matériaux RAM fut le Mosquito D.H.98, qui a été en grande partie construit en bois et était par conséquent mal détecté des radars Allemands pendant la 2° guerre Mondiale.

  Durant la guerre Froide, le contexte à entrainé des études poussées sur la furtivité  mais très peu d’avions ne sortiront des usines. Ce n’est que vers la fin de la guerre Froide (années 1980) que les premiers avions furtifs utilisant des RAM verront le jour, c’est le cas, notamment des très connus F-117, SR-71 et B-2 de l’USAAF.

Introduction aux ARM :

  Une onde électromagnétique (de radar donc) possède une énergie. Cette énergie doit être transformée afin d’être renvoyée sous une autre forme, dans le cas de la furtivité, principalement en chaleur. Sous cette autre forme, l’onde disparaîtra.

  Afin d’illustrer ceci, nous allons utiliser l’exemple du four à micro-onde. Dans celui-ci les ondes électromagnétiques (appelées micro-ondes) émises par un émetteur pénètrent dans la nourriture et entrent en interaction avec les molécules d'eau présentes. Les molécules d'eau sont polarisées, elles possèdent une charge positive (δ+) pour les deux atomes d'hydrogène et deux charges négatives pour l'atome d'oxygène (2δ-).

  Du fait de cette polarisation, la molécule d'eau a tendance à essayer de suivre les variations du champ électrique de l'onde électromagnétique en s’orientant chaque fois dans la même direction que ce champ. Ces variations sont très rapides et par conséquent, les molécules d'eau se mettent à vibrer et s’agiter  rapidement, et s'échauffent. Au contact des molécules d’eau (qui sont donc chauffées) les autres molécules composant l’aliment sont chauffées. 
  Par conséquent, tout ce qui ne contient pas de molécule d’eau (H20) dans un Micro-onde n’est pas chauffé.  
  Lors de la traversée des aliments par les micro-ondes, seulement une partie de celles-ci se transforme en chaleur. L’autre partie se réfléchit sur une paroi du micro-onde et est renvoyée vers les aliments dans lesquels elles refont un passage, et reperdent donc une partie qui se transforme en chaleur. Et ainsi de suite, jusqu’à ce que toutes les ondes soient transformées en chaleur.

  La perte d’une partie des ondes à micro-ondes à chaque passage est symbolisée par l’éclaircissement du trait (rouge/orange/jaune).

Les types d’ARM :

Différents types de matériaux absorbants les ondes (ARM) sont utilisés pour la furtivité. Nous présentons ici les deux matériaux les plus couramment utilisés dans la furtivité.

1. Les matériaux « quart d’onde » :


  Les matériaux « quart d’onde » (du fait de leur épaisseur égale au quart de la longueur d’onde émise par le radar) sont des revêtements appliqués à certains endroits de la surface de l’avion. Ce revêtement est composé de deux matériaux/miroir, le premier (le revêtement) partiellement réfléchissant renvoie la moitié des ondes reçus, le deuxième (la carcasse), totalement réfléchissant renvoie le reste de ces ondes, soi la deuxième moitié : ces deux matériaux sont séparés par une distance équivalente au quart de la longueur d’onde émise par le radar. Il y a donc réflexion des deux ondes qui se trouvent alors en opposition de phase et par conséquent s’annulent en s’additionnant. Ceci est normal, puisque l'onde qui se réfléchit sur la carcasse parcourt la distance d'un quart de longueur d'onde émise par le radar à l'aller comme au retour. Elle parcourt donc deux fois la distance (d’un quart de la longueur de l’onde), soit ½ de la longueur d’onde émise.

  Le seul problème de cette technique est qu’elle fonctionne pour une seule longueur d’onde bien précise et l’efficacité du revêtement diminue d’autant plus que la longueur de l’onde réfléchie est différente de la longueur à laquelle le revêtement est conçu. Et les fréquences et longueurs d’ondes des radars de surveillance aérienne sont nombreuses et variées. Certains radars (le radar de l’A.W.A.C.S. par exemple) changent même continuellement leur fréquence d'émission.
 

 2. Les matériaux absorbants:

  Le matériau transforme les ondes radar en infrarouge, énergie thermique ou magnétique, cela afin que l’onde arrivant sur l’avion ne soit pas réfléchie. Ces matériaux sont constitués de carbone, de résine, de caoutchouc, d’époxy, de céramique, de silicone ou encore de polyuréthane. Dans ces matières sont noyées différentes substances qui vont, soit modifier la fréquence de l’onde (ferrites), soit modifier sa nature : en la changeant en chaleur (caoutchouc synthétique), en la transformant en onde magnétique (matériaux ayant une grande permittivité magnétique comme le fer ou l’oxyde de fer), ou encore en piégeant l’onde/la renvoyant vers l’intérieur de l’avion plutôt que vers le récepteur (fibres de carbones, particules de ferrites, nida). D'autres genres de substances absorbantes ou ne réfléchissant pas les ondes envoyées par les radars sont à l’étude. La plasma stealth  (en français « furtivité à plasma ») a été le plus souvent citée, notamment grâce à ses propriétés d’absorbance des ondes (gaz ionisé : plasma). Mais, bien qu’en théorie il est faisable d’appliquer cette  matière sur un avion afin de réduire sa SER, ce matériau est en pratique très difficile à appliquer (bien que les Russes parlent de les utiliser sur les Mig-1.42 et Sukhoï Su-47).

Bleu : onde émise par le radar.

Rose : onde réfléchie par la paroi réfléchissante.

  C'est à partir de substances de ce genre que seront fabriquées les couches enrobant la coque des avions furtifs, et capables d'absorber les ondes radars. Ces revêtements sont appliqués sur les armatures susceptibles de recevoir le plus d’ondes  (rayonnement électromagnétique) ainsi que les parois réfléchissantes comme le bord d'attaque des ailes, dérive, aileron, les entrées d’airs des réacteurs, etc… . Les ondes qui ne seront pas absorbées seront diffusées dans d’autres directions que celle du radar grâce à la morphologie de l’avion. Ces revêtements seront plus particulièrement appliqués sur les zones ne bénéficiant pas du système à « facette »  à cause des raisons aérodynamiques par exemple, seulement les matériaux absorbants assureront la furtivité à ces endroits là.

  Les ARM absorbent plus de 90% de l’énergie électromagnétique  (ondes radars)  reçu par l’avion et, additionné à une configuration « à facette » de l’avion, la signature radar de celui-ci sera 100 fois inférieure à celle d’un avion ne bénéficiant pas des ARM et de la configuration à facette.

  Si un avion est équipé d’une structure de lamelles de genre polyuréthane/époxy/silicone/etc. l’absorption des ondes radars sera de 80%, et les 90% de ces ondes seront piégés et par conséquent, seulement 2,5% de l’onde reçu sera réfléchie par l’appareil.

  Ces matériaux absorbants les ondes sont très pratiques et complètent bien le mode « à facette » de l’avion mais néanmoins coûtent très cher et sont relativement fragiles.