La recherche du vol 370 de Malaysia Airlines disparu ce mois-ci a soulevé de nombreuses questions sur la façon dont les avions sont suivis.

L’un des principaux moyens de suivre la position des avions est le radar, un système qui a évolué avant la Seconde Guerre mondiale et qui a été constamment perfectionné depuis, explique le Dr Graham Brooker, ingénieur radar à la School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering de l’Université de Sydney.

Le mot RADAR est un acronyme pour Radio Detection And Ranging, et dans sa forme la plus simple, il se compose d’un signal radio transmis dirigé par une antenne dans une direction particulière, et d’un récepteur qui détecte les échos de tous les objets sur le trajet du signal, dit-il.

L’émetteur se compose d’un circuit électronique qui oscille à une fréquence spécifique, généralement beaucoup plus élevée que les fréquences utilisées pour les émissions de radio ou de télévision, explique Brooker.

Ce signal est émis par de courtes rafales d’énergie électromagnétique, appelées impulsions, à travers l’antenne qui produit un faisceau étroit comme celui d’une torche.

« Le radar permet de déterminer la direction vers un objet, généralement appelé cible, en fonction de la direction de l’antenne », explique Brooker.

La distance à la cible est déterminée à partir du temps écoulé entre la transmission de l’impulsion et la réception de l’écho. Cela peut être déterminé avec précision car le signal radar se déplace à la vitesse de la lumière, qui est constante.

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Contrôle de la circulation aérienne

Pour les radars de contrôle de la circulation aérienne, le faisceau a la forme d’un ventilateur, étroit dans le sens horizontal et large dans le sens vertical, pour accueillir des avions de haut vol.

Ce faisceau balaye en cercle une fois toutes les deux ou trois secondes et les échos sont affichés sur un affichage circulaire appelé indicateur de position du plan.

Le contrôleur de la circulation aérienne — ou un ordinateur — peut suivre les échos ou « blips » sur l’écran pour déterminer où se dirige l’avion. C’est ce qu’on appelle le radar primaire.

« Le radar primaire est rarement utilisé isolément car il y a trop d’avions dans le ciel », explique Brooker.

« De nos jours, un radar secondaire est également utilisé, dans lequel une séquence d’impulsions codée est envoyée à l’avion et un transpondeur sur l’avion génère un retour codé, contenant beaucoup d’informations sur l’avion. Cela s’appelait autrefois ami ou ennemi d’identification, ou IFF. »

Les contrôleurs aériens utilisent principalement un radar secondaire pour suivre les avions commerciaux et n’utilisent un radar réel que dans le cas où les transpondeurs ne sont pas montés, sont éteints ou cassés.

« Il y a quelques décennies, un jeune homme a volé un avion léger à mi-chemin des États-Unis sans être détecté car les contrôleurs aériens avaient leurs radars principaux éteints ou pensaient que son écho provenait d’un troupeau d’oiseaux », explique Brooker.

Si le transpondeur de l’avion est éteint, il peut être difficile d’identifier lequel des nombreux « blips » du radar primaire sur l’affichage du contrôle de la circulation aérienne correspond à l’avion qui vous intéresse, explique Brooker.

« C’est peut-être la raison pour laquelle le transpondeur du vol 370 a apparemment été éteint à la portée où le transfert a eu lieu d’un contrôle de la circulation aérienne à un autre.

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Limites au radar

La plupart des gens auront entendu l’expression « voler sous le radar « . Ceci est nommé d’après un véritable phénomène, explique le Dr Brooker.

« Elle est causée par l’interaction du faisceau radar avec le sol, ce qui a pour conséquence que le faisceau « se détache » de l’horizon. Si un avion vole assez bas, le faisceau l’éclaire à peine et la portée à laquelle il peut être vu est limitée. »

Il existe également des limites à la distance sur laquelle le radar peut être utilisé. Le principal problème du radar pour le fonctionnement à longue distance est le fait que la quantité d’énergie requise pour envoyer et recevoir le signal dépend de la distance à l’avion portée à la puissance de quatre, explique Brooker.

« Par conséquent, si vous souhaitez doubler la portée à laquelle vous pouvez détecter un avion, la quantité de puissance transmise doit être multipliée par 16. »

Les radars typiques utilisés pour suivre les avions jusqu’à une portée de 100 kilomètres ou plus transmettent des puissances de crête dans les mégawatts. Cependant, l’impulsion transmise est courte, typiquement une micro seconde environ, et elles ne se produisent que quelques centaines de fois par seconde, de sorte que la puissance moyenne est assez faible.

Pour un fonctionnement à très longue portée, la puissance de crête requise pour émettre les impulsions radar devient prohibitive.

Cela a abouti au développement d’innovations telles que des réseaux de phase constitués d’un grand nombre d’émetteurs et de récepteurs plus petits sur une surface plane fonctionnant à l’unisson et en compression d’impulsions, ce qui permet de générer des impulsions codées plus longues et de faible puissance tout en maintenant une bonne précision de portée.

Une autre limitation du radar à longue portée est causée par l’atténuation dans l’atmosphère — même en air clair, mais pire sous la pluie. Ceci est inversement lié à la longueur d’onde du signal, de sorte que les radars à longue portée fonctionnent à basse fréquence.

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Se cachant du radar

Les ondes électromagnétiques  » rebondissent » sur des objets qui conduisent l’électricité, de sorte que les avions à l’ancienne fabriqués à partir de bois et de toile ne produisaient pas de gros échos radar, explique Brooker. Il en va de même pour les avions modernes fabriqués à partir de composites en fibre de carbone. Les avions à peau d’aluminium constituent les meilleures cibles.

« La forme de l’avion est également importante, et les avions métalliques fabriqués à partir de plaques planes, d’angles vifs et d’arêtes produisent généralement de forts échos, donc si vous voulez rendre un avion invisible, vous pouvez le faire à partir de plaques planes ou de facettes alignées de telle sorte que les signaux radar se réfléchissent loin du récepteur. L’avion d’attaque furtif F-117 en est un exemple. »

Alternativement, les avions peuvent être fabriqués sans angle droit, de sorte que les ailes sont mélangées dans le corps et que les caractéristiques externes sont éliminées. Fabriquer une peau d’avion qui absorbe l’énergie radar à l’aide de « matériaux absorbants radar » est une autre méthode pour minimiser la taille de l’écho, dit-il.

« Le bombardier furtif B-2 est probablement à la pointe de la technologie, qui utilise la plupart de ces techniques et fournit un écho à peu près aussi grand que celui produit par un bourdon. »

Dr Graham Brooker ingénieur radar à la School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering de l’Université de Sydney. Il a été interviewé par Stephen Pincock.