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A l’heure de l’ouverture du salon international de l’aéronautique et de l’espace au Bourget, voici une innovation qui nous vient (encore une fois, et j’en suis désolé) d’outre-Atlantique. L’idée a beau être simple, le concept est innovant : utiliser du métal liquide pour adapter une antenne unique à différentes fréquences.

Le problème est en particulier celui de l’emport d’une grande quantité d’antennes, chacune étant dévolue à une fonction et à une fréquence. Or sur un aéronef, le poids et l’encombrement sont des facteurs déterminants. Utiliser une antenne unique pour différentes fréquences et différents emplois est donc une solution séduisante. Pour peu qu’une antenne puisse le faire.

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Pour arriver à une telle prouesse, le AFRL (encore lui : le US Air Force Research Lab) a développé le concept d’une antenne remplie de métal liquide, reconfigurable, permettant d’émettre et de recevoir à différentes fréquences, et à différentes orientations.

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Le principe ? Incorporer des canaux avec différents motifs (ci-dessus) dans la structure même de l’avion, dans lesquels le métal liquide est injecté. Ce liquide est en fait constitué de nanoparticules de métal. Il s’agit d’alliages à base de Gallium, ayant le triple avantage d’être conducteurs, non toxiques (à la différence du mercure) et liquides à 30°C. Si on associe le Gallium avec d’autres métaux comme l’Indium, on peut encore abaisser le point de fusion ce qui permet d’avoir une antenne « malléable » à température ambiante. L’image ci-dessous montre la malléabilité d’un tel alliage.

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 L’équipe ayant démontré la viabilité du concept est composée des Drs. Jeff Baur et Michael Durstock « du « Materials and Manufacturing Directorate » et des Dr. Michelle Champion du « AFRL Sensors Directorate » et « Dave Zeppettella » du Aerospace Systems Directorate. Alors qu’une antenne traditionnelle n’opère que dans une fréquence donnée, en fonction de sa position et de sa taille, le métal liquide permet de moduler automatiquement – en théorie – l’antenne, et ses caractéristiques. Une telle antenne peut, en laboratoire, recevoir et émettre dans des fréquences comprises entre 70MHz et 7GHz. Pas mal…

La vidéo ci-dessous, qui date de deux ans, présente le concept.

Dans le domaine qui nous intéresse, le principe a été récemment démontré lors du DoD Lab Day du Pentagone. Et l’idée est de diriger en temps réel le métal à l’intérieur de la structure d’accueil afin d’adapter les fonctionnalités de l’antenne.

Pour aller plus loin, il faut que cette structure d’accueil soit elle-même flexible, de manière à pouvoir la déformer, la tordre ou l’étirer en fonction des caractéristiques souhaitées. Pour ce faire, l’AFRL travaille avec des structures comme NextFlex, spécialisées dans le domaine de l’électronique hybride flexible.

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La plus grande difficulté technique réside dans le contrôle de l’interaction entre le métal liquide et les structures électroniques d’accueil, et dans le fait de se débarrasser des résidus laissés quand le liquide quitte un canal pour être injecté dans un autre – ce qui peut provoquer des interférences.

Les chercheurs considèrent que le prototype de laboratoire a démontré la viabilité du processus, et que les futurs aéronefs pourraient bénéficier d’antennes en métal liquide d’ici 10 ans au maximum. Avec des retombées non prévues, comme par exemple des circuits électroniques à base de métal liquide, capables de s’auto-réparer. Les auteurs de science-fiction (voir Terminator 2) avaient donc du flair…

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A une semaine du SIAE, salon international de l’aéronautique et de l’espace au Bourget, voici un article sur l’aéronautique, dont le sujet n’est pas un avion, mais une véritable légende. Car avant de parler du SR-72, je fais bien évidemment référence au SR-71 « Blackbird », un avion mythique retiré du service depuis 19 ans, mais qui était capable de performances hallucinantes. Vous pouvez d’ailleurs le voir au musée Udvard-Hazy Center de l’aéroport de Dulles, à Washington DC (ci-dessous).

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Cet avion de reconnaissance mis en service en 1968 pouvait en effet voler à 3500 km/h, et à 25 km d’altitude distançant ainsi les missiles sol-air soviétiques de la guerre froide. Muni de deux turbo-statoréacteurs, l’avion était ravitaillé juste après son décollage. En effet, et pour l’anecdote, les réservoirs n’étaient pas remplis au sol, car ils fuyaient de manière intrinsèque. Ce n’est qu’après avoir atteint la vitesse de Mach 3 que les réservoirs devenaient étanches (en raison de la dilatation de la structure de l’avion), permettant ainsi leur remplissage à plein.

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Un avion mythique, donc, que l’US Air Force compte bien remplacer. Son successeur (également sorti de l’imagination de la division SkunkWorks de Lockheed Martin) ? Le SR-72 – bon, pour l’originalité, on repassera. Et son constructeur vient d’en dévoiler quelques caractéristiques.

Le SR-72 sera un avion de reconnaissance et d’attaque, capable d’atteindre… Mach 6 (oui, vous avez bien lu). A cette vitesse, on ne parle plus de supersonique, mais bien d’hypersonique (pour information, le domaine hypersonique débute à Mach 5). Pour ce faire, il sera muni d’un moteur à cycle combiné de type RBCC pour Rocket Based Combined Cycle, a priori conçu par Aerojet Rocketdyne.

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Le principe d’une telle propulsion est de combiner une propulsion à base de fusée, avec un statoréacteur. Pour mémoire, et pour les non spécialistes, je me permets de rappeler qu’un statoréacteur, inventé par le Français René Lorin en 1912, est un tube ouvert dans lequel le carburant injecté se mélange à l’air voyageant à haute vitesse, enflammé grâce à un système d’allumage. Si vous visitez le superbe musée de l’air et de l’espace au Bourget (bon attendez la fin du SIAE si vous voulez être tranquille), vous verrez les avions à statoréacteurs Leduc conçus à partir des travaux de Lorin (ici le Trident).

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Dans un statoréacteur, la poussée est donc produite par les gaz de combustion qui sont expulsés à très haute vitesse dans la tuyère – mais un tel moteur doit, pour pouvoir fonctionner, être déjà en mouvement : impossible de démarrer avec le seul statoréacteur. Le principe du RBCC est donc de déclencher la propulsion fusée pour le décollage, amener l’avion jusqu’à Mach 3 et ensuite déclencher le statoréacteur.

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Dit comme cela, ça a l’air simple, mais pour y parvenir, il faut travailler considérablement sur le design de l’avion, afin d’intégrer le moteur à cycle combiné dans la structure sans risquer de disloquer l’engin, et sans offrir trop de vulnérabilité à la détection radar. En fait, c’est même encore plus complexe, puisque le système envisagé pour un statoréacteur hypersonique serait du type « statomixte » : le statoréacteur serait lui-même combiné à un superstatoréacteur – ne va pas à Mach 6 qui veut. Et cela pose de sérieux problèmes de conception, notamment en ce qui concerne les prises d’air.

Bref, tout cela laissait à penser qu’un démonstrateur de RBCC ne serait disponible qu’autour de 2025/ 2030. Mais la semaine dernière, Rob Weiss, photo ci-dessous, VP de Lockheed Martin, et directeur de Skunkworks (oui, il y a des métiers de rêve) a annoncé à AviationWeek que la technologie était finalement plus mature que prévu, et laissait présager qu’un démonstrateur pouvait être envisagé dès 2018.

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Bon, on ne parle pas d’un démonstrateur complet du SR 72 mais d’un système sans pilote (on comprend pourquoi) de type FRV (Flight Research Vehicle) de la taille d’un F22 Raptor, et muni d’un moteur à cycle combiné. Tout ceci a en fait été rendu possible par un programme de recherche ayant mené au développement d’un démonstrateur de moteur hypersonique au sol, le Air Force/Darpa HTV-3X reusable hypersonic demonstrator.

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Lockheed Martin table donc sur un premier vol du démonstrateur en 2020, suivi par le développement d’une version en taille réelle d’un prototype de SR-72 muni de deux engins RBCC. Celui-ci serait à peu près de la même taille que le SR-71 Blackbird, et pourrait voler avant 2030. La propulsion hypersonique n’est donc plus du domaine de la science-fiction, mais uniquement de la science!

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Pour ceux d’entre vous qui ont vu le film Ocean’s Thirteen, vous vous souvenez peut-être d’une scène dans laquelle un membre de la bande, faux croupier, doit passer au détecteur de mensonges pour se faire recruter. Pour le tromper, il introduit une punaise dans sa chaussure, qu’il presse contre le pied à chaque fois qu’une question gênante est posée. La vive douleur provoquée permet de camoufler la fausse réponse donnée, le polygraphe (détecteur de mensonge) n’y voit que du feu.

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Pure imagination de scénariste ? Non, une bonne connaissance du système nerveux, et une technique appliquée de camouflage des émotions. Car il est complexe de mentir sans se trahir, et certains experts ont fait leur spécialité de démasquer les menteurs par des techniques, outillées ou non, de sciences comportementales appliquées.

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C’est le cas de la société strasbourgeoise OTHELLO, récemment labellisée dans le cadre du programme GENERATE d’accompagnement des start-up innovantes pour le domaine aéroterrestre et de la sécurité lancé par le GICAT, programme dont nous avons déjà parlé (voir cet article).

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OTHELLO est une petite société récemment lancée par deux associés (en 2015) en fédérant les travaux d’une équipe de chercheurs en sciences sociales. Elle dispose d’un réseau d’une dizaine d’experts en sciences comportementales. Dirigée par Camille Srour, photo ci-dessous, un homme à qui il est difficile de mentir (et pour cause), son objectif est de proposer des prestations de services et de conseil dans le domaine des sciences comportementales.

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Mais au-delà de l’expertise incontestable de ses dirigeants, la société développe également des technologies d’automatisation de mesure des comportements verbaux, paraverbaux et non verbaux – en particulier, la via mesure automatique des expressions faciales d’émotions sur une vidéo.

Car notre expression nous trahit. Déjà, le célèbre psychologue américain Paul Ekman avait répertorié plus de 10 000 mimiques faciales universelles trahissant nos émotions. Ces micro-expressions, durant en moyenne 0.25 sec, sont caractéristiques, et peuvent être exploitées pour déterminer l’état de la personne examinée. C’est d’ailleurs le fondement d’une discipline appelée « mentalisme » dans laquelle certains magiciens (qui sont en fait des experts entraînés en sciences comportementales) devinent le nombre, le mot ou la carte que vous avez choisie. Pour ma part, j’aime bien les spectacles de Fabien Olicard : si vous voulez vous détendre un peu, voici un extrait de ce qu’il est possible de faire en utilisant cette technique.

Mais revenons à OTHELLO. La société s’est fait une spécialité de détecter, qualifier et mesurer les comportements. Pour cela, elle s’appuie sur une méthodologie éprouvée et surtout validée scientifiquement. Elle a mis également en place des outils, comme le montre l’image ci-dessous présentant l’analyse automatique des expressions non verbales (détection des émotions).

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Et OTHELLO a appliqué notamment cette approche durant la campagne présidentielle, non seulement en analysant les postures et gestes des candidats eux-mêmes, mais aussi en mesurant les émotions d’un panel de 211 électeurs. Leurs expressions faciales ont ainsi été enregistrées seconde par seconde via leurs webcams pendant qu’ils regardaient des extraits des 5 principaux candidats (E. Macron, M. Le Pen, F. Fillon, J-L . Mélenchon et B. Hamon). Car les fondateurs du groupe OTHELLO sont certifiés FACS (Facial action coding system) et ont appliqué cette méthode (définie par Paul Ekman) entre autres outils pour déterminer automatiquement les contractions ou décontractions du visage et émotions associées. Ils utilisent également les analyses de Daniel Kahneman, prix Nobel 2002.

Le résultat est bluffant : après le premier tour, les experts ont montré (scientifiquement) qu’Emmanuel Macron semblait être le seul candidat à susciter un vote enthousiaste, tandis que le vote Marine Le Pen demeurait un vote contestataire.

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OTHELLO était également présente lors du dernier salon SOFINS, car dans le domaine de la défense et de la sécurité, les techniques employées sont bien évidemment critiques. Ainsi, on pourrait imaginer détecter automatiquement des informations utiles pour un service de renseignement, en analysant des informations en source ouverte, images, vidéos, sons et en utilisant les techniques précédemment énoncées. Celles-ci ne se limitent pas à l’image ou à l’analyse des émotions : en fusionnant l’analyse de données multiples, il s’agit de pouvoir extraire de l’information sémantique utile.

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Cela pose donc les jalons d’une plate-forme d’analyse de données multi-sources, utilisant des techniques d’analyse comportementale évoluées. Bon, je ne rentre pas dans le détail des premières idées d’applications, pour des raisons évidentes.

Au-delà, il est intéressant d’utiliser ces techniques afin de former agents aux méthodes scientifiques de Détection du mensonge en entretien – c’est l’une des spécialités d’OTHELLO. Une autre idée: l’aide à la négociation en situation de crise, afin d’avoir une évaluation fine de l’état mental de la personne avec qui on négocie.

La proposition de valeur de la société? Construire des modèles statistiques d’aide à la décision, spécifiquement adaptés à chaque situation de terrain, et permettant de distinguer mensonge et vérité à des taux supérieurs à 75%. Pas mal…

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Et notre polygraphe peut-il être trompé comme dans la scène du film Ocean’s 13 ? Eh bien oui, car la douleur, comme d’autres effets physiologiques, semblent jouer un rôle dans l’inhibition des manifestations externes du mensonge. Dans le blog de l’équipe d’OTHELLO, on découvre par exemple qu’une étude a démontré que le fait d’avoir envie d’uriner aiderait à mentir plus efficacement. C’est un effet baptisé ISE pour Inhibitory-Spillover-Effect : réprimer son envie pressante permettrait d’inhiber la tendance naturelle à dire la vérité, les zones cérébrales concernées par les deux effets étant partagées (notamment dans le cortex préfrontal et le cortex cingulaire antérieur). Une technique à utiliser avec modération, bien évidemment…

 

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Pour cet article, je vous propose de nous intéresser un peu à ce que l’on appelle la « souveraineté numérique ». Imaginons : nous sommes en 2023, et une crise économique et diplomatique majeure s’installe avec une puissance étrangère fictive que l’on appellera, pour l’illustration, la Trumpdavie (ce n’est qu’un exemple!). Du jour au lendemain, tous les comptes Gogolmail (sic), tous les carnets d’adresse Outlouque (re-sic), bref toute l’identité numérique du citoyen français est exploitée par le complexe militaro-industriel de Trumpdavie. Les données de géolocalisation de chaque individu sont décortiquées et recoupées, ainsi que celles de tous ses contacts. Des photos sont dévoilées, des emails sont analysés, des identités révélées et d’innombrables comptes bancaires piratés. Les sociétés transnationales, en liaison avec la National Supremacy Agency (oui oui, la NSA) de Trumpdavie sont chargées de déposséder les citoyens français de leur identité numérique. Sans compter les services régaliens, comme la distribution d’énergie, les transports, les télécommunications, instantanément destabilisés.

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Fiction ? Non, selon Pierre Bellanger (ci-dessus), patron atypique, enthousiaste, libre penseur et président de la radio Skyrock, que j’ai récemment rencontré et qui a publié un livre sur le sujet de la souveraineté numérique. Parmi ses idées : créer un commissariat à la souveraineté numérique, développer des voies de cryptographie permettant en France de créer une « frontière du chiffrement », développer un système d’exploitation souverain, un socle permettant à l’écosystème numérique français de garantir son indépendance, et préserver les données personnelles.

Selon lui : « quand un individu donne accès à son carnet d’adresse, il fournit des informations sur lui-même, mais aussi sur d’autres sans que ces autres en soient informés et bien sûr sans qu’ils aient donné leur autorisation ».

D’où son idée disruptive : développer un système de messagerie sécurisée, et sans carnet d’adresse ! Bizarre dites-vous ? Eh bien c’est chose faite aujourd’hui : avec Jérôme Aguesse, directeur général adjoint du pôle numérique de Skyrock et pilote du projet, il lance son application gratuite Skred.

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Développée par une société nommée CASCADIA, Skred est en effet une messagerie libre, cryptée, et surtout…sans carnet d’adresse!  L’idée est astucieuse : au lieu de stocker des contacts (le sujet A stocke l’adresse de son contact B), ce ne sont que les liens qui sont stockés (le lien AB) et cela uniquement en association avec les terminaux doivent communiquer entre eux.

Cela crée une relation anonyme, unique et sécurisée avec chacun des contacts. Seuls les deux participants à cette relation peuvent échanger entre eux et personne d’autre…Les échanges sont chiffrés de bout en bout et de mobile à mobile, sans être stockés sur aucun serveur. Les technologies de chiffrement sont open source et reprises des travaux des hackers et citoyens activistes du Guardian Project, une initiative créée en 2009, visant à conférer un degré de protection accru pour les échanges privés sur les messageries Android.

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L’origine du projet ? Des discussions et collaborations entre les fondateurs, et l’INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et Automatique), qui a notamment développé la technologie TwinLife, dont l’idée est d’éviter de divulguer son identité numérique, facilement « capturable », et au contraire, de valoriser le lien, le contact avec son interlocuteur. Dans Skred, le terminal est associé au lien entre l’utilisateur et ses « contacts ». Pour créer ce lien, on utilise un « Skredcode » que l’on peut partager à d’autres personnes directement à proximité en le faisant scanner comme un QR-Code via la caméra du smartphone, ou que l’on peut envoyer sous forme de lien d’invitation par mail, SMS, etc.

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Le système est crypté de bout en bout, il utilise la technologie WebRTC, et permet les conversations en voix, données et vidéo de manière anonyme et sécurisée avec tous les contacts, sachant que seuls les deux participants à cette relation peuvent échanger entre eux, personne d’autre ne pouvant intercepter cet échange. D’ailleurs, le contenu des échanges n’est pas stocké sur les serveurs de Skred : ce sont les mobiles des deux interlocuteurs qui se connectent pour échanger le message, l’application se bornant à notifier le destinataire qu’un message est disponible.

De plus, si vous effacez un message sur Skred, il s’efface aussi dans le mobile de votre correspondant. Bien évidemment, pas besoin de carte SIM dédiée: Skred s’adapte au réseau auquel il a accès – on peut ainsi accéder à Skred via une simple connexion wifi. La vidéo de présentation est disponible ici :

Mais cela va plus loin : en effet, Skred permet de créer des relations à différents « niveaux » de profondeur. On appelle cela le Skredboard. Comme le disent les concepteurs « le Skredboard permet de créer de nouveaux profils invisibles depuis vos premiers profils et dont l’accès est protégé par un code que vous définissez. Les contacts que vous ajoutez ensuite sont également protégés et ne peuvent vous contacter ou être contactés que lorsque vous activez votre niveau par son code. »

On peut voir cela comme des « univers parallèles », qui permettent chacun d’entrer en relation avec les liaisons qui sont associées à un niveau de profondeur donné. Et il peut y avoir beaucoup de niveaux. Autrement dit (et j’essaie de simplifier l’explication, ce qui n’est pas évident) : si l’on se fait dérober son terminal : (1) le voleur n’a pas accès à l’identité ou aux coordonnées de chaque relation, il est juste capable de rentrer en relation sauf si le vol est signalé – donc pas de capture du carnet d’adresse puisque ce dernier n’existe pas (2) il n’a accès qu’aux relations d’un niveau donné, sans savoir combien de niveaux relationnels sont présents, et à quelle profondeur ils sont accessibles.

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Personnellement je trouve que Skred est une application intéressante et élégante, reposant sur un concept innovant, et qui pose les bases d’une messagerie sécurisée et « impiratable ». Bon, et si des terroristes utilisaient, comme Telegram, Skred pour communiquer sans être identifiés ? Disons que le cas est prévu, que les concepteurs sont patriotes et responsables, et qu’ils appliquent strictement la loi républicaine. Skred applique le droit français – c’est déjà bien plus que les autres applications de messagerie existantes.

Si vous voulez vous faire une idée, Skred est disponible gratuitement sur iOS et Android, et téléchargeable sur http://skred.mobi

 

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Vous vous souvenez sans doute, il y a quelques semaines, du largage en Afghanistan par l’US Air Force de la bombe GBU-43/B Massive Ordnance Air Blast – ou MOAB (aussitôt surnommée Mother Of All Bombs et même « Frankenbomb »). Il s’agit de la plus puissante bombe non nucléaire disponible dans l’arsenal américain : une bombe de 9800 kg, contenant plus de 8400 kg d’explosifs H6, soit un équivalent de 11 tonnes de TNT, pour un prix modique de 16 millions de dollars par unité.

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La vidéo ci-dessous montre le largage du monstre, effectué le 12 avril dernier, contre un complexe de l’état islamique en Afghanistan.

L’US Air Force a récemment annoncé travailler sur une « mini-MOAB », avec la volonté de développer une bombe plus petite, et avec effet de souffle sélectif. Explications.

L’idée est en fait d’avoir, avec une même bombe, la possibilité d’avoir un effet de souffle restreint ou plus large. On rappelle qu’une bombe de type « airburst » est conçue pour exploser à quelques mètres du sol et non à l’impact. Guidée par GPS, sa trajectoire de chute est contrôlée par une centrale inertielle avec une précision à l’impact de 8m. Pas très discriminant, mais comme le disait l’autre « elle détruit tout, y compris ce qui est visé » ( !).

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La hauteur de l’effet de souffle peut être contrôlée ; l’avantage est que cette hauteur est directement liée à la puissance destructrice de la bombe, notamment car l’onde de choc est réfléchie par la surface. L’image ci-dessous illustre le concept.

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Si l’on désolidarise le détonateur de l’enveloppe de la bombe elle-même, on peut distribuer différents détonateurs sur la bombe, afin de pouvoir contrôler les modalités de la mise à feu lorsque cette dernière approche sa cible. Ce faisant, l’onde de choc est contrôlée et modulée en fonction de ce qui est souhaité. Cela permet également d’améliorer la résilience de l’arme, en disposant de plusieurs détonateurs redondants.

Mais distribuer de tels détonateurs n’est pas évident en utilisant des techniques conventionnelles de fabrication. C’est notamment pour cette raison que les ingénieurs de l’Air Force Research Lab ont imaginé pouvoir utiliser des techniques de fabrication additive (impression 3D) pour concevoir cette bombe. Ils viennent de dévoiler un prototype à l’échelle 1 :7 lors de la journée « Department of Defence Lab Day » organisée au Pentagone.

L’impression 3D permet de concevoir des prototypes de détonateurs externes modulaires, qui sont intégrés au sein de la bombe – c’est l’image ci-dessous. C’est donc l’illustration du concept de bombe à effet de souffle sélectif.

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On pourrait dire que ce prototypage peut être réalisé sans utiliser de techniques de fabrication additive. C’est exact, mais la réflexion de l’US AFRL va plus loin, et cette fois-ci, l’impression 3D se révèle indispensable. C’est une question de poids et d’efficacité.

L’enveloppe externe en aluminium d’une bombe airburst classique comme la MOAB, bien que fine, a une épaisseur d’environ 5 cm. Cela a pour effet de générer de très nombreux débris, mais également de limiter la taille de l’explosion. Pour diminuer cette enveloppe, l’idée est de conserver une intégrité structurelle en répartissant le poids de l’enveloppe jusqu’à l’intérieur de la bombe elle-même. Pour ce faire, des pièces spécifiques en acier sont conçues via impression 3D. Ressemblant aux traverses de la tour Eiffel, l’idée est d’alléger au maximum la structure en intégrant des renforts jusqu’au cœur de la bombe (image ci-dessous).

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L’idée est également de rendre la bombe plus compacte, et plus adaptée aux systèmes d’emport des avions modernes, avec souvent l’existence d’une trappe à munitions.

On voit ainsi la généralisation des techniques de fabrication additive, avec des technologies qui permettent aujourd’hui (même si dans le cas présenté il s’agit essentiellement d’un prototype) des gains en termes de poids, l’optimisation de structures, la conception d’équipements plus compacts, et surtout l’émergence de nouveaux concepts (comme ici la modulation de l’effet de souffle).

Publication repoussée

Publié: 23 mai 2017 dans Non classé

Par respect pour les victimes du drame de Manchester, la publication du prochain article sur ce blog est repoussée à demain mercredi 24 mai.

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Note préliminaire : étant directement impliqué dans le Hackaton Marine Nationale qui vient de s’achever, je prie mes lecteurs de m’excuser pour le rythme ralenti de publication de ces derniers jours : mon travail m’occupant la journée, et le Hackaton mes nuits (en tant qu’officier de réserve), il m’était difficile de poursuivre intensément toutes mes autres activités.  

Nous avions déjà parlé de l’ordinateur quantique et de ses implications pour le monde de la défense (voir par exemple cet article). La société IBM annonce d’ailleurs avoir développé et déployé deux nouveaux ordinateurs quantiques à 16 et 17 qbits, au sein de son centre de recherche Q Lab (ci-dessous), un progrès significatif dans la mesure où leur prédécesseur ne comportait que 5 qbits.

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L’ordinateur quantique est l’une des révolutions portées par un nouveau domaine, l’informatique moléculaire (molecular informatics en anglais). Comme son nom l’indique, il s’agit de stocker et de traiter l’information en se fondant sur les propriétés des molécules, au lieu d’utiliser le silicium. Il s’agit d’un nouveau champ de recherche, mêlant informatique, chimie, mathématiques et ingénierie.

L’idée en soi n’est pas nouvelle ; elle consiste à utiliser les propriétés des molécules : charge, structure, volume, polarité… pour concevoir de nouveaux modèles de calcul et de stockage, allant bien au-delà des capacités des machines traditionnelles. Plusieurs expérimentations sont en cours depuis longtemps. Ainsi, on connaît les puces « à ADN » (à ne pas confondre avec les DNA Chips, des dispositifs de biologie moléculaire), qui ont vu le jour en 1994. Inventé par un chercheur, Leonard Adleman, le principe repose sur les propriétés de la molécule d’ADN. Il s’agit de coder un problème non avec des 0 et des 1 mais en utilisant les quatre constituant fondamentaux (bases) de l’ADN : la Cytosine, la Guanine, la Thymine et l’Adénine (oui, je suis biologiste au départ). En gros, on code un problème en utilisant des séquences A,T,G,C dans une molécule d’ADN. Juste pour rappeler :  les bases A se lient aux T, les G se lient aux C ; cette propriété permet d’hybrider deux molécules d’ADN, ou d’en lier certaines séquences.

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En utilisant ce principe, on peut trouver une solution à un problème de recherche combinatoire (en utilisant toutes les combinaisons de molécules, et leur hybridation, ce qui réalise, en quelque sorte, un ordinateur parallèle), mais on peut également créer des « portes logiques » (des « aiguillages logiques », à la base de l’informatique, comme ET, OU, XOR…) en se reposant sur les liaisons entre molécules d’ADN. Je ne rentre pas dans les détails, voici par exemple un article expliquant le principe, dans des termes assez simples.

L’intérêt, c’est de pouvoir, dans un volume très réduit, disposer de millions de milliards de molécules, constituant ainsi un ordinateur parallèle extrêmement compact. Cela permet donc de pouvoir, en théorie, traiter des problèmes complexes : optimisation combinatoire, apprentissage, analyse de signal ou d’image, etc… Bien évidemment, si cela fonctionnait aujourd’hui, cela se saurait. Les limitations sont dues à la complexité – et à la lenteur – de cette technologie. C’est pourquoi ce champ de recherche est resté « en friche » depuis deux décennies.

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Ce qui explique l’explosion du domaine aujourd’hui, c’est que le volume et la complexité des données devant être traitées et stockées (« Big Data ») mène les architectures informatiques classiques à leurs limites. Il devient donc urgent de trouver des moyens efficaces de traiter l’information, mais aussi de la stocker. L’informatique moléculaire répond à ces deux impératifs.

Reprenons notre exemple de l’ordinateur à ADN. Des chercheurs de l’université de Manchester ont montré qu’il était extrêmement intéressant dans le domaine du stockage de l’information, grâce à sa propriété d’auto-réplication. Là aussi, simplifions : un gramme d’ADN peut stocker l’équivalent d’un Téraoctet d’informations. Mais surtout, l’ADN peut s’auto-répliquer. On a donc l’équivalent d’un disque dur capable d’augmenter sa capacité en cas de besoin. Cette propriété d’auto-réplication peut d’ailleurs être également utilisée en termes de calcul, pour explorer deux voies de recherche à la fois.

Imaginez donc les implications : des ordinateurs parallèles et des bases de données gigantesques tenant dans un volume extraordinairement compact. Bon, le souci c’est notamment le prix : l’ADN doit être synthétisé et cela coûte cher. On estime que le stockage d’1 MB en utilisant l’ADN coûterait aujourd’hui entre 10000 et 15000 EUR.

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Il y a donc de nombreux défis inhérents à la technique de l’informatique moléculaire. Mais le domaine est en plein développement, qu’il s’agisse d’élaborer des mélanges moléculaires complexes pour le calcul, de développer des portes logiques biomoléculaires, ou de synthétiser de nouveaux polymères (la liste n’est pas exhaustive). Par exemple, les molécules polyoxométalates (POM) – ci-dessus- peuvent agir comme des nœuds de stockage permettant de créer des mémoires Flash à l’échelle nanométrique.

Pour développer le domaine, il faut, en particulier, dépasser les limitations de l’ordinateur à ADN, qui nécessite d’utiliser un ordinateur traditionnel pour récupérer et traiter l’information, ralentissant donc singulièrement le processus, et diminuant l’intérêt du système.

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C’est pourquoi la DARPA vient de lancer un appel à propositions, afin d’identifier des programmes et pistes de recherche permettant de lever ces limitations. Car l’implication pour le monde de la défense est considérable, dans des domaines comme le traitement d’images pour la reconnaissance, la guerre électronique, le renseignement SIGINT, le traitement des données sur le théâtre d’opérations, etc.

La première phase (18 mois) du programme de la DARPA consistera à élaborer des stratégies de codage de l’information et de calcul en informatique moléculaire. La seconde phase (de 18 mois également) consistera à intégrer et démontrer la pertinence de ces stratégies en codant et en traitant de gros volumes de données. Le défi ? Démontrer la capacité de traiter et stocker 1 GB de données en utilisant un système biomoléculaire d’une densité de 1018 octets par mm3 !

Pour les lecteurs intéressés, l’appel à propositions de la DARPA peut être trouvé ici. Vous avez jusqu’au 12 juin, donc bon courage 🙂