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Pour une fois, et cela fait plaisir, je fais un focus sur de l’innovation qui n’est pas originaire d’outre-Atlantique. Au passage, je rappelle que ce fort tropisme américain n’est en rien une volonté ou un parti-pris de ce blog, mais bien une conséquence des budgets impressionnants de R&D de défense dont disposent nos amis américains. Snif.

Lors d’une visite organisée avec le GICAT (Groupement des Industries de Défense et de Sécurité terrestres et aéroterrestres) et son équivalent allemand, le BDSV (Bundesverband der Deutschen Sicherheits- und Verteidigungsindustrie) – voir photo ci-après – j’ai pu constater de visu la grande qualité des réalisations technologiques de l’ISL.

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Rappelons que l’ISL (Institut Saint-Louis) est la plus ancienne coopération franco-allemande en matière de défense (elle hérite du LRSL créé en 1945, la création de l’ISL dans sa forme actuelle datant de 1959). L’ISL est une initiative conjointe de recherche franco-allemande, un schéma original et innovant, qui permet à cette institution de conduire des projets de recherche fondamentale, mais allant jusqu’à développer des innovations et de la recherche finalisée au profit des opérationnels.

Il fallait bien choisir un sujet parmi tous les projets de l’ISL. Donc, au menu pour cet article : les armes nouvelles, et en particulier les lasers et canons  électromagnétiques.

J’avais déjà mentionné à plusieurs reprises dans ce blog (voir par exemple cet article ) les armes à énergie dirigée, et en particulier les lasers. L’ISL travaille intensément dans le domaine, l’objectif des travaux réalisés par l’Institut étant de confirmer à la fois la faisabilité technique, et les bénéfices opérationnels escomptés pour ce nouveau type d’armes.

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En l’occurrence, la question posée est d’identifier une source pour une future arme laser. Or l’exercice est loin d’être simple. En premier lieu, la puissance doit être au minimum de 100kW moyens, pendant quelques secondes. Il est en effet irréaliste de devoir maintenir trop longtemps un faisceau sur une cible, faute de puissance.

Mais la difficulté ne s’arrête pas là : les chercheurs ont en effet un autre objectif, dont on parle peu : la sécurité oculaire. Car une arme laser, c’est potentiellement quelque chose qui peut à la fois blesser son utilisateur, et occasionner des dommages collatéraux importants. Le laser ne s’arrête pas au bout de quelques mètres : il peut parcourir des centaines de kilomètres et mettre en danger la population. Sans compter que les conventions internationales sont strictes : toute arme potentiellement aveuglante doit respecter le protocole de la Convention de Vienne (1980).

L’ISL a donc entrepris des travaux de recherche en 2006 pour trouver une source laser opérationnellement acceptable pour cette future arme laser. Ces travaux ont mené au développement d’un premier démonstrateur baptisé MELIAS II, en 2010, respectant ces contraintes. Il s’agit d’un laser de 5kW, dont j’ai pu assister à un tir impressionnant. Impressionnant car la plaque de bois a été perforée immédiatement (10 ms), et impressionnant car nous n’avions pas besoin de porter de lunettes : ce laser émet en effet à des longueurs d’ondes non dangereuses pour l’œil humain (supérieures à 1,4 micromètres). C’est ce que l’on appelle le domaine spectral à sécurité oculaire (en l’occurrence, l’acronyme MELIAS signifie Medium Energy Laser In the eye-sAfe Spectral domain).

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Depuis MELIAS II, l’ISL a développé MELIAS II+, actuellement en fin de montage. C’est un laser Er3+ YAG (Erbium-doped yttrium aluminium garnet laser) à capacité thermique, compact, simple d’emploi et à sécurité oculaire dont la puissance est aujourd’hui de l’ordre de 30kW, extensible à 100 kW. L’ISL a d’ailleurs développé une technologie de barillet permettant d’effectuer de nombreux tirs sans refroidissement.

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Il s’agit encore d’installations de laboratoire, mais les premiers tirs sont prévus à la fin de l’année 2017.  L’objectif : utiliser ce type de laser pour neutraliser des drones, ou des menaces de type RAM (Roquettes/Artillerie/Mortiers).

Parlons maintenant d’un autre type d’armes : les « railguns » ou canons électriques ou électromagnétiques. L’objectif est de propulser un projectile à environ 3000 m/s de vitesse initiale sans utiliser de poudre propulsive, en établissant une différence de potentiel électrique entre deux rails parallèles conducteurs. Lorsque le courant électrique circule entre les deux rails, un champ magnétique se crée, permettant d’accélérer le projectile. Nous en avions déjà parlé, en particulier dans cet article.

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Une telle arme possède des avantages indéniables : pas de nécessité de stockage de matériaux dangereux (c’est l’impact du projectile, donc uniquement l’effet cinétique, qui provoque la destruction, même si des projectiles explosifs peuvent être employés, et la propulsion ne nécessite pas de poudre), un tir très peu onéreux, une cadence élevée, de l’ordre de 50 tirs par seconde, et une portée très importante – le railgun de l’ONR américain vise ainsi à atteindre une portée de 300 à 400 km.

Dans ce domaine, la France (et l’Allemagne) n’est pas à la traîne. L’ISL a ainsi réalisé un démonstrateur, le NGL60 (car doté d’un calibre 60x60mm) : un tube mesurant aujourd’hui 2m (extension prévue à 6m) et muni de nombreux condensateurs (voir la photo ci-dessous). Si les canons américains, bien plus onéreux, ont une énergie de bouche aux alentours de 30 MJ (petit rappel : une mégajoule d’énergie est équivalente à l’énergie d’une voiture d’une tonne, voyageant à 160km/h), le NGL60 est déjà à 10MJ soit l’énergie typique du canon d’un char lourd. La technologie développée par l’ISL permet un fort taux de conversion d’énergie électrique en énergie cinétique (> 35%).

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Mais l’ISL a également développé un démonstrateur de canon électrique haute cadence. Baptisé RAFIRA (pour RApid Fire RAilgun), il permet de tirer des salves de cinq tirs consécutifs à une fréquence de 75Hz, sans nécessité de « gatling », c’est-à-dire sans devoir échanger le tube. L’intérêt d’une telle cadence est de pouvoir envisager un emploi antimissile (qui nécessite de dépasser le 50 Hz), chaque projectile subissant une accélération de plus de 100 000g ( !) et étant propulsé à plus de 2400 m/s.

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Au-delà, avec RAFIRA, l’ISL a développé un concept de salve « intelligente », permettant de gérer individuellement l’accélération de chaque projectile, pour anticiper une trajectoire ou au contraire faire arriver simultanément tous les projectiles sur une cible.

Bon, j’aurais aussi pu parler des « générateurs XRAM inductifs compacts, comprenant la source primaire d’énergie à accumulateurs lithium-ion et des commutateurs répétitifs haute tension à diélectrique liquide et à formation d’impulsions, permettant ainsi des largeurs d’impulsion inférieures à la nanoseconde et un champ de claquage record de 14 MV/cm. ». Mais comme je n’ai pas (tout) compris, je préfère laisser cela à la sagacité du lecteur averti (pour le coup, le texte vient du site de l’ISL).

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Pas besoin de cela pour convaincre des capacités de l’ISL. Même si c’est un peu loin – bon, très loin – lorsque l’on est comme moi parisien, il s’agit d’un lieu unique rassemblant dans un contexte de coopération multinationale des talents incontestables. Et des chercheurs passionnés.

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Ne vous fiez pas à l’image ci-dessus, il ne sera pas visible à l’œil nu. Mais Lockheed Martin a bel et bien développé un laser de combat miniaturisé, de 58kW, et s’apprête à le livrer à l’US Army. La course au déploiement d’armes à énergie dirigée sur le théâtre d’opérations va donc connaître une certaine accélération.

Nous en avions déjà parlé dans ce blog, mais un petit rappel ne me semble pas inutile. Les armements à énergie dirigée, dont les lasers HE (Haute Energie) tactiques sont dérivés, proviennent du besoin (en particulier du Pentagone) de disposer d’armes antimissiles, abondamment financées par différents programmes dans les dernières décennies. En particulier, l’Initiative de Défense Stratégique (IDS ou Starwars) lancée par Reagan en 1983, avait pour objectif de mettre à l’abri les USA d’une attaque nucléaire ennemie, via l’élaboration d’un vaste bouclier anti-missiles, utilisant notamment des lasers à haute puissance. L’IDS a été abandonnée en 1993, et les développements des armes laser se sont dès lors concentrés, en particulier aux USA mais pas uniquement, sur des objectifs tactiques, avec des lasers de puissance moyenne. Car les lasers qui émergent aujourd’hui sont les lasers à phase solide ou à fibre, avec un rayon d’action de l’ordre de 10 km maximum : Ce sont des lasers à vocation tactique.

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Ces développements arrivent aujourd’hui à maturité pour certains d’entre eux, avec des essais d’armements laser tactiques réussis qui ont eu lieu récemment. En particulier, nous avions mentionné dans ce blog la destruction de drones depuis l’USS Ponce en novembre 2014 (laser de 30 kW – Système opérationnel dans le Golfe Persique), mais on peut également citer des essais US réussis de destruction d’obus de mortiers, les essais Rheinmetall positifs d’interception de drones et de mortiers en novembre 2011 (Rheinmetall a d’ailleurs présenté un système lors du récent salon IDEX 2017), ou encore le système Boeing CWLS (low cost) anti-drones, ou le programme israélien de lasers anti-mortiers.

Rheinmetall air defence systems Oerlikon High Energy Laser Gun on display at the defence and security exhibition DSEI at ExCeL, Woolwich, London, England, UK.

Rappelons également que la létalité d’un laser dépend à la fois de la puissance générée et de la qualité de focalisation du faisceau. Le niveau examiné aujourd’hui est donc toujours principalement de la classe 10 à 100kW. L’idée est de pouvoir détruire des drones, des missiles, des navires autonomes ou en essaim (pirates ou attaque terroriste) et éventuellement d’assurer une défense contre les mortiers ou autres projectiles d’artillerie. Peu voire pas de projets ont été conçus pour attaquer des cibles terrestres, du fait de la difficulté de perforer un blindage avec un faisceau laser.

C’est là que l’annonce de Lockheed Martin prend tout son sens aujourd’hui. Car on parle bien d’un laser miniaturisé à fibre d’une puissance de 58 et bientôt 60kW. Le constructeur annonce avoir miniaturisé suffisamment l’engin pour qu’il puisse être embarqué à bord d’un véhicule blindé. Et c’est bien la première fois qu’une telle puissance est annoncée sur le théâtre d’opérations, à partir d’un engin mobile.

Pour assurer une focalisation optimale du faisceau, Lockheed Martin a développé une technologie permettant de combiner et de faire converger les faisceaux de plusieurs lasers à fibre d’une puissance de 10kW chacun. Le concept avait d’ailleurs été également développé dans le cadre du projet EXCALIBUR de la DARPA (ci-dessous).

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L’industriel annonce d’ailleurs que sa technologie est si précise qu’elle reviendrait à « toucher un ballon de volley au sommet de l’Empire State Building, à partir du pont de San Francisco » (comparaison curieuse mais bon). Pour assurer une telle précision, Lockheed Martin utilise une combinaison de systèmes de lentilles optiques, et d’algorithmique, afin d’ajuster la puissance du faisceau en corrigeant automatiquement les distorsions lors du trajet vers la cible.

Ce n’est pas la première fois que Lockheed fait la preuve de ses capacités dans le domaine : voir ci-dessous l’essai en 2015 du laser ATHENA, un laser plus volumineux et non mobile, d’une puissance de 30kw qui avait montré sa capacité à perforer le capot d’un engin situé à 1,5 km de distance.

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Le nouveau laser de Lockheed Martin est constitué de modules de fibres optiques « dopées » avec des terres rares légères et lourdes (erbium, ytterbium, neodyme). Plus la fibre est longue, plus le laser est efficace, et comme cette dernière est flexible, on peut enrouler ces fibres comme des cordages dans un facteur de forme compact. Autre avantage : par rapport à un laser classique en phase solide, ce type de laser nécessite 50% moins d’énergie.

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Un laser de cette classe est donc en théorie capable de neutraliser des drones, de petites embarcations, des cibles terrestres à 2km, ou des petits aéronefs ou missiles. Avec un avantage de taille : le coût d’un tir laser n’a rien à voir avec celui d’un missile. Le Général David Perkins avait ainsi récemment lancé une discussion sur l’utilisation par « un partenaire proche des Etats-Unis » ( !) d’un missile Patriot à 3M$ pour contrer un drone Quadcopter à 300$ avec une conclusion incontestable (je cite) : « d’un point de vue économique, je ne suis pas sûr que le ratio soit bon ». Pas faux, en effet.

Pour l’heure, cette nouvelle arme a donc pour fonction essentielle de neutraliser les menaces de types drones ou roquettes, et ce pour moins d’un dollar par tir (sans compter le coût d’acquisition du système).  Le nouveau laser sera bientôt livré au US Army Space and Missile Defense Command/Army Forces Strategic Command, situé à Huntsville, Alabama. L’ère du combat laser a donc bel et bien commencé.

 

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Bon, ce n’est pas pour tout de suite, mais puisqu’on peut faire de temps en temps de la prospective à plus de 30 ans, je m’attarde un instant sur cette invention digne des meilleurs films de science-fiction. Nous la devons à la société BAE, qui travaille sur un projet baptisé LDAL pour « Laser Developed Atmospheric Lens », ce qu’on pourrait traduire par lentille atmosphérique créée par focalisation laser.

Cette invention vise à ioniser l’atmosphère au moyen d’une impulsion laser afin de créer un « bouclier » permettant de protéger le sol contre les effets d’une arme laser à énergie dirigée, d’utiliser cette « lentille » pour de l’espionnage ou de la reconnaissance, ou encore de constituer un mirage optique pour leurrer l’adversaire. Délire d’un ingénieur fana de science-fiction ? Non, c’est sérieux.

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Le concept repose sur un effet physique dit Effet Kerr. Pour faire simple, voire simpliste pour les puristes, le laser à impulsion braqué sur l’atmosphère ionise l’air; à haute puissance, l’indice de réfraction de l’air dépend de l’intensité laser incidente (il y a même une formule, mais je ne veux pas dégoûter les lecteurs). Le profil d’intensité dans le faisceau laser n’étant pas uniforme, l’effet Kerr génère un profil d’indice de réfraction qui se comporte comme une lentille convergente ou « lentille de Kerr » dont la distance focale dépend de l’intensité.

On va faire simple : une fois ionisée, la portion de l’atmosphère concernée est transformée temporairement en une structure proche d’une lentille, permettant soit d’amplifier, soit de dévier le trajet des ondes électromagnétiques (ondes lumineuses, mais aussi ondes radio). Le phénomène est évidemment réversible. C’est un peu ce que l’on voit dans le cas d’un mirage, où l’air chaud qui monte réfracte la lumière et permet de dévier le trajet des rayons lumineux.

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L’idée de BAE, c’est d’utiliser ce phénomène afin de protéger les troupes au sol, les véhicules, navires ou même aéronefs d’une attaque par l’emploi d’une arme à énergie dirigée (laser à haute énergie par exemple). Ou de déclencher un laser à impulsion en haute altitude, et provoquer la création d’une lentille permettant d’observer les mouvements ennemis en amplifiant la lumière venant de la zone située en-dessous de la lentille. La vidéo ci-après présente le projet.

Et les concepteurs ne sont pas des doux rêveurs puisqu’ils travaillent avec le Science and Technology Facilities Council britannique, le laboratoire Rutherford Appleton et la société LumOptica.

Evidemment, ce n’est pas pour demain : un tel système, dans sa pleine capacité opérationnelle, est envisageable dans un délai d’une cinquantaine d’années. Mais nul doute que ce développement pourra être accéléré si les armes à énergie dirigée se démocratisent au point de devenir une menace réelle et prégnante. Ou si quelqu’un s’avise de construire l’Etoile Noire (ou blonde, sic), on ne sait jamais…

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Si vous êtes un lecteur assidu (ce que j’espère :-)) de ce blog, vous constatez que j’y parle souvent de la DARPA, l’agence Américaine des projets de défense avancés (Defence Advanced Research Projects Agency). Dotée d’un petit budget de 3 milliards de dollars (autant que le programme français de dissuasion nucléaire !), cette agence a pour objectif de prévenir toute surprise stratégique. Je vous rappelle d’ailleurs l’excellente conférence d’une ex directrice de la DARPA, qui explique fort bien la philosophie de l’agence.

Je vous conseille aussi, par ailleurs, cet excellent livre de Michael Belfiore, sur le même sujet.

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Aujourd’hui, après le Japon et avant la Corée du Sud, la Chine souhaite crée sa propre version de la DARPA. L’initiative rentre dans la logique du président Chinois Xi Jinping, qui a lancé un vaste programme de réorganisation de l’armée chinoise. Rappelons que le budget de la défense Chinois est d’environ 150 milliards de dollars (en augmentation de 7 à 8% d’après les prévisions). Nul ne sait aujourd’hui de combien sera dotée la nouvelle agence. Celle-ci sera gérée par un comité spécial (dont le nom peut être transcrit par « junweikejiwei »), dirigé par le physicien et académicien des sciences Liu Guozhi, un spécialiste du domaine des micro-ondes.

Les thématiques qui pourraient être abordées par cette nouvelle agence sont sans doute connexes aux projets qui ont déjà suscité l’intérêt des hackers officiels chinois (c’est un secret de Polichinelle), comme le programme F35, l’arme Laser du USS Ponce, ou le drone Global Hawk (autant de programmes dont on sait que la sécurité – aux dire du Pentagone – a été compromise).

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Reste encore à savoir comment cette agence (dont la date d’entrée en service n’a pas été divulguée) pourra fonctionner. Car la DARPA américaine lance bon nombre d’initiatives de crowdsourcing, ou de collaboration ouverte par Internet, comme par exemple le forum Wait, What? A Future Technology Forum ou encore l’appel à idées pour le futur engin blindé de combat amphibie (ci-dessous, le design de l’équipe victorieuse, qui a au passage empoché 1 million de dollars).

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Un mode de fonctionnement aux antipodes des habitudes du gouvernement chinois. A moins qu’une nouvelle révolution culturelle ne soit en marche…

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Décidément, alors que sort la bande-annonce du futur opus de StarWars, le laser n’a jamais été aussi présent dans le domaine de l’innovation technologique de défense. Oublions les canons lasers pour détruire les drones (quoique) précédemment décrits dans ce blog, je reviens cette semaine sur deux informations provenant, comme à l’habitude, d’outre-Atlantique.

En premier lieu, l’US Army  (AMRDEC : U.S. Army Aviation and Missile Research Development and Engineering Center) et l’US Air Force (Air Combat Command et Redstone Test Center) ont annoncé un partenariat en vue de développer des véhicules type MRAP – Mine Resistant Ambush Protected – résistants aux mines et engins explosifs improvisés, dotés d’armes laser de déminage. L’idée est ainsi d’intégrer un Laser développé par l’Air Force (Zeus III) sur un MRAP de type Cougar (voir ci-dessous), afin de faire détoner à distance des bombes enterrées à 300m de distance.

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La problématique se pose typiquement dans le cas du « nettoyage » de pistes d’atterrissages minées, ou contaminées par des explosifs artisanaux, ou par des bombes non explosées. Avec l’engin baptisé RADBO (Recovery of Airbase Denied by Ordinance), il devient possible d’accélérer le nettoyage de telles zones. Pour ce faire, le RADBO dispose de deux alternateurs afin de procurer une intensité de 1100 ampères, suffisante pour faire fonctionner le laser. Ce dernier est placé sur un bras manipulateur permettant à l’équipage de manier le laser en restant à l’abri dans le véhicule. Une décharge du laser est capable de faire détoner 25 kg d’explosif.

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Le prototype ayant été jugé efficace, une première commande de 14 RADBO a été engagée.

La seconde annonce a été quant à elle réalisée par l’US Air Force, qui annonce vouloir déployer des armes laser sur l’ensemble de ses avions de combat d’ici…2020. Ces « pods à énergie dirigée » permettraient de neutraliser des missiles, des drones, et, ne nous en cachons pas, d’autres avions.

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Un premier candidat a été développé par la société General Atomics (connue pour ses drones PREDATOR et REAPER). Il s’agit du laser HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System), un laser de 150kW miniaturisé (moins de 5kg par kW, pour un volume de 3m cubes). Il s’agit d’un laser dit liquide, car à la différence des autres lasers utilisant des milieux solides, le faisceau passe à travers des couches de céramique baignées dans un liquide refroidissant circulant rapidement. Cela permet d’éviter le principal problème des lasers solides : la surchauffe qui oblige à tirer des impulsions laser. Le laser liquide permet quant à lui de générer des faisceaux continus sans surchauffe. La technologie précise est gardée confidentielle : General Atomics parle de « ThinZag Ceramic solid-state laser technology » (comprenne qui pourra).

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Une ambition certaine, mais qui pourrait connaître des décalages, car la DARPA n’envisage pas la généralisation de ces technologies avant…2030. Pour la sortie du 12e épisode de StarWars , sans doute…

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La société Raytheon a développé un mini-missile à guidage laser destiné à équiper les fantassins et les forces spéciales. Le missile Pike, son petit nom, mesure 43 cm de long pour un calibre de 40mm, et pèse moins de 900g. Tiré par un lance-grenade monté sur une arme automatique comme le M320, il peut atteindre une cible à 2km de distance (cette dernière devant être illuminée par un laser).

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Bien plus compact qu’un missile Javelin, le Pike possède néanmoins une tête explosive à fragmentation, suffisante pour un emploi dans un contexte de guérilla urbaine. L’innovation réside dans la miniaturisation de l’électronique embarquée du Pike mais aussi dans son comportement.

Il est en effet possible de lancer le missile en tir balistique, et de n’illuminer la cible qu’après le missile tiré. Une fois lancé, le Pike cherche en effet la réflexion du laser, et s’oriente de manière autonome en fonction de cette détection. Selon Raytheon, le missile n’émet pas de fumée en vol, pour accroître sa discrétion. L’innovation réside également dans la protection de cette électronique embarquée dans un si petit format, puisque celle-ci doit subir sans dommages des accélérations impressionnantes en une fraction de seconde. Pas évident en termes d’ingénierie.

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Ce missile a été présenté lors de l’exposition AUSA à Washington ces derniers jours ; la société Raytheon a annoncé que le missile Pike avait été testé avec succès en conditions opérationnelles. Une version future devrait voir le jour, en particulier capable d’être tirée depuis un drone.

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Il y a de cela quelques mois, le sujet des survols de sites sensibles ou urbains par des drones non identifiés posait le problème de leur détection et de leur neutralisation (par brouillage ou tir) – des solutions seront d’ailleurs bientôt dévoilées par les industriels français. Boeing a pris les devants en dévoilant récemment une solution de canon laser « low cost », le CLWS pour Compact Laser Weapon System.

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L’idée est ainsi de disposer d’un système portable constitué d’un laser invisible à énergie dirigée (2kW) capable de perforer un drone aérien en moins de 15 secondes. Le système est compact (il est transportable dans un coffre de voiture), et ne nécessite deux techniciens pour l’installer et un opérateur pour le contrôler – il est opérationnel en quelques minutes une fois branché sur une simple prise de 220V.

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L’opérateur contrôle le système à l’aide… d’une manette de XBOX 360 (ce qui rend aisé le remplacement de matériel défectueux). Une fois la cible présente dans la zone de détection du radar intégré dans le CWLS (a priori un rayon de 40km), le système passe en mode automatique pour réaliser un suivi de cible. Le ciblage est suffisamment précis pour viser un point donné sur le drone (structure, aile, charge utile..) comme le montre la vidéo ci-dessous.

Boeing avait déjà dévoilé un démonstrateur de ce concept : le High Energy Laser Mobile Demonstrator (HEL MD) destiné à équiper des véhicules de l’US Army. Le laser CWLS est également capable, in fine, de fonctionner sur un porteur mobile, fournissant ainsi une solution intéressante pour la protection de sites étendus.