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Qu’il s’agisse de bateaux militaires ou de navires civils (en particulier de navires de croisière), la détection de la chute d’un passager par-dessus bord devient une question plus que prioritaire dans le monde naval. A l’heure où se tient à Paris le salon Euromaritime, voici donc un petit zoom sur une technologie prometteuse baptisée MOBtronic, développée par MARSS, une société monégasque, technologie qui m’a été récemment présentée. Un petit mot en premier lieu sur le contexte.

En 2010, les US Coast Guards ont mis en vigueur le CVSSA Cruise Vessels Security and Safety Act pour combattre le crime à bord des navires de croisière et mettre en place un suivi de ce phénomène en toute transparence. Les navires de croisières soumis cette juridiction sont ceux qui peuvent accueillir plus de 250 passagers pour une navigation hauturière et les embarquent ou les débarquent aux Etats-Unis (soit environ 150 navires dont la moitié sous pavillon étranger). Le CVSSA mentionne que ces navires « doivent intégrer une technologie qui puisse être utilisée pour capturer les images des passagers ou détecter les passagers qui sont tombés par-dessus bord dans la mesure où une telle technologie est disponible ». Cette formulation peu contraignante a conduit la plupart des armateurs à se reposer sur leur circuit de vidéosurveillance et à considérer que la technologie n’était finalement pas disponible.

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Pourtant, de récentes tragédies (par exemple le décès de Cameron Smook, un étudiant de 21 ans passé par-dessus-bord lors d’un voyage aux Bahamas à bord du Carnival Glory, dont les images de la chute ont été capturées par la vidéosurveillance) montrent qu’il est nécessaire de disposer d’une technologie fiable, et surtout rapide et automatisée. Le nombre d’incidents à bord des navires de croisière est sujet à controverse (on parle d’une vingtaine de cas par an, mais les associations de victimes et les armateurs ne s’accordent pas sur les chiffres), mais une chose est sûre : entre les cas connus dans le monde civil et les accidents non documentés à bord des bateaux militaires, une technologie de détection automatique n’est plus un luxe mais une nécessité.

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Car la vidéosurveillance a ses limites : les caméras doivent être supervisées à tout moment, elles ne sont pas placées aux endroits les plus susceptibles de constituer un risque, et ne fournissent généralement que des images destinées à fournir des informations à la police après que l’incident a eu lieu.

Le système MOBtronic de MARSS a pour objectif de déclencher automatiquement, sans supervision humaine, une alarme dès qu’un accident se produit.  MOB étant l’abréviation en anglais de « man over board » (homme à la mer), le système est conçu pour automatiquement détecter, qualifier l’accident, alerter l’équipage dès qu’un humain passe par-dessus bord, tout en conservant une capacité de suivi (« tracking ») afin de localiser l’homme à la mer et de faciliter les opérations de secours.

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Le système repose sur le placement de stations multicapteurs disposées de manière optimisée sur le pourtour du bâtiment à surveiller. L’idée, c’est de maximiser la redondance, c’est-à-dire de s’assurer que toute chute puisse au minimum être observée par 2 stations. Chacune de ces stations (durcies pour pouvoir résister aux conditions de mer, aux chocs, aux vibrations) intègre des micro-radars et des dispositifs de capture d’image (en multispectral). Outre la conception de ces stations, le système repose sur des algorithmes propriétaires de traitement du signal afin de qualifier la détection de manière optimale. C’est d’ailleurs toujours la problématique de ce type de systèmes : ne pas faire de silence (détecter la quasi-totalité des incidents) mais également minimiser le bruit (ne pas alerter l’équipage à tout bout de champ, ce qui le distrairait de ses tâches principales).

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La décision de déclencher une alarme repose ici sur une hiérarchie à cinq niveaux : analyse des signaux radars (détection et suivi de la chute), confirmation de la détection radar par d’autres senseurs indépendants, analyse comportementale de l’objet (fondée sur la vitesse et la direction de chute, la forme de l’objet…) et confirmation par une analyse image fondée sur la signature infrarouge de l’objet (ce qui permet de détecter les signatures thermiques caractéristiques d’un humain). A ce point, une alarme est déclenchée, et l’équipage doit confirmer la réalité de l’accident en rejouant les images de capture vidéo. Pendant ce temps, le système continue de suivre l’objet, ce qui permet (dans le cas où il s’agit bien d’un homme à la mer) de diriger les opérations de sauvetage. Le système peut également s’interfacer avec les systèmes de gestion de la passerelle. La localisation du point de chute est précise au mètre près. L’acquisition des données et leur analyse sont en partie réalisées localement, par chaque station.

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L’idée vraiment originale, c’est d’arriver à coupler détection radar et analyse d’image, ce qui permet de discriminer entre, par exemple, la chute d’un adulte, d’un enfant, ou le plongeon d’un oiseau de mer. Les concepteurs ont ainsi maximisé l’efficacité du système en adoptant une approche intégrée multicapteurs, là où les systèmes concurrents ont tendance à ne reposer que sur une seule et unique technologie.

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Une intégration de technologies originale, qui a déjà montré son efficacité impressionnante lors des tests : 95% de probabilité de détection (avec un taux d’activation erronée inférieur à 0,3 sur une période de 24h). La campagne de test a déjà accumulé des données sur 22 000 heures de fonctionnement, les tests ayant été réalisés sur des mannequins (plus de 1400 tests) mais également sur des humains « en saut à l’élastique » (200 tests), et ce dans toutes les conditions (jour, nuit, mer calme ou agitée, météo clémente ou tempête). Les chutes se produisant dans toutes les configurations, le système a montré qu’il restait fiable pour des mers agitées (jusqu’à 7) et des vitesses de vents de 50 nœuds (soit environ 100km/h).

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Un système réellement novateur, donc, qui pourrait être adapté à d’autres besoins : détection d’incendie, tentative d’abordage (lutte anti-piraterie), ou même surveillance d’un périmètre, dans des applications militaires terrestres.

Les lecteurs intéressés peuvent directement m’écrire, je transmettrai aux concepteurs (je rassure, je n’ai aucun lien commercial avec la société).

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Il y a quelques temps j’avais parlé dans ce blog du premier satellite utilisant le principe d’intrication quantique des photons pour réaliser une transmission cryptée (voir cet article). Cette fois-ci, il ne s’agit plus de cryptographie, mais d’une technologie plus directement opérationnelle : un radar tueur de furtivité.

Bon, je préviens tout de suite, nous sommes encore une fois dans le domaine quantique, donc dans un domaine parfaitement contre-intuitif, et mon effort de vulgarisation (surtout si l’on considère que je ne suis pas physicien) risque de m’attirer les foudres des experts. Désolé donc.

Le principe du radar quantique repose lui aussi sur le principe de l’intrication des photons, une propriété surprenante à l’échelle quantique. Pour faire simple, en physique quantique, l’état d’une particule est décrit par une « fonction d’onde ». Celle-ci correspond au spin de la particule (son moment cinétique, classiquement représenté par une flèche vers le haut ou le bas) et qui lui-même correspond à une superposition d’états. A l’échelle quantique, le spin est en effet une somme des états « vers le haut » et « vers le bas ».

Mais lorsqu’on mesure l’orientation du spin, la fonction d’onde est modifiée (« réduite ») de telle sorte que la superposition d’états disparaît et le spin observé prend, de façon aléatoire, la valeur « haut » ou la valeur « bas ». Pour l’instant, c’est encore compréhensible. Ça devient plus complexe lorsque l’on considère qu’en physique quantique, on peut avoir une généralisation de la superposition d’états à plusieurs particules. En l’occurrence, considérons 2 photons dits « intriqués » : ce sont deux particules dont les spins sont opposés. Même si ces particules sont spatialement éloignées, si l’on mesure le spin de la première, la seconde prend instantanément une valeur de spin opposée. Oui je sais, c’est bizarre. Mais c’est comme ça.

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Le radar chinois repose sur ce principe. L’astuce est d’utiliser la polarisation du signal radar comme une signature quantique. Un photon est séparé, via un dispositif optique, en un couple de photons intriqués. Le radar va ainsi générer un faisceau de photons A, et un faisceau de photons B, intriqués. Les photons B sont surveillés constamment (là encore, vous comprenez que je simplifie), alors que le faisceau A est envoyé en direction de la cible. Si la fonction d’onde du faisceau B se modifie, cela signifie que le faisceau de photons A a atteint une cible, ce qui a provoqué une modification de son spin, et ainsi modifié instantanément celui du faisceau B intriqué.

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L’intérêt, c’est que cette modification est indépendante de la forme de la surface heurtée. La furtivité classique consiste à minimiser la surface équivalente radar en supprimant autant que possible la réflexion des ondes en direction du radar. Mais dans le cas d’un radar quantique, il ne s’agit pas de détecter une onde réfléchie, mais de détecter une modification de l’état d’un faisceau de photons. Les stratégies classiques de furtivité sont donc inefficaces, comme le sont les contre-mesures de brouillage : le radar quantique n’utilise pas d’ondes ! De plus, l’interaction du faisceau de photons avec la cible est caractéristique de la nature de la cible elle-même : en observant les modifications du faisceau B, on arrive à caractériser la cible, sa position, sa vitesse et ses propriétés physiques.

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Ce radar a été développé par le Intelligent Perception Technology Laboratory du CETC (China Electronics Technology Corporation). Selon l’agence de presse chinoise, le système aurait réussi à détecter une cible à une distance de 100km. Ce n’est effectivement qu’une preuve de concept, et l’utilisation militaire d’une telle technologie nécessite évidemment des portées bien plus importantes. Il y a d’ailleurs là une difficulté : ce que l’on appelle la décohérence. Car plus les particules intriquées passent de temps dans le monde réel, plus elles ont tendance à perdre leurs propriétés quantiques. Lockheed Martin avait d’ailleurs tenté à plusieurs reprises de réaliser un tel radar, avant de se heurter au principe de décohérence.

Les allégations chinoises sont difficilement vérifiables, mais il est néanmoins vrai que la maîtrise d’une telle technologie constituerait une rupture capacitaire et stratégique. Une véritable réflexion sur l’impact de telles innovations (informatique et technologies quantiques, convergence NBIC, …) et sur leur financement, pour éviter à notre pays et à notre continent toute surprise stratégique majeure me semble aujourd’hui indispensable. Mais ce n’est que mon avis.

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Décidément, les radars qui tiennent dans la main ont la cote (voir mon article sur la puce développée à NTU). Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer viennent en effet d’annoncer avoir développé un radar à haute fréquence capable de scanner son environnement sur 360°, et qui est suffisamment compact pour tenir dans la main.

Il s’agit en fait d’un capteur millimétrique, opérant à une fréquence de 94 GHz dans une bande de 15 GHz (bande W). Ces ondes millimétriques (la longueur est en effet comprise entre 1mm et 10mm), à la différence des fréquences optiques, sont capables de traverser tout matériau diélectrique (isolant électrique, en clair). Parmi ces matériaux : le verre, le bois, le plastique… Cela signifie qu’un tel capteur voit à travers ces obstacles, comme à travers la pluie, la poussière ou le brouillard. On imagine évidemment les applications militaires d’un tel dispositif.

Si l’on compare avec des systèmes identiques en service aujourd’hui, l’innovation est évidente : on passe d’un dispositif radar à base d’un substrat de céramique, et pesant plus de 5kg à une technologie de semiconducteurs à arséniure de gallium tenant dans l’équivalent d’une boite de cigarettes (pour être précis : 78 x 42 x 28 mm), et ne générant qu’une puissance de 10 milliwatts. Le composant critique en ce cas est le module haute-fréquence développé par l’Institut Fraunhofer.

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Le système de scan repose également sur une antenne, possédant une lentille diélectrique et jouant le rôle d’émetteur et de récepteur. Elle comprend un miroir rotatif capable de guider les ondes millimétriques de manière à scanner l’ensemble du périmètre (ci-dessous). Bon, OK, j’ai un peu survendu : le scanner au complet mesure 20cm de diamètre (avec le paquet de cigarettes en question à sa base) et 70cm de haut. Il n’empêche qu’il s’agit d’un dispositif portable et léger, et ce grâce au module radar qui, lui, tient bien dans la main.

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Un fantassin muni d’un tel dispositif pourrait détecter des objets à une distance de 3 km (cela dépend évidemment de leur taille), et ce sur 360° ! De la même manière, un drone muni d’un tel radar peut assurer ainsi une surveillance optimale de zone – au-delà de la détection, on peut également déterminer la direction de mouvement de la cible. Une nouvelle ère, donc, pour la détection d’objets ou de cibles sur un théâtre d’opérations.

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Bon, puisque nous sommes dans une thématique « radar », continuons, avec une nouvelle technologie assez ébouriffante. Un nouveau concept vient en effet d’être développé par les chercheurs de l’université de l’Iowa. Il s’agit d’une « méta-peau » (meta-skin, dans le texte), pouvant camoufler un objet vis-à-vis d’un radar.

Vous vous souvenez peut-être de mon article sur la cape d’invisibilité à base de métasurface diélectrique. Ici, le principe est différent, et consiste à utiliser des métamatériaux polymères à base de métal liquide (oui, je sais, ça se complique). Explication.

Pourquoi ce jargon de métamatériau ? Le terme désigne en fait un matériau composite artificiel qui présente des propriétés électromagnétiques qu’on ne retrouve pas dans un matériau naturel. En l’occurrence, il s’agit d’un matériau composite « métal liquide» capable de modifier la propagation des ondes électromagnétiques.

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L’idée consiste à incorporer des résonateurs électriques, en gros des anneaux emplis d’un alliage métallique appelé le galinstan, entre deux fines couches de silicone. Le galinstan est un alliage de gallium, d’indium et d’étain qui possède la propriété d’être liquide à température ambiante, avec une température de fusion de -19°C, et qui n’est pas toxique, à la différence d’autres métaux possédant les mêmes propriétés, comme le mercure. D’ailleurs, le galinstan est commercialement utilisé pour remplacer le mercure des thermomètres.

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En l’occurrence, il emplit des anneaux d’un diamètre de 2.5mm, d’une épaisseur de 0.5mm, qui jouent le rôle de résonateurs capables de piéger les ondes électromagnétiques radar. Là où l’idée est encore plus innovante, c’est qu’en étirant la « peau » de silicone, on modifie la taille des anneaux en métal liquide, et donc la fréquence qui doit être piégée.

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Et cela fonctionne : une fois un objet revêtu de cette « cape », 75% des ondes radar qu’il reçoit (entre 8 et 10 GHz) sont absorbées, quelle que soit leur incidence ou l’angle d’observation.

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Pas d’information pour l’instant sur la taille maximale de la « cape » et son coût de production, même si les auteurs considèrent visiblement pouvoir revêtir un avion ou un drone d’une telle « peau ».

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Mais il y a plus fort : en réduisant la taille des résonateurs, et en utilisant des technologies de nanofabrication, on pourrait piéger d’autres ondes…et notamment les ondes correspondant à la lumière visible. Une autre voie qui pourrait mener à la cape d’invisibilité déjà envisagée par les chercheurs de l’université de Californie à San Diego. Celle-ci reposait sur l’utilisation d’une structure de Teflon incorporant des micro-particules de céramique, mais qui avait l’inconvénient de nécessiter que l’observateur se trouve en face de l’objet, avec une lumière d’une incidence fixée. Une limitation que l’équipe des Pr Liang Dong et Jiming Song semblent avoir surpassée.

En tout cas, si le système fonctionne pour des ondes de 8 à 10GHz aujourd’hui, cela pourrait trouver une nouvelle application…car ce sont les longueurs d’onde des radars routiers aux Etats-Unis ! Mais je n’ai rien dit…

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Bon, je l’accorde, le titre est accrocheur. Mais il est parfaitement exact : des chercheurs du Raytheon-UMass Lowell Research Institute (RURI) ont en effet annoncé avoir développé une nano-encre ferromagnétique, apposable en spray, et capable de constituer des antennes radars imprimées.

Avant de parler furtivité, quelques explications. Une nano-encre ferromagnétique est constituée de nanoparticules, capables de s’orienter lorsqu’un courant électrique est appliqué. Dans ce cas, il s’agit d’une encre diffusable en spray, que l’on peut donc vaporiser suivant un motif donné, par exemple pour former une antenne. Ce que l’on appelle un « phased array radar » (pour la traduction en français, je n’ai trouvé que radar à réseau en commande de phase – ou radar à balayage). Le principe est de constituer un réseau d’antennes élémentaires alimentées avec des signaux dont la phase est ajustée de façon à obtenir le diagramme de rayonnement voulu. Cela permet en particulier de suivre des cibles très mobiles.

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Le souci : ces radars sont volumineux, lourds, coûteux, consommateurs d’énergie et demandent des structures de portage qui diminuent la furtivité. D’où l’idée d’utiliser une nano-encre pour imprimer littéralement l’antenne, sur une surface quelconque, la connexion avec l’électronique de traitement se faisant sous la surface.

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Le laboratoire RURI a en effet développé une technologie d’impression par spray consistant à vaporiser une nano-encre à 7mm du support, à travers une grille permettant de créer un motif de réseau.

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On obtient ainsi une antenne radar directement imprimée sur n’importe quelle structure : tourelle de char, coque de bateau (avec quelques bémols en cours de résolution dus à l’eau salée), mais aussi directement sur la structure d’un avion, sans en dégrader les performances aérodynamiques.

Mais au-delà du développement de radars, on peut imaginer également (et c’est ce qu’on fait les chercheurs du RURI) utiliser cette technologie pour réaliser de la furtivité active. Explication : la furtivité passive, c’est la faculté d’une structure à se rendre invisible aux radars, en diminuant sa SER ou signature équivalente radar (donc la surface plane qui renverrait la même énergie que la structure considérée). Pour cela, on utilise une combinaison de matériaux absorbants et de formes géométriques permettant d’absorber et/ou de renvoyer les ondes radar dans d’autres directions que celles de l’émetteur. Ainsi, le F22 Raptor aurait une SER équivalente à celle d’un oiseau. Mais cela n’est pas vrai pour tous les types de radar (notamment des radars basse fréquence), et pour toutes les positions possibles de l’avion…

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La furtivité active, quant à elle, consiste à traiter activement les signaux reçus pour les renvoyer sous une forme qui ne permettra pas au système de détection d’identifier la menace. Une antenne imprimée sur la structure d’un avion ou d’une frégate pourrait permettre de traiter les signaux radars quelle que soit leur fréquence d’émission, et sur tous les angles possibles (puisque l’on peut moduler le traitement des signaux reçus en fonction de la position de la cible). Ce faisant, on surmonte les difficultés de la furtivité passive, tout en fournissant une technologie radar furtive, puisque ne nécessitant pas de structure porteuse.

Une innovation extrêmement impressionnante, donc, qui fait évidemment l’objet d’un dépôt de brevet par Raytheon.

 

Image du week-end: ISIS

Publié: 28 mars 2015 dans Aéronautique, C4ISR et CMI
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Ce ballon futuriste est ISIS: Integrated Sensor Is the Structure, un ballon sans pilote de 140m de long, développé par la DARPA et MITRE, destiné à survoler la Terre à 21 000m, pendant 10 ans, afin de fournir une capacité de surveillance aérienne grâce à un radar de type « phased array ». Le ballon, rempli d’hélium, comporte plusieurs technologies innovantes, comme une enveloppe très légère mais capable de durer 10 fois plus longtemps qu’une enveloppe conventionnelle, ou le radar lui-même, ne nécessitant que peu d’énergie pour son fonctionnement.

Le programme est en phase de démonstration, il est conduit par Lockheed Martin et Raytheon pour le compte de la DARPA.

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Beaucoup ont réagi par mail à mon dernier article sur les menaces portées par les drones qui font aujourd’hui régulièrement les titres des journaux. La question la plus fréquente : quelles sont les possibilités offertes par la technologie pour repérer et neutraliser des drones dont, on le rappelle, beaucoup sont programmés par des waypoints GPS, et ne nécessitent pas la présence d’un pilote à proximité immédiate ?

La détection, tout d’abord : le système développé par la société britannique Plextek Consulting utilise un radar doppler pour détecter un drone (même dans la gamme de 2 kg) dans un rayon de 10km. Il permet l’identification automatique du système par l’analyse de la modulation de fréquence et de l’amplitude du signal Doppler, et le suivi automatique par infrarouge et optique. Ce système a été initialement développé par Plextek, puis a fait l’objet d’une commercialisation distincte par le biais d’une société dédiée : Blighter Surveillance Systems. Le système est portable, et la société Blighter communique sur sa capacité unique a surveiller simultanément différents milieux : terre, mer et air (pour des cibles volant relativement bas).

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Citons également un système plus conséquent développé par la société RADA : le RPS-42, un radar multi-missions hémisphérique, fondé également sur une détection Doppler, et capable de détecter un micro-drone avec une portée de 10km.

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Pour des drones plus petits, volant en mode auto-piloté, il existe des solutions plus économiques, et fondées sur la détection de la signature acoustique des drones. Un microphone détecte le signal et le compare aux signatures déjà enregistrées dans la base de données. C’est par exemple le cas du système Droneshield de la société du même nom. Si le déploiement d’un tel système semble complexe dans des zones urbaines denses et sonores, en revanche, une telle solution semble intéressante et peu onéreuse dans le cas de sites critiques isolés, comme des centrales nucléaires ou autres sites sensibles. Vous pouvez télécharger ici la plaquette du système

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Une fois la détection réalisée, plusieurs solutions de neutralisation existent. On peut par exemple brouiller la station de contrôle du drone. La Russie s’est ainsi dotée d’un système appelé Poroubchtchick, système de guerre électronique capable de déconnecter de manière ciblée les radars ennemis et les systèmes de contrôle de drones, sans pour autant brouiller ses propres communications. Ce système détecte des communications sans fil ou les radars en régime passif analyse la fréquence des canaux et émet un brouillage ciblé actif ou passif directionnel et ciblé sur une fréquence donnée.

Mais l’ultime solution reste l’arme capable d’éliminer directement le drone détecté. Parmi les systèmes testés, les plus vraisemblables sont de la famille « énergie dirigée » (micro-ondes et lasers). Ainsi, la société Boeing a développé deux systèmes de neutralisation de drones : l’Avenger, un véhicule équipé d’un système de laser de 30kW en plus de son système classique de combat sol-air, et capable d’éliminer facilement un drone du ciel , tout comme le second système appelé MATRIX (mobile active targeting resource for integrated experiment) qui a éliminé différents drones à différentes distances.

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On peut également citer le système PHALANX, développé par Raytheon, permettant la recherche, détection, suivi et engagement d’une cible, et qui a été couplé par l’Office of Naval Research américain avec un système de laser à énergie dirigée (LaWS).

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Déployé sur l’USS Ponce en novembre 2014, le système a montré sa capacité à détruire un drone aérien à partir d’une plate-forme navale : voir le film ci-dessous.

L’ONR cherche maintenant à adapter ce concept sur un porteur terrestre de type HUMVEE. C’est le programme Ground-Based Air Defense Directed Energy On-The-Move (G-BAD DE OTM). Enfin, la Chine a annoncé en 2014 qu’elle avait développé un système analogue, capable de neutraliser tout drone volant en-dessous de 500m, à une vitesse inférieure à 50m/s, avec une portée de 2 km (source : China Academy of Engineering Physics (CAEP)).

Mais aujourd’hui, la technologie retenue par la police Parisienne semble être celle…des plombs de chasse. Rien ne vaut un bon nuage de plombs pour abattre un quadricoptère rebelle. Reste à savoir si abattre un drone « baron noir » à la carabine au-dessus d’une zone aussi densément peuplée que Paris n’est pas un remède pire que le mal.