Face à l'évolution constante des menaces, notamment en mer, la conduite de tir optronique est devenue un élément crucial des systèmes de défense modernes. Cet article explore en détail le fonctionnement de ces systèmes, leurs applications, et les avancées technologiques récentes, en mettant l'accent sur les exemples concrets et les implications stratégiques.
Introduction à l'optronique
L'optronique, un néologisme issu d' "opto" et "électronique", désigne l'ensemble des techniques associant l'optique et l'électronique. Cette discipline englobe à la fois l'optronique passive (senseurs) et l'optronique active (lasers et fibres optiques). L'évolution prodigieuse de l'optique au cours des dernières décennies, grâce à l'apport de l'électronique, a permis de développer des systèmes de plus en plus sophistiqués.
Historique de l'infrarouge
L'étude de l'optique remonte à l'Antiquité, avec les travaux d'Euclide. Au XIIIe siècle, Roger Bacon expliqua le fonctionnement du miroir sphérique. Les véritables progrès eurent lieu au XVIIe siècle, avec les découvertes de Johannes Kepler sur la propagation de la lumière à travers les lentilles, et d'Isaac Newton sur la nature de la lumière blanche. L'astronome démontra que la lumière du Soleil contient des rayons invisibles à l’œil nu, que l'on baptisa "infrarouges". Leur découverte précède celle de toutes les autres formes de radiations invisibles. A la fin du XIXe siècle, Maxwell devait démontrer que les rayons lumineux transportent des ondes électromagnétiques, la fréquence de leurs vibrations caractérisant leur couleur.
En France, les travaux sur les applications de l’infrarouge n’ont réellement débuté que vers 1947- 48, lorsqu’il fallut améliorer les télécommandes radio utilisées jusque là pour les engins.
Principes de Fonctionnement des Systèmes Optroniques de Conduite de Tir
Les systèmes optroniques de conduite de tir utilisent diverses techniques pour détecter, identifier, suivre et engager des cibles. Ces techniques incluent :
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- Réflexion de la lumière : Utilisation de la réflexion par le paysage et la cible d'un éclairement volontaire.
- Intensification de la lumière : Amplification de la lumière naturelle pour améliorer la visibilité en conditions de faible luminosité.
- Détection passive infrarouge : Détection du rayonnement infrarouge émis par les objets et les personnes.
Composants Clés
Un système optronique typique comprend les éléments suivants :
- Capteurs : Détecteurs infrarouges, caméras TV, télémètres laser.
- Optiques : Lentilles, miroirs, prismes pour collecter et focaliser la lumière.
- Électronique : Processeurs pour traiter les signaux des capteurs et contrôler le système.
- Logiciel : Algorithmes pour la détection, le suivi et l'identification des cibles.
- Interface utilisateur : Affichages et commandes pour l'opérateur.
Types de Détecteurs Infrarouges
Il existe deux grandes catégories de détecteurs infrarouges :
- Thermiques : Mesurent le changement de température causé par le rayonnement infrarouge.
- Quantiques : Détectent les photons infrarouges et génèrent un signal électrique.
Les premiers détecteurs de photons réalisés par la SAT étaient des détecteurs quantiques au PbS évaporés. Ils ont permis de produire les écartomètres des programmes MILAN, HOT, ROLAND, ceux des tourelles MINILIR, et K 400.
Pour élargir la détection des photons vers les grandes longueurs d'onde, d'autres matériaux étaient nécessaires. Des études conduites au CNRS, dès 1958, laissaient entrevoir la possibilité de détection d'un composé ternaire à base de HgTe et CdTe.
Optronique Passive et Active
L'optronique passive est le domaine des senseurs. L'optronique active est, pour l'essentiel, le domaine des lasers, découverts au début des années soixante, puis celui des fibres optiques, dix ans plus tard.
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Applications Militaires de la Conduite de Tir Optronique
La conduite de tir optronique est largement utilisée dans les applications militaires, notamment :
- Surveillance et reconnaissance : Détection et identification de cibles potentielles.
- Conduite de tir : Guidage des armes vers les cibles.
- Guidage des engins : Contrôle de la trajectoire des missiles et des torpilles.
- Autoprotection : Détection et neutralisation des menaces.
Exemples de Systèmes Optroniques
- PASEO XLR (eXtra Long Range): Système naval de Safran, gyrostabilisé, équipé de nombreux capteurs optroniques (HDTV, SWIR, MWIR, HDTV, télémètre laser…). Il offre des capacités d’identification et de poursuite de grande précision et à longue distance contre des cibles aériennes et navales, de jour comme de nuit et même dans des conditions météo dégradées.
- Artemis : Système de surveillance panoramique de Thales, doté de trois capteurs et de caméras infrarouges, offrant une visualisation à 360 degrés.
- NAJIR et STIR EO Mk2 : Systèmes de conduite de tir d'artillerie. Le STIR EO Mk2 combine optronique et radar pour une plus grande précision.
- EOMS NG (Electro-Optical Multifunction System) : Système optronique multifonction de Sagem, réunissant une conduite de tir canon et une fonction de veille panoramique infrarouge.
- VAMPIR NG : Système IRST à haute performance, possédant deux modes d'exploitation : Littoral contre les menaces asymétriques et pleine mer contre les missiles à vol rasant.
- EOD NG : Conduite de tir optronique proposant un mode de surveillance panoramique, apportant une solution autonome au pilotage des canons navals.
- VIGY 10 Mk III : Système de surveillance pour bâtiments légers, intégrant un capteur infrarouge de troisième génération, une caméra TV couleur avec zoom et un télémètre laser à sécurité oculaire.
- OSF (Optronique Secteur Frontal) du Rafale : L'OSF a une intégration totale au système de navigation et d'attaque de l'avion. Son fonctionnement se rapproche d'un radar, dans la fonction air/air et dans la fonction air/surface. Grâce à ses capacités infrarouges, il offre une aide précieuse pour le pilotage de nuit.
Amélioration des Capacités Optroniques des Frégates Françaises
Pour faire face à l’accroissement des menaces en mer, les huit frégates multi-missions (FREMM) de la Marine nationale bénéficient d’une opération d’amélioration de leurs capacités optroniques, afin de pouvoir mieux identifier visuellement des cibles sur des distances plus importantes. La Marine nationale vient, ainsi, de bénéficier en urgence d’une commande destinée à améliorer les moyens optroniques de ses frégates multi-missions. Des sources militaires confirment à Mer et Marine que la première FREMM équipée à été l’Alsace, sur laquelle le système optronique de Safran a été installé sur le toit du hangar hélicoptère juste avant son départ pour la mer Rouge en janvier. Ce qui a permis d’expérimenter et évaluer ce système dans une zone de combat, le bâtiment étant confronté aux attaques de drones et de missiles tirés par les rebelles yéménites houthis.
Le Paseo XLR équipe notamment le porte-avions Charles de Gaulle depuis 2019 et les nouveaux bâtiments ravitailleurs de forces (BRF) dont la tête de série, le Jacques Chevallier, a été réceptionnée par la flotte française en juillet 2023. Ce système sera également embarqué sur les nouvelles frégates de défense et d’intervention (FDI) dont le premier exemplaire, l’Amiral Ronarc’h, ralliera la Marine nationale en 2025. Il est aussi, plus curieusement, intégré sur les trois vedettes côtières de surveillance maritime de nouvelle génération (VCSM NG) mises en service en 2022 dans la Gendarmerie maritime.
Les deux frégates de défense aériennes (FDA) françaises du type Horizon, les Forbin et Chevalier Paul, vont également être dotées d’un Paseo XLR. Une opération indépendante déjà décidée depuis un moment afin de les équiper d’un système plus performant que l’EOMS NG de Safran, installé dans la mâture et qui n’est plus jugé satisfaisant.
Lutte Anti-Drones
La lutte anti-drones est devenue une priorité pour les forces armées. Les systèmes optroniques jouent un rôle essentiel dans la détection, l'identification et la neutralisation des drones. Le système d’arme RAPIDFire entre dans une nouvelle phase. D’abord conçu pour la Marine nationale, KNDS France et Thales ont annoncé lors du salon du Bourget avoir adapté le RAPIDFire aux besoins terrestres et aériens.
Évolution Technologique et Défis Futurs
Les technologies optroniques évoluent rapidement, avec des progrès constants dans les domaines des capteurs, de l'électronique et du logiciel. Les défis futurs incluent :
- Amélioration de la portée et de la résolution des capteurs.
- Développement d'algorithmes de traitement d'image plus performants.
- Intégration de l'intelligence artificielle pour l'automatisation des tâches.
- Réduction de la taille, du poids et de la consommation d'énergie des systèmes.
- Amélioration de la résistance aux contre-mesures.
Les Matériaux et les Techniques de Fabrication
Les opticiens ont sans cesse été à la recherche de matériaux nouveaux pour concevoir de nouvelles architectures, et la SAT a souvent assuré la maîtrise d'œuvre industrielle de l'étude et l'industrialisation des matériaux transmettant l'infrarouge: MgF2, Spinelle, Texglass, Ge, Si, Zns, ZnSe, chalcogénures, etc..
Pour les fenêtres et les IRdomes, les propriétés optiques, thermiques, mécaniques et de tenue à l'environnement ont été constamment améliorées. Les techniques de polissage et de traitement anti-reflets ont été perfectionnées de façon à tenir des exigences de plus en plus sévères, en particulier au niveau du durcissement. Pour la réalisation à moindre coût des miroirs asphériques, on fait appel à la technique du « moulage par réplique ».
L'Hybridation
Le besoin d'augmenter considérablement le nombre de détecteurs dans les équipements IR pour en accroître les performances nécessitait l'introduction dans le plan focal de fonctions électroniques associées au détecteur. Afin d'augmenter l'effort de recherche, la DGA et le CEA ont signé en 1978 un accord portant sur la création du Laboratoire Infrarouge du LETI (le LIR). A cette époque, la SAT réalisait dans ses laboratoires des matrices 32 X 32 en technologie MIS sur InSb.
La réalisation d'une caméra IR-CCD expérimentale en 1984 permit de définir les composants 288 X 4 et 48 X 4 des caméras de nouvelle génération qui s'imposeront dans la compétition pour les programmes AC-3G. Ces programmes vont être mobilisateurs pour le développement de cette technologie.
Dans la première génération de détecteur infrarouge, chaque détecteur est relié à un préamplificateur par une connexion qui sort de l'enceinte cryostatique. L'hybridation doit réaliser une connexion entre chaque élément sensible et une entrée du circuit silicium.
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