Antennes : La recherche pour plus de sécurité dans l‘aviation

Les antennes des avions doivent fonctionner avec fiabilité dans des conditions extrêmes. Afin d’y arriver, les chercheurs réalisent des mesures dans des chambres anéchoïques, aussi appelées chambres sourdes – et ici et là, ils jettent même un œil sur la nature.

© Wolfram Schroll

Sans les ondes radio, rien ne fonctionnerait à bord d’un avion : radiotéléphonie, navigation assurée à partir du sol ou par satellite, radars météorologiques, transpondeur, systèmes avertisseurs de collision, connexion en ligne et aussi le wifi à bord – toutes sortes de données sont transférées sans fil de et vers l’avion. Cela se produit à plusieurs kilomètres du sol, à des vitesses légèrement inférieures au mur du son et à des températures inhospitalières. Les attentes à l’égard des antennes sont donc très élevées, il leur faut fonctionner de manière sûre et sans perturbations électromagnétiques, quelles que soient la situation du vol et les conditions environnementales – comme par exemple un orage à proximité.


Expériences sur les antennes, sans influences extérieures

Pour la réalisation de notre calendrier ARTS, le photographe Wolfram Schroll a obtenu l’accès à un endroit très spécial : il a été invité dans une chambre anéchoïque, dans laquelle les ingénieurs de la Airbus Group Innovations étudient différentes configurations d’antennes sur et dans les avions. De telles chambres sont largement connues pour être des lieux de calme. Les murs, habillés de matériaux spéciaux, absorbent l’onde acoustique, ce qui permet des mesures acoustiques précises. Dans de telles pièces, selon la texture du matériau absorbant employé, la réflexion de fréquences radio peut aussi être empêchée. Dans ce cas, les experts parlent de « radar anechoic chamber ». Peu importe qu’il s’agisse d’onde acoustique ou radio : la pièce simule un espace en théorie infini, sans perturbation.


Une chambre écho-radar pour les expériences par antennes.

Les expérimentations par antennes seront effectuées dans dans des chambres dites écho radar. - © Wolfram Schroll 


Airbus Group Innovations est une installation centrale de recherche et de technologie intégrée à la plus grande entreprise d’aéronautique européenne. Des technologies innovantes destinées aux différents départements civils et militaires d’Airbus y sont développées – les antennes en font partie.

Une telle pièce, libre de toutes perturbations, offre aux ingénieurs d’Airbus Group Innovations le parfait environnement de travail lorsqu’il s’agit de simuler de façon détaillée le comportement de matériaux, de structures et d’antennes. Ils ont notamment pour objectif de continuer à optimiser le positionnement ainsi que la constitution des antennes. A cet effet, différentes installations d’antennes sont placées sur des modèles réduits d’avions à l’échelle et mesurées. Il y a aussi des simulations par ordinateur, basées sur des algorithmes avancés. Il est aussi question de la sécurité vis-à-vis des perturbations des appareils électroniques. Les applications des radars ainsi que la technologie Stealth pour le camouflage sur l’écran radar sont elles aussi étudiées.



Différentes antennes sur un petit avion

Même pour un avion léger, quelques antennes remplissent déjà différentes fonctions - © Frank Murmann [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons


Radar research at the Fraunhofer Institute

A Wachtberg, près de Bonn, les ondes radio sont elles aussi au centre des efforts de recherche. C’est là que se trouve l’institut Fraunhofer pour la physique haute fréquence et la technologie radar FHR – la « boule radar », entre Bonn et Eifel, est un monument marquant de la région. Avec quelques 280 employés, cette installation est l’un des plus grands instituts de recherche radar en Europe. « L’institut Fraunhofer pour la physique haute fréquence et la technologie radar FHR développe des concepts, des procédés et des systèmes pour des capteurs électromagnétiques, tout particulièrement dans le domaine des radars, en lien avec de nouvelles méthodes de traitement du signal et des technologies innovantes, du domaine des microondes à celui du térahertz », se présente l’institut sur son site internet.


Les antennes des téléphones portables fonctionnent autrement

Si l’on regarde en-dehors de l’aviation, on trouve alors une tout autre approche de la recherche sur les antennes : les chambres d‘écho sont à l’opposé des chambres sourdes présentées ici. Les ondes radio y sont intentionnellement diffusées et réfléchies, afin de simuler le comportement des téléphones mobiles dans des conditions réalistes. Les ondes stationnaires et les perturbations sont expressément attendues ; les murs ne sont donc pas constitués de matériaux absorbants, mais de métal. La raison principale de cette approche de recherche sont les attentes particulières à l’égard des antennes de téléphone mobile, qui doivent en première ligne satisfaire à des exigences d’efficacité énergétique.


Exemple de chambre d’écho

Chambre d’écho avec une moto comme objet de test - © Dr. Hans Georg Krauthäuser [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons


Inspiration dans la nature

Il est aussi intéressant de jeter un œil sur le monde animal – très souvent, la nature est marraine des antennes. Les oiseaux migrateurs utilisent le champ magnétique de la Terre pour s’orienter.

Les dauphins se comprennent et s’orientent sous l’eau à l’aide d’ondes ultrasons, sans être gênés par les réflexions. Certaines sortes de poissons génèrent des impulsions électriques afin de se repérer. Ces techniques, ainsi que d’autres, ont tellement fait leurs preuves que l’homme les a imitées, avec plus ou moins d’habilité. Cet article de Planet Wissen donne un aperçu très intéressant de la façon dont s’y prennent les chercheurs afin d’apprendre de la nature.

 Les ondes ultrasons permettent aux dauphins de s’orienter

Les dauphins s’orientent grâce aux ondes ultrasons et à leur réflexion sur d’autres objets ou animaux

Protection acoustique : Des mesures d’un autre type

La protection acoustique est un thème central de l’aéronautique, que nous étudierons plus en détail dans notre calendrier au mois de septembre. Nous pouvons déjà vous dire que les pronostics sont unanimes : le trafic aérien est appelé à s’intensifier. Rien qu’en 2016, l’International Air Transport Association (IATA) annonçait une augmentation du trafic de passagers de 6,3 pourcents. Même si le transport de plus de passagers ne signifie pas nécessairement une augmentation du nombre absolu de déplacements d’avions, grâce au recours à des avions plus grands, l’aéronautique fait l’effort de devenir de moins en moins bruyante. Tout particulièrement dans les zones à forte densité d’habitations, le rapport entre les riverains et les aéroports et aérodromes voisins de l’aviation générale n’est pas toujours le meilleur.

Dans l’aviation commerciale, il existe différentes approches pour diminuer les émissions sonores. Les fabricants de réacteurs apportent une importante contribution, leurs réacteurs sont de plus en plus silencieux et efficaces. Du côté de la sécurisation du vol, les procédures d’approche sont optimisées. Et il y a des solutions à l’échelle locale. Par exemple, l’aéroport de Zurich a mis en place un tunnel de protection acoustique, dans lequel les réacteurs au sol peuvent fonctionner à charge maximale à des fins d’entretien, sans gêner les habitants.

L’aviation générale s’investit aussi considérablement contre le bruit. Les avions ultralégers en sont un exemple positif : ils doivent se conformer à des limitations très sévères allant avec leur certification de type. Les monomoteurs ou bimoteurs certifiés permettent le recours à des solutions techniques pour lutter efficacement contre le bruit, à l’aide de systèmes d’échappement efficaces et de propulseurs modernes. Souvent, quand ce n’est pas tout le temps, même les vieux modèles peuvent être rénovés. Au moins en Allemagne, les avions qui ne remplissent pas les conditions sont sanctionnés par des exigences supplémentaires lors des décollages et atterrissages ainsi que par des taxes plus élevées. A l’avenir, si plus d’avions hybrides et électriques circulent, la question du bruit pourrait, dans un avenir pas si lointain que cela, être considérablement désamorcée.


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