L’Electromagnétisme sera-t-il la Poudre Noire du XXIème siècle ?

L’arrivée de Europe de la poudre noire, un mélange hautement explosif et exothermique de soufre, de salpêtre (nitrate de potassium) et de charbon de bois introduite par les Mongols au XIII ème siècle mais utilisée en Chine depuis le VII ème siècle, entraina un bouleversement rapide et profond des technologies militaires, ainsi que des tactiques et stratégies. Balistes et Scorpions furent rapidement remplacés par des bouches à feu et des bombardes, alors que les soldats bradèrent leurs arbalètes et arcs contre les premières armes à feu individuelles, entrainant en seulement deux siècles la fin de plus de 2000 ans de technologies militaires.

800 ans plus tard, la poudre continue d’être au coeur des engagements militaires modernes, faisant parti de la presque totalité des équipements de combat, allant du fusil d’assaut du fantassin ou canon embarqué des avions de combat, et aux systèmes d’artillerie, qu’ils soient navals ou terrestres. Mais les progrès enregistrés ces dernières années en matière de maitrise de la force électromagnétique, pourrait bien s’avérer aussi révolutionnaire que le fut l’arrivée de la poudre noire, du moteur à explosion ou du premier transistor.

L’arrivée des premières bouches ou feu en Europe lança un profond bouleversement de la stratégie et des technologies militaires

L’électromagnétisme est une des quatre interactions élémentaires identifiées par la physique moderne, avec l’interaction forte, qui permet à la matière d’exister, l’interaction faible, qui génère la radioactivité et les rayons beta, et la gravité, connue de tous. C’est également une des plus puissantes, car si elle est 100 fois plus faible que l’interaction forte, elle reste 1000 fois plus forte que l’interaction faible, et 10 (puissance) 36 plus forte que la gravité. Elle repose sur les interactions et les forces qui s’appliquent entre des particules chargées électriquement. Sans entrer dans les détails, c’est cette force qui est, entre autre, au coeur de tous les moteurs ou générateurs électriques, mais également des ondes radios, de la lumière, ou du fonctionnement des boussoles.

Les progrès technologiques et théoriques accomplis ces dernières années permettent désormais de franchir un nouveau cap technologique, ouvrant la voie à de nouvelles applications militaires susceptibles de profondément et durablement transformer les équipements et les doctrines.

Les Canons electromagnétiques

Le principe du canon électromagnétique est relativement simple : plutôt que de propulser le projectile par la l’augmentation de la pression engendrée par la combustion de poudre dans la culasse d’un canon, le projectile est accéléré par un très puissant champs électromagnétique. Il n’y a en réalité non pas un, mais deux technologies de canons électromagnétiques :

  • le canon magnétique, ou canon de Gauss, utilise le champ magnétique créé par des bobines entourant le canon pour accélérer un projectile chargé électriquement, soit par attraction, soit par répulsion. Cette technologie a été expérimentée depuis le début du siècle, mais présente de nombreuses contraintes. En revanche, c’est une technologie similaire qui est employée pour les catapultes électromagnétiques EMALS du porte-avions américain USS Gerald Ford.
  • Le canon électrique, ou railgun, utilise la loi de Laplace en exploitant la force créée par un champ magnétique sur un conducteur électrique. Deux rails créés des champs magnétiques opposés, et propulsent le conducteur qui ferme le circuit entre les deux circuits. Ceux qui ont fait un BAC scientifique se rappelleront de la force orientée selon le champs magnétique et le sens du courant, et représentée par les fameux « trois doigts de la main droite ».

C’est évidemment le canon électrique qui aujourd’hui, concentre l’essentiel des recherches. Les tests de l’US navy permirent d’atteindre une vitesse de sortie de bouche supérieure à Mach 7 pour atteindre une cible de 5m2 à 160 km, et les ingénieurs estiment qu’en atteignant une vitesse de Mach 10, il sera possible d’atteindre des cibles distantes de prés de 400 km. La Chine a créé la surprise en 2018 lorsque des photos d’un railgun monté sur un navire de transport de chars furent divulguées. Plus tard, Pékin confirma qu’il s’agissait bien de tester son modèle de Railgun, et que les premières unités navales équipées de ce canon, probablement des croiseurs Type 055, entreront en service en 2025.

Le prototype de Railgun de l’US Navy

Outre sa portée importante, le Railgun offre également un dégagement d’énergie cinétique très important à l’impact, permettant de créer de très importants dégâts sur la cible sans utiliser d’explosif. D’autre part, sa grande vitesse initiale en fait une arme adaptée pour la lutte anti-missile, même pour contrer les missiles hypersoniques. Toutefois, la technologie présente tout de même des inconvénients. En premier lieu, elle nécessite une très importante quantité de puissance électrique, ce qui naturellement entrave son utilisation sur d’autres vecteurs que des grands bâtiments de surface. De plus, elle dégage énormément de chaleur, ce qui provoque une fatigue structurelle importante du canon, mais également une très faible discrétion, notamment face à des détecteurs en bande infra-rouge.

L’apparition du premier RailGun chinois en 2018 surpris même les meilleurs spécialistes du pays en matière de défense

Reste qu’aujourd’hui, le Railgun représente probablement la meilleure alternative à l’augmentation du nombre de missiles embarqués à bord d’un navire de combat. Avec une importante puissance de feu doublée d’une grande précision et d’une haute capacité d’emport de munitions à moindre cout, il constitue aujourd’hui la meilleure piste technologique pour contrer les systèmes de déni d’accès. La Chine et les Etats-Unis ne s’y sont pas trompées, et développent activement leurs propres railgun, tout comme la Russie, la Turquie ou le Japon. La France associée à l’Allemagne finance un programme secondaire dans ce domaine, mais n’a pour l’heure annoncé aucun effort majeur pour en acquérir les savoir-faire.

Les plasmas de protection

Un plasma est un fluide (gazeux ou liquide) fortement ionisé, et donc susceptible de réagir avec puissance vis-à-vis d’un autre plasma, ou de particules chargées électriquement. C’est partant de ce constat que les ingénieurs américains développèrent une technologie de protection par plasma, capable de neutraliser le jet de plasma composé de metal fondu et de gaz surchauffés qui résulte de l’explosion d’une charge creuse, conçue pour percer les blindages. Contrairement aux tuiles de blindage réactif qui équipent désormais la majorité des blindés lourds, et qui neutralisent la charge creuse en explosant et créant une surpression opposée au jet de plasma, cette technologie permet de couvrir de grandes surfaces sans augmenter dramatiquement le poids du porteur. En outre, là ou les briques réactives sont désormais contrées par des ogives à charge creuse en tandem, qui déclenchent une seconde charge creuse une fois la brique réactive éliminée, l’utilisation d’une protection par plasma est efficace quelque soit le nombre d’impact, tout du moins de manière théorique.

Malheureusement, comme souvent avec l’électromagnétisme, cette technologie nécessite une grande puissance électrique, trop grande pour être employée sur un blindé. En outre, elle suppose de contenir le plasma défensif entre deux coques, une coque externe destinée à être « percée », et une coque intérieure destinée à être protégée. Mais si cette définition élimine, pour l’heure, les véhicules blindés, elle correspond parfaitement à la conception actuelle des navires de guerre, notamment pour se protéger des torpilles employant justement des ogives à charge creuse. C’est ainsi que fut conçu le DAPS, pour Dynamic Armor Protection System, qui équipe la nouvelle classe de porte-avions Gerald Ford de l’US Navy.

Le porte-avions nucléaire Gérald Ford met en oeuvre un bouclier de protection à plasma pour contrer les torpilles équipées de charge creuse

S’il est probable que, dans un avenir proche, d’autres navires, qu’ils soient ou non américains, bénéficieront de ce type de protection par plasma, les recherches vont bon train pour en étendre l’usage. Ainsi, en 2015, Boeing avait déposé une demande de brevet pour un plasma de protection pouvant équiper les avions, ou les véhicules terrestres.

La propulsion électromagnétique

De toutes les applications les plus attendues, et les plus prometteuses, des progrès en matière d’électromagnétisme, ce sont celles relatives à la propulsion qui offrent les plus importantes capacités de ruptures technologiques, au point de pouvoir créer, à elles seules, un nouvel âge technologique. L’exploitation des forces électromagnétiques pour la propulsion de véhicules peut reposer sur de nombreuses technologies, mais en matière d’application de défense, deux d’entre elles représentent le plus fort potentiel : l’EMDrive et l’accélérateur MHD.

L’EMDrive, le Graal de la conquête spatial

L’EMDrive est avant tout le constat d’une impossibilité physique. Selon la loi de la conservation de la quantité de mouvement, il est impossible à un solide d’accélérer de manière autonome (sans l’aide d’une force extérieure) sans que sa masse ne diminue. C’est la raison pour laquelle les satellites et véhicules spatiaux utilisent des jets de gaz ou de plasma pour modifier leur trajectoire. Et cette loi a bien des inconvénients, notamment en terme de conquête spatiale, car un véhicule ne peut, de manière schématique, évoluer, ou accélérer, qu’au prorata de ses réserves de gaz à expulser. Mais avec l’EMDrive , il en va tout autrement.

Schéma de fonctionnement d’un EMDrive selon la NASA

En effet, l’Emdrive, acronyme pour ElectroMagnetic Drive, créé une poussée, faible mais réelle, résultante d’un champs magnétique très puissant, sans qu’il ne soit nécessaire d’y ajouter de la matière. Fini donc la problématique d’emport de gaz ou de plasma. Or, notre technologie nous permet aujourd’hui de produire facilement de l’énergie électrique, notamment en employant un réacteur nucléaire. De fait, en maîtrisant la technologie de l’EMDrive, il serait possible de créer un moteur capable de faire accélérer des véhicules spatiaux à des vitesses bien plus importantes que celles qui sont accessibles aujourd’hui, mettant la Lune à seulement 3 heures de la terre, contre 3 jours aujourd’hui, et mars à 3 jours, contre plus de 3 mois. En d’autres termes, l’EMDrive ouvrirait un tout nouveau champs d’exploration, mais également d’application, à ceux qui le maîtriseront, mettant tout le système solaire à portée de la terre dans des délais très courts.

Comme précédemment, deux pays ont pris les devants dans cette technologie, à savoir les Etats-Unis et la Chine. Tous deux ont annoncé avoir démontré le fonctionnement de l’EMDrive, et même avoir développé un premier moteur experimental. Mais pour l’heure, aucune application de ces recherches n’a pu être constatée. Il est cependant probable que dans la décennie à venir, l’EMDrive constituera un enjeu technologique et stratégique majeur pour la conquête spatial.

L’accélérateur MHD, l’alternative espérée

Si l’EMDrive ouvre les portes d’une nouvelle conquête spatiale, l’accélérateur Magnétohydrodynamique ouvre quand à lui d’immenses possibilités pour de nombreux domaines bien terre à terre. Cette technologie permet d’accélérer un fluide conducteur, qu’il soit gazeux sous forme de plasma, ou liquide comme l’eau de mer, sous l’effet d’un puissant champs magnétique. Si cela vous fait penser au sous-marin Octobre Rouge du romancier Tom Clancy, c’est normal, car il s’agit exactement d’une des applications de l’accélérateur MHD. Mais il y en a beaucoup d’autres, allant de la propulsion des véhicules spatiaux comme la propulsion ionique électrostatique ou la propulsion plasmique électromagnétique, déjà employées par certaines sondes d’exploration, à la rupture du mur thermique pour les véhicules aériens hypersoniques.

L’Octobre Rouge, imaginé par le romancier Tom Clancy, était un sous-marin nucléaire équipé d’un système hydromagnétique sous voute baptisée « Caterpillar » , ou chenille, rendant le submersible virtuellement indétectable.

Contrairement à l’EMDrive, qui ne nécessite aucune matière à accélérer pour fonctionner, l’accélérateur MHD repose sur cette matière, sous forme de fluide, que l’on sait très abondante sur terre. De fait, les applications de cette technologie sont avant tout très prometteuses pour l’amélioration des technologies de transport aériennes et navales, qui bien évidemment ont des implications stratégiques du point de vu militaire. Il s’agit notamment d’une alternative aux moteurs à combustion actuels, que l’on sait très polluant. Mais comme pour l’ensemble des technologies électromagnétiques, l’accélérateur MHD nécessite un puissant champ électromagnétique, et donc une grande réserve de puissance électrique. Les progrès réalisés en matière de miniaturisation des réacteurs nucléaires, ou en matière de batteries, rapprochent chaque fois un peu plus les premières applications massives de cette technologie.

Les armes à Impulsion Electro-Magnétique

Terminons ce panorama des applications technologiques de l’électromagnétisme par l’arme la plus connue employant cette force, à savoir les armes à impulsion électromagnétique. Leur principe est simple, et connu depuis plusieurs décennies : la création d’un important champs électromagnétique dans l’atmosphère endommage et souvent détruits les équipements électriques et électroniques dans le périmètre d’effet. Sans tuer quiconque de manière directe, une arme à impulsion électromagnétique est tout de même susceptible de fortement endommager l’économie et l’organisation sociale d’une grande ville, voir d’un pays en ciblant certaines installations critiques.

Toutefois, les armes EMP, pour Electro-magnetic Pulse, souffrent de nombreux handicapes. En premier lieu, la puissance de l’impulsion électromagnétique diminue très rapidement en s »éloignant de l’impulsion initiale, selon le carré de la distance. En outre, la puissance du champ électromagnétique doit être particulièrement puissante pour endommager des équipements électroniques ou électriques. Rappelons nous que la majorité des équipements actuels génèrent des champs électromagnétiques de faible puissance, qui n’altèrent pas le fonctionnement des autres équipements, à moins d’être très proche. Ainsi, un simple sèche-cheveux peut brouiller la réception d’un dispositif bluetooth s’il est très proche et particulièrement puissant, il est probable qu’il gênera surtout son utilisation du fait du bruit …

Les armes EMP reposent, aujourd’hui encore, principalement sur l’utilisation d’une détonation nucléaire de très forte puissance dans les très hautes couches de l’atmosphère

Enfin, générer un tel champs électromagnétique, même sous forme d’impulsion, requiert une très grande quantité d’énergie. Si de petites munitions emportent des charges EMP pour, par exemple, détruire des équipements électroniques dans un rayon de quelques dizaines de mètres, la seule arme capable de créer une onde électromagnétique suffisamment puissante pour neutraliser les systèmes électroniques à l’échelle d’une grande ville, est une arme nucléaire. De fait, les considérations en terme d’utilisation sortent largement du simple cadre des armes conventionnelles. Il faut toutefois noter que plusieurs pays ont annoncé avoir lancer des programmes visant à developper de puissantes armes EMP non nucléaires, avec la volonté évidente de disposer d’une alternative stratégique à l’arme atomique.

Conclusion

On le voit, les différentes applications technologiques de l’électromagnétisme constituent, aujourd’hui, des enjeux stratégiques majeurs dans la nouvelle course technologique que se livrent les grandes nations. Deux pays semblent faire la course en tête dans presque tous les domaines applications, les Etats-Unis et la Chine. Et si certains pays tentent de rester au contact de certaines technologies, on ne peut constater la très faible présence des Européens dans ces domaines.

Du point de vue militaire, elles trouvent des applications dans les 3 grands piliers de l’action armée : l’attaque avec les RailGun et les armes à impulsion électromagnétique, La Défense avec les plasma de protection, et le deplacement avec l’EMDrive et l’accélérateur MHD. En d’autres termes, si les européens restent en retrait de ces domaines stratégiques, le déclassement des forces armées sera non seulement sensible, mais massif, et avec elles, celui des nations européennes elles-mêmes. Comme la France avait, dans les années 50, décidé de developper une force de dissuasion nucléaire autonome pour conserver son indépendance stratégique et son poids international, il apparait probable que, bien au delà de l’Intelligence Artificielle ou des réseaux de communication, c’est bien l’électromagnétisme qui constituera la clé de la hiérarchie technologique des nations d’ici la fin du siècle.

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