Brevet FR2823561A1 — publié le 20021018

L'invention concerne un procédé de modification de la signature infrarouge d'une cible en exploitant la luminance infrarouge de la cible. L' invention concerne également un revêtement pour la mise en oeuvre du procédé. Dans le domaine de la détection infrarouge, les capteurs infrarouges constituent aujourd' hu i les princi pal es menaces pour les équ i pements à hautes valeurs ajoutées telles que cibles fixes (bâtiments, artillerie au sol, etc...), ou cibles mobiles aéroportées, maritimes ou terrestres. Face à ce type de menaces, des efforts sont entrepris pour tout d'abord retarder le plus possible le moment de la détection. Il s'agit alors de rendre dans un premier temps les cibles furtives et dans un deuxième temps de tromper le système ennemi en donnant à ia cible une signature qui n'est pas celle qu'elle présente en l'absence de tout dispositif de protection. Il s'agit alors de décaractérisation de cible. Pour répondre au premier problème, celui de la furtivité, il faut adapter la signature infrarouge de la cible au fond sur lequel elle se détache. Pour une surface donnée, deux paramètres physiques contribuent à modifier la signature infrarouge d'une cible: sa température T et son zo émissivité s. La température apparente vue par un capteur est alors la résultante de l'émission d'un corps noir pondérée par 6 à laquelle s'ajoute la réflexion de la contribution du fond pondérée par le facteur (1-6). Ainsi la contribution de la température de la cible intervient sur le premier terme, alors que l'émissivité intervient dans les deux termes. Dans un cas concret, il faut tenir compte des performances des capteurs, ce qui permet de disposer d'une plage de température équivalente de la cible pour laquel le el le ne sera pas distinguée du fond. En considérant une cible dont l'émissivité est cel le d' un corps noir avec 6=1, la luminance infrarouge d'un corps noir peut s'exprimer par la so formule suivante donnée dans une gamme de longueur d'onde variant de \1 à \2: LCn(T) = |Lcn,Àd (1) o LCn dépend de la température par la loi de Planck-Wien, et o LCn, est obtenue par la formule suivante: 282356 1 Lcn= 2c h (2) >,5(ekT _ 1) en Wm2sr1 um1, avec h = constante de Planck = 6,6256 10-34 Ws2; c = vitesse de la lumière = 3101 cm s1; k = constante de Boltzmann = 1.3805 1 o-23 WsK-1 Seule la température influence la luminance d'une cible vue par un capteur infrarouge. Ainsi pour chaque variation de la température du fond sur lequel se détache une cible, il faut ajuster la température de la cible. Par contre les réflexions ne sont pas prises en compte dans un tel système. L'action sur l'émissivité a une action sur l'émission propre et sur la réflexion du rayonnement du fond Lfond par la surface de la cible. D'après la loi de Kirschoff en l'absence de transmission: p+6=1. Ainsi l'action sur l'émissivité est muitiple et peut se résumer par la formule suivante: L(T, 6)= |[ú.LCn,+(1- 61)Lfond,]d (3) la température équivalente ou apparente est désignée par Te telle que Lcn(Te) = L(T,6) (4) Ainsi si le fond est réfléchissant, 61, la cible ne pourra pas être furtive dans toutes les directions. En considérant maintenant une cible dont l'émissivité est celle du o fond, la réflexion du fond sera identique à celle d'une partie quelconque du fond de même surface que la cible, positionnée à la même place que la cible. Il suffit alors que cette cible soit portée à la même température que le fond pour avoir une contribution globale identique à celle d'un élément de fond placé au même endroit. C'est le définition d'une cible furtive. Parmi les principes de réduction de la signature infrarouge d'une cible, on regroupe ceux qui agissent sur la température (par convection forcée, par circulation de fluide...), sur l'émissivité (essentiellement par la mise au point de peintures d'émissivité réduite, de mousses,...), o la mise en place de filets de camouflage. so Les peintures à émissivité réduite ou la mise en place de filets de camouflage permettent de réduire la signature infrarouge propre de la cible 282356 1 mais constitue une solution de type passif qui ne s'adapte pas de manière dynamique à une variation de l'environnement. Les solutions actives répertoriées actuellement se basent sur le refroidissement par circulation de fluide ou par ventilation des parties chaudes mais ne permettent pas de manière vraiment satisfaisante le contrôle spatial de la luminance. L' invention a pour but de pal l ier les i nconvénients précités. A cet effet, I' invention a pour objet un procédé de modification de la signature infrarouge d'une cible en exploitant la luminance infrarouge de la cible, consistant à adapter l'émissivité de la cible à son environnement, Jo caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir les faces de là cible exposées à la détecti on, de pan nea ux comportant des éléments de base dont l' ém issivité en surface est spécifique à chaque élément, et en ce qu'il consiste à positionner un ou plusieurs éléments de base de façon à présenter vis-à-vis de l'extérieur une fausse image infrarouge déterminée et interchangeable de la cible en fonction de la variation de son environnement. Un des avantages du procédé selon l'invention est de pouvoir disposer d'un système d'émissivité et de température variable constituant ainsi une solution souple au problème de furtivité infrarouge d'une cible s'adaptant de façon dynamique aux variations de son environnement. L' invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques appara^'tront plus clairement à la lecture de la description qui suit exposée en référence aux figures annexées qui représentent respectivement: - la figure 1, un exemple de cible recouverte d'un revêtement mettant en oeuvre le procédé selon l' invention, - la figure 2, un revêtement en damier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 3, un revêtement en bandes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 4, un élément de base du revêtement selon l' invention à face d'émissivité homogène, - la figure 5, un élément de base du revêtement selon l' invention à face d'émissivité hétérogène, - la figure 6, un tableau donnant l'émissivité pour différents 3s matériaux uti lisables pour le revêtement selon l' invention, 282356 1 - la figure 7, un élément de base du revêtement selon l' invention associé à une brosse, - la figure 8, un revêtement selon l' invention, de type persienne, comportant un absorbant au rayonnement électromagnétique, et la figure 9, une variante d'un revêtement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur ces figures les éléments homologues sont désignés par les mêmes repères. Dans l'exemple de la figure 1, la surface d'une cible 1 de forme carrée est recouverte d'un revêtement 2 destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l' invention. Le revêtement 2 est constitué de panneaux carrés 3i disposés en damiers à la surface de la cible 1. Chaque panneau 3i peut être lui-même constitué d'éléments de base 4j dont l'émissivité respective peut être modifiée par une action mécanique de type rotation ou translation s ou tout autre moyen permettant d'agir sur la nature de la surface externe du revêtement. Chaque panneau 3i peut être commandé dans son ensemble ou bien chaque élément de base 4i peut être commandé indépendamment. Cette dernière option permet à la cible de changer plus discrètement de signature infrarouge globale. En effet seule une zone de surface réduite, donc de fréquence spatiale élevée, est modifiée à chaque fois. Elle peut également permettre de répondre au besoin de reconnaissance ami-ennemi selon un principe de "code barre", et cela soit au niveau d'un panneau, soit au niveau de plusieurs panneaux selon la résolution du capteur présumé ou détecté. Dans le cas d'un champ élémentaire de 0,15 mrad, pour un capteur s situé à 1 km de distance de la cible, un élément de base de moins de 15 cm de côté ne sera pas résolu. La température du revêtement peut être également contrôlée. Un panneau du revêtement o chacun des éléments de base du revêtement, combiné à une régulation thermique, permet de ma^'triser en permanence la so signature infrarouge du revêtement en agissant à la fois sur la température et sur l'émissivité. Ainsi l'ensemble surface modifiée, émissivité, température, permet de contrôler graduellement l'évolution de la signature infrarouge du revêtement. Le dispositif peut s'apparenter partiellement aux panneaux publicitaires multiaffiches ou à des panneaux d'affichage 3s d'informations dans les gares ou les aéroports qui permettent de disposer 282356 1 séquentiellement d'affiches eVou d'informations différentes. Ici les affiches sont formées par la répartition de matériaux d'émissivité différente qui jouent le rôle de "couleurs" èt peuvent donc former différentes images thermiques. Le contrôle de la température des panneaux, ou des éléments de base, s permet également d'étendre la palètte des températures apparentes qui peuvent être générées. Le contrôle de la température peut être assuré par exemple par un système de circulation d'un fluide caloriporteur porté à une température chaude Tc. Un deuxième circuit est porté à une température froide Tf La température locale est alors contrôlée par une action sur le débit respectif de ces deux circuits. D'autres systèmes de contrôle de température peuvent être utilisés tels que des systèmes à effet Peltier par exemple. Dans l'option "cible furtive", la température moyenne apparente du revêtement doit être proche de celle du fond. Dans l'option "décaractérisation", cette température s peut être différente. Autour de la température moyenne, la variation locale est de l'ordre de quelques kelvins à une dizaine de kelvins. Ainsi dans le cas d'une partie du revêtement d'émissivité proche de 1, Tc et Tf sont tels que: Tc Ta +10K et Tf Ta -lOK (5) o Ta est la température moyenne. Le fluide est choisi de manière à conserver ses propriétés dans la gamme d'utilisation déterminée, par exemple: eau + antigel, glycol, coolanol, etc Des capteurs de température non représentés sont couplés au revêtement afin de disposer d'informations nécessaires à la réqularisation. z5 Pour minimiser les échanges thermiques entre la cible et le revêtement, chaque panneau est de préférence fixé à la surface de la cible au moyen de fixations faiblement conductrices de chaleur constituées par exemple de matériaux composites. La figure 2 illustre un exemple d'images thermiques pouvant être représentées par le revêtement de la cible. Chaque panneau 3i d'émissivité déterminée permet la reconstitution d'une image thermique particulière représentant sur cet exemple une bicyclette sur un fond comportant un arbre et une étoile. Les deux roues ont une même émissivité distincte de l'émissivité du cadre, lui-même distinct du fond d'émissivité variée sur lequel se détache la bicyclette. 282356 1 Dans un autre exemple de réalisation d'un revêtement pour la mise en oeuvre du procédé selon l' invention, et i l lustré à la figure 3, le revêtement est constitué de bandes horizontales 5i. La figure 4 illustre un exemple d'élément de base 4j, vu en perspective. Cet élément de base 4j formant un barreau de section triangulaire comporte trois faces F1, F2, F3 recouvertes chacune d'un matériau distinct respectivement M1, M2, M3. Chaque matériau possède une émissivité propre et distincte. Par rotation autour de son axe longitudinal XX' le barreau présente à l'extérieur du revêtement l'une de ses trois faces F1,F2 ou F3 en fonction de l'émissivité désirée. La figure 5 représente le même barreau 4j sur la face F3 duquel est représentée une partie du motif de la figure 3, à savoir les deux roues et une partie du cadre de la bicyclette. Sur cette même face F3 trois matériaux différents sont déposés chacun d'émissivité distincte: un matériau M1.3 pour le fond de la face F3, un matériau M1.2 pour le cadre et, un matériau M1.1 pour les roues de la bicyclette. Dans cet exemple l'émissivité du matériau M1.3 est supérieure à l'émissivité du matériau M1.1, lui-même d'émissivité supérieure à l'émissivité du matériau M1.2. zo Les matériaux d'émissivité différente peuvent être constitués de peintures qui sont utilisées classiquement pour réduire la signature infrarouge des cibles. Certaines peintures sont adaptées à plusieurs bandes spectrales. D'autres peintures possèdent des émissivités différentes suivant les bandes spectrales, il s'agit alors de matériaux spectralement sélectifs. Le z5 tableau de la figure 6 bien que non exhaustif rassemble quelques matériaux avec leur émissivité permettant de fixer les ordres de grandeurs de ce qui peut être réalisable. L'émissivité \d'un panneau ou d'un élément de base est très dépendante de l'état de propreté de la surface de chaque élémént. Il est so donc capital pour agir sur l'émissivité, de pouvoir nettoyer le matériau déposé à la surface de l'élément qui va être exposé. Ceci peut être réalisé par un élément de nettoyage, par exemple une brosse, disposée entre la cible et le revêtement, ce système de nettoyage agit avant chaque exposition d'un élément à la surface du revêtement. 282356 1 La figure 7 illustre un élément de base 4j associé à une brosse 6. Lors de la rotation de l'élément de base 4j autour de son axe XX' la surface latérale F2 de l'élément 4j vient en contact avec la brosse 6 pour son nettoyage. Afin de ne pas dégrader les performances de furtivité face aux menaces de détection électromagnétique, les matériaux constituant les faces des éléments 4j sont choisis de préférence de façon à absorber le rayonnement dans les longueurs d'onde du domaine spectral considéré. D'autre part, il est possible d'agir sur l'orientation de la face de chacun des éléments 4j et donc de contrôler la direction de la réflexion spéculaire. Ceci est vrai pour le rayonnement électromagnétique comme pour le rayonnement infrarouge. Ainsi même dans le cas o Ie matériau est réfléchissant, et peu diffusant, le procédé selon l' invention agit sur la signature du revêtement face aux menaces de détection active électromagnétique. Les éléments peuvent également être orientés de manière à ce que les réflexions se dirigent vers des zones absorbantes placées à l'arrière du revêtement entre le revêtement et la cible. La figure 8 illustre un revêtement pour la mise en oeuvre du procèdé selon l'invention constitué de lamelles orientables 7i fixées sur la cible 1. Un système de commande 8 relié à chacune de ces lamelles 7i permet respectivement la rotation de chaque lamelle 7i. Un matériau absorbant 9 au rayonnement électromagnétique, hachuré sur la figure, est inséré à l'arrière des lamelles 7i, entre les lamelles 7i et la cible 1. Chacune des faces MA, MB des lamelles 7i est recouverte d'un matériau d'émissivité différente. Sur :5 cette figure, le chemin d'une onde incidente électromagnétique arrivant sur le matériau MA est représenté par une flèche discontinue. Les lamelles jouent alors le rôle de miroirs pour les ondes électromagnétiques, miroirs qui réfléchissent l'onde jusqu'au matériau absorbant 9. Le revêtement selon l' invention peut intégrer en outre des pigments colorés compatibles de la so signature du fond dans la bande des fréquences visibles. L'utilisation de matériaux spectralement sélectifs permet de plus de générer des images distinctes suivant la bande spectrale, ce qui peut contribuer également à retarder le moment de la détection et l'identification par un système ennemi. U n revêtement pour la mise en oeuvre du procédé selon l' invention s5 peut être appliqué à la protection infrarouge d'un bâtiment. Il est ainsi 282356 1 possible de revêtir tout ou partie des faces exposées par le bâtiment. En absence d' un revêtement selon l' invention une face du bâtiment appara trait plus ou moins neutre et homogène et contrasterait avec un fond plus texturé. Dans le cas d'images résolues, des éléments tels que des fenêtres pourraient y être distinguées. Les panneaux peuvent être ajustés de manière à représenter un signal thermique moins contrasté avec le fond, il s'agit alors de camouflage, ou bien une autre face des panneaux peut être choisie de façon à représenter une image thermique différente de celle du fond mais également distincte de celle du bâtiment seul pour une décaractérisation. Il peut s'agir par exemple de maisons accolées les unes aux autres, de hangars, de véhicules, en tenant compte en permanence des particularités de la cible et de son environnement. La présente invention ne se limite pas aux revêtements décrits précédemment. Une variante de revêtement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et illustrée à la figure 9 consiste à disposer des représentations géométriques d'émissivité différente sur une structure souple, telle qu'une bande 10 représentée partiellement sur la figure, qui peuvent être mises en regard de la surface extérieure de la cible par tout moyen mécanique ou autre permettant le déplacement de la bande devant la cible, déplacement représenté par une flèche sur la figure, et ceci par analogie aux panneaux publicitaires utilisés dans les stades. Dans ce cas le changement de signature infrarouge s'effectue par les bords du panneau. Cette variante peut bénéficier du même système de réqulation de température que les revêtements décrits précédemment, ainsi que du même système de nettoyage. Dans le cas d'éléments bi-face du type persiennes, la signature est définie par les faces extérieures mais dans le cas o le système est en position intermédiaire l'émissivité est également influencée par le revêtement du support, là encore le choix du matériau est choisi pour ses propriétés absorbantes dans les bandes électromagnétiques. Sa température peut être ajustée pour le contrôle de la luminance. 282356 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de modification de la signature infrarouge d'une cible (1) en exploitant la luminance infrarouge de la cible (1), consistant à adapter l'émissivité de la cible (1) à son environnement, caractérisé en ce qu'il -consiste à revêtir les faces de la cible (1), exposées à la détection, d'un revêtement (2) constitué de panneaux (3i) comportant des éléments de base (4j) dont l'émissivité en surface est spécifique à chaque élément, et en ce qu'il consiste à positionner un ou plusieurs éléments de base (4j) de façon à présenter vis-à-vis de l'extérieur une fausse image infrarouge déterminée et interchangeable de la cible (1) en fonction de la variation de son environnement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, pour contrôler graduellement la répartition spatiale de la luminance à la surface du revêtement (2), c'est-à-dire la signature infrarouge de la cible (1), à réguler la température du revêtement (2) partiellement ou totalement autour d'une température moyenne apparente déterminée du revêtement (2). 3. Revêtement destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ou plusieurs panneaux modulaires (3i) couplés à la cible (1) de façon à minimiser les échanges thermiques entre la cible (1) et le revêtement (2), chaque panneau (3j) étant subdivisé en au moins deux éléments de base (4j) mobiles dont les surfaces respectives sont recouvertes d'un matériau d'émissivité distincte et déterminée pour une température déterminée. 4. Revêtement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de circulation de fluide caloriporteur et un ensemble de capteurs de température couplés au revêtement (2) pour disposer d'informations nécessaires à la régulation autour d'une température moyenne déterminée. 5. Revêtement destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une structure souple mobile (10) sur laquelle sont disposés des éléments de base d'émissivité distincte. 6. Revêtement selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de circulation de fluide caloriporteur et un ensemble de capteurs de température couplés au revêtement (2) pour 282356 1 disposer d'informations nécessaires à la régulation autour d'une température moyenne déterminée. 7. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 3 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de nettoyage (6) inséré entre la cible (1) et le revêtement (2) permettant de nettoyer la face du revêtement (2) avant son exposition à l'extérieur de la cible (1). 8. Revêtement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de nettoyage (6) comporte une ou plusieurs brosses venant en contact de la face à exposer avant l'exposition de la face. o 9. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un matériau absorbant (9) au rayonnement électromagnétique disposé entre la cible (1) et le revêtement (2) luimême. 10. Revêtement selon l'une quelconque des revendication 3 à 9, caractérisé en ce qu'il intègre des pigments colorés compatibles de la 1s signature du fond sur lequel se détache la cible (1) dans la bande spectrale du rayonnement visible. 11. Application du revêtement selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 à la reconnaissance ami/ennemi, caractérisé en ce qu'un motif de reconnaissance déterminé est disposé sur au moins un