Brevet FR2826188A1 — publié le 20021220

MATÉRIAUX MULTIFONCTIONS À EFFET THERMOOPTIQUES CONTRÔLÉS La présente invention concerne le domaine des matériaux destinés à réduire la signature électromagnétique et optique d'engins notamment militaires. Le brevet sud-africain ZA972655 décrit un matériau fluide absorbant les rayonnements. Il est composé d'un matériau particulaire léger, le matériau articulaire léger étant constitué de particules séparées, chaque particule étant revêtue d'un matériau de revêtement associé à un matériau électriquement conducteur. Le matériau de revêtement peut être électriquement conducteur et/ou le matériau de revêtement peut être mélangé avec un matériau électriquement conducteur. Le brevet français FR2720194 décrit un revêtement de peinture ionisable appliqué sur la surface externe du corps de la pièce et une couche conductrice de l'électricité est disposée sur la surface interne dudit corps. Le brevet français FR2716038 décrit un procédé de camouflage d'un engin contre la détection par des moyens électromagnétiques dans les bandes de longueurs d'ondes optiques consistant à recouvrir la plus grande partie au moins des surfaces émissives dudit engin avec un revêtement comportant au moins un matériau présentant intrinsèquement une émittance sélective. Ces différentes solutions ne sont efficaces que par rapport à un type de détection, et ne permettent pas de réduire simultanément les risques correspondant à différentes menaces électromagnétiques. Le but de la présente invention est de proposer une solution étendue permettant de réduire et/ou modifier les signatures électromagnétiques des cibles potentielles du champs de bataille de façon élargie. A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un revêtement intrinsèquement furtif dans plusieurs bandes de longueurs d'ondes comportant des composants organiques ou inorganiques aptes à modifier les caractéristiques spectrales, la réponse spectrale de ces revêtements, de ces matériaux furtifs, caractérisés en ce qu'ils sont constitués par au moins une matrice, notamment organique, comprenant des charges diélectriques tels que certains sulfures et des charges ferromagnétiques telles que de la ferrite. De préférence, la matrice est constituée d'élastomères tels que des résines de type silicone. Avantageusement, le revêtement présente une épaisseur correspondant au quart de la longueur d'onde du rayonnement illuminateur frappant la surface. Les revêtements de ce type sont constitués de matrices dont les réponses spectrales interagissent avec les flux électromagnétiques des menaces du champs de bataille pour les absorber, les modifier, en décaler les fréquences suivant les lois de Stokes. Ces matériaux à effets thermooptiques controlés ne répondent pas à la loi de Planck. Selon une variante ces matériaux sont constitués d'une matrice homogène multifonctions. Selon une autre variante, ces matériaux sont constitués par une pluralité de strates. spécialisées dont la réponse spectrale de chacune d'entre elles correspond à une menace électromagnétique. Selon un mode de réalisation particulier, les charges ferromagnétiques sont des ferrites de type polygonales. Selon une variante, les charges ferromagnétiques sont des polymères conducteurs de type polyaniline, polypyrolle ou polyalkylthiophène. Selon une première variante, le revêtement est constitué par une première couche comportant des composants de réduction de la signature infra-rouge (SIR) et par une couche extérieure transparente dans l'infrarouge et comportant des composants de réduction de la signature électromagnétique LASER afin de réduire également la Surface Equivalente Laser notée SEL. Selon une deuxième variante, il est constitué par une première couche comportant des composants de réduction de la signature électromagnétique Radar notée RAM (Radar Absorption Material), et par une couche n'interagissant pas et comportant des composants de réduction de la signature infra-rouge notée SIR. Selon une troisième variante, il est constitué par une matrice homogène comportant des composants de réduction de la signature infra-rouge SIR et des composants de réduction de la signature Radar RAM. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente les bandes de longueurs d'onde de détection. les figures 2 à 4 décrivent différentes architectures possibles de matériaux multicouches L'invention vise à conférer à un engin aérien, terrestre ou naval des qualités intrinsèques de discrétion par rapport à la plupart des équipements de détection connus, notamment une discrétion INFRA-ROUGE et/ou RADAR, et/ou LASER par l'apposition de revêtements multifonctions homogènes ou stratifiés sur lesdits engins ou sur des baches de camouflage destinées à les protégés. Sur le support bâche, les matériaux furtifs tels que décrits dans l'invention peuvent être appliqués par pulvérisation ou par enduction. Les matériaux furtifs tels que décrits dans le présent brevet peuvent également s'ajouter aux autres systèmes de discrétion radar obtenus par les formes des installations ou des mobiles à protéger. Cette technique de type géométrique, simple dans son principe, présente des inconvénients car les formes imposées pour une bonne efficacité radar peuvent être incompatibles avec les caractéristiques optimales du mobile. Ce type de protection par contre n'est pas trop contraignant pour les navires, les véhicules terrestres ou les infrastructures fixes. La discrétion radar risque d'être diminuée dans le cas de radar multistatiques. Une bonne approche peut consister à diminuer ou à modifier la géométrie des discontinuités de surface (trappe de visite, point de jonction des parties mobiles sur la cellule de l'avion) par différentes solutions telles que les voilures à cambrure variable, jonctions isoïques, biseautage des ailerons et volets, dièdres négatifs, armement en soute. Il est évident que lors d'une attaque, les trappes de soute étant ouvertes, l'avion n'est plus furtif. De même aucune transmission par voie électromagnétique ne doit être faite pour éviter toute indiscrétion. L'invention consiste à introduire dans les revêtements SIR, SEL, RAM, des substances actives cristallines, de type cristaux optiquement actifs notés COA ou organiques de type molécules optiquement actives notées MOA. Par ailleurs, les substances actives notées SA incluses dans les matériaux RAM sont soit des ferrites de type hexagonales, cubiques ou spinelles voire chirales, soit des polymères conducteurs de type polyaniline, polypyrolle ou polyalkylthiophène. La discrétion infrarouge s'inscrit principalement dans les 2 fenêtre de transmission atmosphériques appelées respectivement bande II (3-5um) et Bande III (8-12 um), la Bande I (l, 5-2, 5um) n'étant plus exploitée actuellement. La bande II est principalement utilisée par les autodirecteurs de missiles tandis que la bande III est plus particulièrement dédiée aux caméras thermiques pour la détection et l'identification. Cette différentiation tend à disparaître avec les autodirecteurs bi-bandes qu'ils soient à imageurs ou non. La discrétion infrarouge est habituellement et principalement conférée par des matériaux conducteurs à basse émittance (Alliages d'Al. de différentes géométries et granulométries) que l'on introduit dans des matériaux de type vernis de protection ou peintures. Ces matériaux, de type cops gris répondent à la loi de Planck. Ils sont assez économiques d'emploi mais présentent deux inconvénients majeurs pour le futur : Possibilité de reconstituer la carte de température de l'objet observé par analyse spectrale. (Pic d'émission um = F (8)). Si les substances actives conductrices sont trop concentrées dans la matrice pour avoir une basse émittance, ce matériau IR ne peut être associé à un matériau RAM car il augmente la SER globale. Les revêtements selon l'invention remplissent plusieurs fonctions simultanément et sont adaptés à l'apparition de nouvelles menaces comme le missile bimode simultanés dont le développement est prévu à court terme (ex missile air air MICA). Il est évident que le couplage de plusieurs fonctions dépend des profils de mission pour lesquelles les systèmes d'armes sont prévus. En effet, un avion d'appui au sol aura besoin de traitements différents d'un avion de supériorité aérienne, d'un blindé ou d'un navire. Certaines zones des cibles n'ont besoin que d'un traitement de réduction de la SIR, ou d'un traitement de réduction de la SER, tandis que d'autres zones doivent subir des traitements combinés SER-SIR-SEL. Actuellement les matériaux IR sont des matériaux conducteurs sauf pour certains matériaux de réduction de la SIR de type diélectriques non planckiens développés par les auteurs. Tandis que les matériaux RAM actuels sont essentiellement diélectriques ou conducteurs avec des architectures particulières difficiles à maîtriser lors de leur application.. Les figures 2 à 4 décrivent différentes architectures possibles de matériaux multifonctions. La couche SIR est une résine silicone dopée avec des matériaux thermochromes, oxydes d'Ytrium (Eu") et des Sulfures métalliques Zn par exemple, de granulométrie de 1,5 à lOum pour une épaisseur de dépôt de 10 à 50pm. par exemple. Il y a corrélation entre ces différents paramètres qui satisfont à la théorie de Mie et à la loi de Bert-Lambert. Les fonctions de diminution de la SIR et de la SER peuvent être aussi combinées avec les fonctions de réduction de la SEL ainsi que le camouflage visible selon les normes OTAN ou GAM. C françaises (Figures 5 et 6). La figure 4 présente un matériau multifonctions à structure homogène où les centres actifs RAM et IR définis dans le présent BVT sont mélangés dans la matrice et ne perturbent pas les caractéristiques intrinsèques des revêtements furtifs SER et SIR, voir en améliore les caractéristiques. Pour atteindre ce but, on portera une attention toute particulière à la concentration volumique des SA (Substances Actives), COA (Cristaux Optiquement Actifs) ou MOA (Molécules Optiquement Actives) et à l'interaction de ces particules entre elles en veillant particulièrement aux phénomènes de saturation, et de self quenching comme indiqué dans les formules type ci-après. Les systèmes de discrétion et de furtivité, les technologies et formules objet de la présente invention forment une nouvelle génération de matériaux multifonctions"à déplacement de bandes à effets thermooptiques contrôlés, dans les différents domaines de longueurs d'ondes suivants : - R, diminution de la SIR-Signature Infra Rouge-Bandes II et III, (3/5 et 8/12un) - SEL (CML 1. 06)-Contre Mesure Laser- télémétrique ou illuminateur, 1, 06/1, 54um, RAM, diminution de la SER-Signature Equivalente Radar-, dans le domaine 4/18 Ghz, (i. e.) D'autre part, ces matériaux à"déplacement de bandes" sont intrinsèquement compatibles entre eux et permettent de prendre en compte simultanément plusieurs menaces électromagnétiques du champs de bataille en élaborant une protection combinée (furtivité, déception ou camouflage) pour les engins ou cibles potentielles, en particulier dans les domaines suivant : - IR/RAM, - IR/LASER, - IR/RAM/LASER Dans le développement des formules sus-visées, les composantes colorimétriques visibles et proches IR sont définies par les normes GAM C ou OTAN. Les résultats dans ce domaine de Fréquence IR sont donnés par rapport à l'émissivité du corps noir : e=l. Il est à noter que les peintures et revêtements militaires normalisés type GAM C (Fr. ) ou OTAN sont donnés pour : e==0. 85/0.9 suivant les teintes de camouflage. I INFRA ROUGE I A : Matériaux SIR type IR/B2 (3-5jam) Blanc GAM. C Type Matrices S. A. /COA/MOA Epaisseur Couleur Résultats IR/B2Silicone+ZnS (Cu/Ag) 100 m Blanc #=0. 36 CAF 3 Toluene +Y203 (Eu++) +ZnS (C26H27N207CI.) I B : Matériaux SIR type IR BII Vert OTAN Type Matrices S.A./COA/MOA Epaisseur Couleur Résultats IR/B2 Silicone/+ZnS (Cu/Ag) 75um Vert t=0. 54 Alkyde +Y203 (Eu++) DCE +CrO type GX +Bleu Phtalocyanine +Jaune 3G thiosol +Ti02 type RC2R +Violet Solanthrène +Fe203 Jaune 920 I C : Matériaux SIR type IRBII sable GAMC Type Matrices S. A./COA/MOA Epaisseur Couleur Résultats Silicone/+ZnS (Cu/Ag) 75 m Sable1 #=0. 46 IR/B2 Alkyde +Y203 (Eu++) DCE +ZnS (C28H31N203Cl.) +Fe203 traité à 5030K +Cr02 +Violet Solanthrène +Ti02 +Jaune minéral I D : Matériaux SIR type IR BII/IRBIII Gris aéronautique Type Matrices S. A./COA/MOA Epaisseur Couleur Résultats Silicone +ZnS (Cu/Ag) 60).. lm GrisAe s=0. 45/B2 IR/B2 +Y203 (Eu++) S=0. 65/B3 IR/B3 +Al (lenticulaire) +Bentone +Rouge Monoazoïque +Jaune Rh. (C3H3NOS2) +Bleu Phtalocyanine Dans cette formule I D, la colorimétrie recherchée est obtenue par combinaison de pigments organiques ou minéraux non conducteurs de couleurs complémentaires, ce qui permet d'éviter l'emploi de pigments métalliques, oxydes par exemple, qui peuvent obérer les performances de furtivité IR et RAM des matériaux multifonctions. II Contre-mesure LASER télémétrique ou illuminateur Les résultats dans les domaines de longueur d'onde LASER, l, 06um dans l'exemple, sont donnés en dB mesurant l'atténuation du faisceau de référence émis par le télémètre ou l'illuminateur. Les mesures ont été réalisées avec un télémètre type TM 18 opérationnel. II A : Matériaux SEL de type CML l, 06um Type Matrice SA/MOA/COA Epaisseur Couleur Résultats CML1. 06 m PVC réticulé +C40H30S204C12 75um (-19dB) Solvant : Heptamétinecyanine Transluce dichloroéthane +C15HllNO PFO (dipheniloxazol) +C24H16N202 POPOP (5-Phenyloxa zol) III Contre-mesure LASER/IRBII/IRBIII III A : Matériaux SEL/SIR de type CML 1, 06/IR (3-5/8-12um) Type Matrices SA/MOA/COA Epaisseur Couleur Résultats CML1. 06 ditoII A ditoII A dito II A dito I A (-19dB) IRBII dito I A ditoi A dito II A dito I A (E : = 0. 3 6) IRBIII"""" (e=0. 73) Il est à noter que les matériaux de type CML1.06 sont transparents aux rayons IR type IRBII et semi transparents en Bande IR III permettant une association avec les matériaux actifs Infra Rouges pour la SIR tels que décrits en I A/B/C/D. IV INFRA ROUGE et RADAR Les matériaux SIR, de type diélectriques, tels que ceux décrits ici ne perturbent pas le fonctionnement des matériaux RAM (Radar Absorption Materials) sur lesquels ils sont appliqués. Au contraire, ils en améliorent l'efficacité de l'ordre de 5 à 10%. IV A : Matériaux multifonctions multibandes de type SIR/RAM stratifiés. Ces matériaux selon l'invention sont appliqués sur un matériau RAM de type écran de JAUMANN comportant une succession de couches conductrices et diélectriques, particulièrement adaptées aux bandes HF 4/8Ghz et 12/18Ghz. Type Matrices SA/MOA/COA Bandes Résultats IR/RAM Si RTV 4P Rp +ZnS (Ca, Mg) 4/10 Ghz A% =20dB (Stratifié) Primaire MB +Y203 (Eu++) DCE +ZnS (C32H31N207Cl) 10/20Ghz A%=15dB +Rouge monoazoïque IRBII (3/5m) g= 0. 45 +Jaune Rh (C3H3NOS2) +Bleu Phtalocyanine +Bentone IV B : Matériaux multifonctions multibandes SIR/RAM à matrice homogène Type Matrices SA/MOA/COA Epaisseur Couleur IR/RAM Elastomère Si +BaMe2Fe019 (hexa) 4mm Gris Pont (Homogène) RTV 4P Rp. +ZnS (Ag) (Cu) +Y203 (Eu++) +Colorimétrie Organique Remarque : Les caractéristiques de ces matériaux électromagnétiques à effets thermooptiques controlés peuvent être modifiés en faisant varier les concentrations des SA de dopage des formules décrites. Ces différents matériaux, compatibles entre eux, peuvent être associés en couches spécialisées, en matrices homogènes ou un mixte de ces combinaisons. Selon une possibilité offerte par l'invention, le revêtement comportera en outre, en surface, une couche spécialisée de CML 106 (Contre Mesure Laser). Par ailleurs, selon un mode d'exécution de l'invention, le revêtement comportera des molécules optiquement actives noyaux cycliques aromatiques et des cristaux optiquement actifs de type photo et/ou electro et/ou thermo luminescents. De la même manière, une des matrices formant le revêtement pourra être constituer d'un vernis de type Alkyde/Silicone ou PVC. REVENDICATIONS 1-Revêtement de furtivité comportant des composants aptes à modifier les caractéristiques spectrales d'un matériau caractérisé en ce que il est constitué par au moins une matrice comprenant une charge diélectrique et une charge ferromagnétique telle que de la ferrite. 2-Revêtement de furtivité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice est constituée d'élastomères tels que le silicone. 3-Revêtement de furtivité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur correspond au quart de la longueur d'onde du rayonnement (de détection incident) masqué, illuminateur frappant la surface. 4-Revêtement de furtivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constituée par une pluralité de strates spécialisées monofonction ou d'une seule couche homogène multifonctions. 5-Revêtement de furtivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les charges ferromagnétiques sont des ferrites de type polygonales par exemple. 6-Revêtement de furtivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les charges ferromagnétiques sont des polymères conducteurs de type polyaniline, polypyrolle ou polyalkylthiophène. 7-Revêtement de furtivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par une première couche comportant des composants de réduction de la signature infra-rouge et par une couche extérieure transparente dans l'infrarouge et comportant des composants de réduction de la signature électromagnétique du type laser. 8-Revêtement de furtivité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est constitué par une première couche comportant des composants de réduction de la signature électromagnétique radar et par une couche n'interagissant pas et comportant des composants de réduction de la signature infra-rouge. 9-Revêtement de furtivité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par une matrice homogène comportant des composants de réduction de la signature infra-rouge et des composants de réduction de la signature électromagnétique radar. 10-Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte de plus, en surface, une couche spécialisée de CML 106 (Contre Mesure Laser). Il-Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte de plus, des molécules optiquement actives à noyaux cycliques aromatiques et des cristaux optiquement actifs de type photo et/ou electro et/ou thermo luminescents. 12-Revêtement de furtivité selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'une des matrices est constituée d'un vernis de type Alkyde/Silicone ou PVC.