Les Principes du Radar

Radar météorologique aéroporté

Dès les premières années de la Seconde Guerre mondiale, le développement des magnétrons de puissance a permis de monter des radars à bord d’avions. Avec l’application des radars à la détection des précipitations, des radars météorologiques aéroportés ont rapidement vu le jour après le conflit. Ceux-ci sont maintenant un instrument largement répandu dans l’aviation commerciale et dans la plupart des avions d’affaire.

On les retrouve le plus souvent dans le nez de l’appareil, derrière un cône protecteur fait de matériau qui n’absorbe pas les micro-ondes comme le fibre de verre. Ils donnent une image des conditions atmosphériques vers lesquelles l’appareil se dirige et permettent ainsi au pilote d’esquiver les zones dangereuses comme les orages. Leur portée maximale habituelle est de 180 milles nautiques mais ils peuvent être limités sur demande à des portées plus courtes, de 30 à 80 milles nautiques, pour avoir plus de détails.

Certains avions sont également équipés de radars pointant vers l’arrière ou dans d’autres directions. Il s’agit en général d’avions de recherche ou de reconnaissance. Par exemple, les avions chasseurs d’ouragans du National Weather Service américain sont équipés de ce type de double radar pour étudier ces tempêtes en détails.

Antennes et récepteurs

Figure 2 : Antenne parabolique

Deux types différents d’antennes peuvent être utilisées sur un avion: antenne parabolique ou à commande de phase. Les deux sont largement en usage mais le second type est devenu plus répandu car le balayage de l’horizon se fait électroniquement et requiert un assemblage mécanique moins compliqué pour l’orienter.

En effet, une antenne parabolique doit être déplacée de droite à gauche, balayant sur 120 à 180 degrés, à chaque balayage. Ceci est fait électroniquement sur une antenne réseau à commande de phase. La même chose peut être dite du balayage vertical. Il ne reste qu’à fournir un joint pour l’orientation par rapport à l’horizontal et la verticale pour les changements d’attitude de l’appareil (roulis et tangage).

La dimension de l’antenne est limitée sur un avion. La longueur d’onde utilisée est donc importante puisque la résolution des données est inversement proportionnelle à la longueur d’onde utilisée pour une même antenne. Les antennes à commande de phase sont souvent plus petites pour une même résolution, en particulier si elles utilisent la bande X (longueur d’onde de 3 cm), comme celles d’Airbus, au lieu de la bande C (5 cm).

Traitement du signal

Figure 3 : Réflectivités radar en trois dimensions

L’avionique du cockpit d’un avion moderne comprend un système de traitement des données du radar météorologique et un affichage des celles-ci. Cet affichage se retrouve souvent près du transpondeur ou d’autres instruments de navigation. Ces données sont en trois dimensions si l’antenne effectue des balayages sur plusieurs angles l’élévation. Le traitement de ces données permet au pilote de mieux visualiser la structure des précipitations.

Affichage d’un radar aéroporté

Figure 4 : Affichage d’un radar aéroporté

Les données des radars météorologiques sont affichées de plusieurs façons. La plus commune est l’affichage PPI (Vue panoramique à angle constant). Il s’agit d’un affichage des données sur tous les azimuts disponibles sur un seul angle d’élévation. Le radar se trouve au centre de l’image et les données sont pointées selon leur position azimutale et radiale.

Avec un radar de surface, les données sont sur 360 degrés autour du radar mais dans un avion, les données sont généralement limitées à la vision vers l’avant. Il faut se rappeler que le faisceau s’élève avec la distance au radar et donc que ces données sont de plus en plus en altitude lorsqu’on s’éloigne du radar.

Stabilisation (roulis et tangage)

Figure 1 : Orientation du faisceau radar durant le roulis et le tangage
non stabilisé vs. stabilisé

Durant les manœuvres d’un aéronef, comme le décollage, le radar va pointer vers une zone qui peut ne pas être celle où se trouve le temps que rencontrera l’appareil. Une stabilisation de la direction vers laquelle pointe le radar est donc essentielle. Ceci nécessite des corrections effectuées par un moteur, guidé par un gyroscope, qui oriente l’antenne dans la bonne direction. Cette manœuvre est plus facile dans le cas de roulis ou de tangages mineurs et peut être impossible lors de changements brusques.

Sur le plan vertical, le décollage ou l’atterrissage vont engendrer une importante variation de la direction qui peut même dépasser l’ajustement pour l’attitude et causer des problèmes connus du radar météorologique. Le pilote peut sélectionner des corrections standards à partir de tables qui indiquent les taux spécifiques de montée/descente de l’avion utilisé. Dans les avions commerciaux le pilote automatique est souvent chargé de faire ces corrections, non seulement à ces deux moments critiques mais également en vol lors de turbulence.

Sur le plan horizontal, les manœuvres complexes de certaines phases du vol forcent le pilote à changer la direction de vol. Ainsi le contrôleur aérien lui donnera des instructions de hauteur de vol, de virage vers les pistes, etc. Ces changements peuvent outrepasser les corrections de l’orientation du radar.