Les Principes du Radar

Couverture radar

La couverture radar est le volume de l’espace aérien qui est balayé par un radar ou par un réseau de radars. Souvent, il s’agit d’un radar en deux dimensions avec un faisceau en cosécante carrée couvrant un secteur vertical triangulaire et balayant l’horizon sur 360 degrés. Cela donne un volume ayant la forme d’un cylindre torique plat où le radar peut repérer toute cible d’intérêt.

La figure 1 montre la couverture d’un tel radar de surveillance aérienne, aussi appelé radar d’aéroport, ayant un diamètre d’environ 120 milles marins (220 km) et une hauteur de 10 000 pieds (3 000 mètres).

Cône de silence

La figure 1 montre que le faisceau ne couvre pas tous les angles depuis l’horizon jusqu’à la verticale. La portion qui se retrouve dans les angles supérieurs est non couverte et prend le nom de « cône de silence » à cause de sa forme. Il est donc important de connaître à partir de quel angle le cône débute car un aéronef passant au-dessus du site radar va inévitablement disparaître de l’écran à partir d’une certaine distance qui dépendra de sa hauteur de vol.

La plupart des radars sont conçus afin que le rayon du cône de silence soit le double de la hauteur de vol des cibles. Ainsi un avion à 3 000 mètres entrera dans le cône de silence à 3,25 milles marins (6 000 mètres) du radar. Afin de continuer à suivre cet appareil, il faut qu’il soit détecté par un ou plusieurs autres radars situé assez loin du premier, environ 100 milles nautiques, hors leur propre cône de silence.

Figure 2 : Recoupement des couvertures de plusieurs radars, typique d’un réseau de défense aérienne, en haut et celui dans une zone de contrôle aérien en bas.

Figure 2 : Recoupement des couvertures de plusieurs radars, typique d’un réseau de défense aérienne, en haut et celui dans une zone de contrôle aérien en bas.

Figure 2 : Recoupement des couvertures de plusieurs radars, typique d’un réseau de défense aérienne, en haut et celui dans une zone de contrôle aérien en bas.

Le terme est également utilisé dans le cas des radars à visée latérale sur les avions mais dans ce cas l’axe du cône de silence est orienté vers l’avant ou l’arrière de l’appareil.

Couverture de bas niveau

Le volume de couverture comporte également une « zone morte » près du sol. La figure 1 montre un sol sans relief et malgré tout le faisceau s’élève de 0,5 degré avec la distance à cause de la courbure de la Terre. Si le sol comporte des obstacles, comme des édifices ou des collines, ils créent un ombre limitant encore plus la couverture de bas niveau. Le faisceau ne peut aussi descendre dans les vallées.

Figure 3 : Couverture horizontale d’un réseau de radars météorologiques en Allemagne (Source: Deutscher Wetterdienst)

Figure 3 : Couverture horizontale d’un réseau de radars météorologiques en Allemagne (Source: Deutscher Wetterdienst)

Figure 3 : Couverture horizontale d’un réseau de radars météorologiques en Allemagne (Source: Deutscher Wetterdienst)

Encore une fois, un réseau de radars permet de remplir une partie de la zone morte mais il est impossible de complètement le faire car les faisceaux sont tous soumis aux mêmes limitations. Plus le réseau est dense plus les trous de couverture sont faibles. En pratique, il est donc difficile pour un aéronef d’utiliser cette faiblesse car le pilote doit connaître exactement la zone morte du réseau et voler en rase-motte.

Il est facile à imaginer que les pays montagneux comme la Suisse sont plus soumis à ce problème de couverture et font souvent appel à un certain nombre de petits radars mobiles, en plus de leurs radars fixes, pour combler les trous.

Couverture optimale

Selon la mission des radars, plusieurs dispositions sont possibles. Pour la surveillance aérienne militaire, une couverture complète doit être disponible jusqu’à une hauteur très faible au-dessus du sol (ex. 100 mètres) et il doit être possible de la diminuer en cas de crise.

Dans le cas du trafic aérien, le cône de silence a plus d’importance pour les opérations et couvrir sous 100 mètres n’a pas d’importance loin du radar (ex. à une distance de plus de 30 milles marins, soit 55 km). Pour les grands aéroports comme celui de Munich, deux radars sont utilisés par mesure de redondance : le premier au nord et le second au sud des pistes, à une distance de 8 km l’un de l’autre, ce qui permet de couvrir mutuellement leurs cônes de silence au-dessus de l’aérodrome (figure 2 du bas).

Pour les radars météorologiques, comme ceux du service météorologique allemand (Deutscher Wetterdienst) de la figure 3, les radars balayent avec un faisceau mince en trois dimensions sur plusieurs angles allant plus près de la verticale ce qui limite l’étendue horizontale du cône de silence. Ce service a 17 radars Meteor 1500C ayant une portée utile de 150 km et ils sont espacés de façon à couvrir le plus possible le territoire national tout en minimisant la « zone morte » mais le coût de ces radars ne permet pas d’en mettre assez pour couvrir à très bas niveau. Des angles négatifs par rapport à l’horizon du radar sont utilisés dans certains pays pour détecter les précipitations de faible extension verticale, comme la bruine et les averses de neige, en abaissant la zone morte. Des pays plus montagneux, comme la Suisse, doivent aussi avoir un réseau plus dense pour couvrir les vallées et les zones d’ombres orographiques.

Il existe finalement des réseaux expérimentaux denses de radars de petites dimensions et peu coûteux aux États-Unis pour donner de l’information supplémentaire à plus bas niveau dans les régions propices aux tornades. La combinaison des radars classiques et de ces petits radars permet de mieux repérer les cisaillements sous 1 km d’altitude dans les orages (American Meteorological Society).