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Le canon électromagnétique va-t-il changer l’artillerie navale ?

Si l’artillerie navale traditionnelle peut compter sur des évolutions marginales de portée ou de cadence, et des évolutions plus significatives avec l’arrivée d’obus guidés, l’armement électromagnétique laisse augurer des ruptures plus nettes. Un peu plus de dix ans après le premier essai américain, tour d’horizon d’un système potentiellement proliférant.

Si le concept d’un canon électromagnétique (EMRG – Electromagnetic Railgun) a été évoqué dès le XIXe siècle, ce n’est que plus récemment que les progrès enregistrés dans les domaines des matériaux et de la physique ont permis le développement de systèmes militairement intéressants – soit suffisamment puissants et dont l’encombrement comme les besoins en énergie sont compatibles avec un embarquement à la mer. Concrètement, une telle arme s’articule autour de rails – d’où le terme, également utilisé, de railgun – et d’un sabot conducteur renfermant le projectile. Le courant passant par l’un des rails durant quelques millisecondes transite par le sabot, qui fait contact avec le deuxième rail, créant un champ magnétique qui permet l’expulsion de la munition, le nombre de conducteurs dans les rails pouvant être multiplié. Le « canon » ne dépend donc pas, pour la propulsion du projectile, de l’explosion préalable d’une charge de poudre.

Corrélativement, la puissance d’un railgun varie en fonction de la puissance énergétique utilisée, mais aussi de la longueur du canon lui-même.

Avantages et inconvénients

Les avantages attendus de la formule sont nombreux. Le premier est sans conteste l’accroissement notable de la vitesse initiale, avec des vitesses, déjà atteintes, de plus de 2 500 m/s. Le premier test d’un prototype d’EMRG de l’US Navy, en janvier 2008, a ainsi permis de lancer un projectile de 3,5 kg à une vitesse initiale de 2 520 m/s, avec une puissance de 10,64 mégajoules (MJ) à la sortie de la bouche. Cette grande vitesse initiale induit d’autres avantages, comme l’augmentation de la portée. L’objectif poursuivi au départ était de frapper des cibles à 370 km (contre 25 au maximum pour un canon de 127 mm) après un temps de vol de 6 min et avec une précision terminale de 5 m. Un railgun d’une puissance de 32 MJ permettrait quant à lui d’envoyer un projectile à une distance comprise entre 90 et 180 km. Mi-2017, l’Office of Naval Research prévoyait une cadence de tir de 10 coups/min tout en indiquant qu’elle pourrait être ensuite augmentée (1). De la sorte, il doit être possible d’envisager, à terme, une cadence de tir équivalente à celle d’un Mk45 de 127 mm (soit 16 à 20 coups/min).

Corrélativement à la vitesse initiale et à la portée, la vitesse du projectile sera, toutes choses étant égales par ailleurs, plus élevée qu’avec un canon classique – de Mach 5,9 à Mach 7,4 au niveau de la mer – ce qui, à son tour, posera de plus grandes difficultés d’interception aux défenses adverses, mais induira aussi une énergie cinétique plus importante lors de l’impact (2). Dès lors, il est possible de ne plus compter que sur cette énergie pour détruire une cible, évitant ainsi d’avoir à disposer d’obus explosifs, contribuant de la sorte à la sécurité du bâtiment lanceur. Sur ce dernier, l’usage d’un railgun signifie également qu’à espaces de stockage constants, un plus grand nombre de projectiles peuvent être emportés. S’ils sont en moyenne plus petits et plus légers, de l’espace est aussi gagné du fait qu’il n’est plus nécessaire d’embarquer des gargousses de poudre. Au-delà, la solidité de l’armement a connu des progrès significatifs. Si les tubes de lancement avaient une durée de vie de l’ordre de 10 coups au début des recherches, les 1 000 coups sont aujourd’hui envisageables, en dépit de l’énorme quantité d’énergie dégagée, du fait d’un travail poussé sur la gestion thermique et les matériaux.

Ces avantages sont également contrebalancés par des inconvénients. Il faut ainsi disposer d’une importante capacité de génération d’énergie embarquée sur les navires. Une cadence de tir de 12 coups/min pour un railgun de 32 MJ représente une ponction de puissance électrique de l’ordre de 30 MW. Ce n’est cependant pas tout : l’énergie doit être disponible de manière presque instantanée, mais aussi de manière répétée, en fonction de la cadence de tir désirée. Cela implique en retour de disposer d’un grand nombre de batteries permettant de jouer un rôle de temporisation entre l’approvisionnement du navire et le canon. On parle, pour les batteries, de 6 millions d’ampères pour 64 MJ à la sortie de la bouche. Il faut également gérer les effets d’un champ électromagnétique « éclatant » brutalement à proximité des appareils électroniques embarqués sur le navire… et qui doivent pouvoir continuer à fonctionner. Le volume utilisé par l’ensemble du système pourrait ainsi être supérieur à celui nécessaire pour les actuels canons. Surtout, les railguns pourraient se révéler plus coûteux que les systèmes actuels, à l’achat – notamment les batteries – comme à l’entretien, la corrosion des circuits et des rails magnétiques devant en toute hypothèse constituer un sérieux problème.

D’autres aspects sont à prendre en ligne de compte. En n’utilisant que leur énergie cinétique, les munitions ne sont guère modulaires du point de vue de leurs effets. De même, leur guidage risque de s’avérer délicat contre des cibles en mouvement, en raison des contraintes aérodynamiques durant le vol, mais aussi de la formidable accélération – on parle de 20 000 à 40 000 G – que les composants électroniques vont subir, sans compter l’impulsion magnétique et la chaleur due au dégagement d’énergie puis au frottement de l’air à grande vitesse. Au-delà, se pose également un problème de miniaturisation. Les projectiles sont, pour l’instant, insérés dans des sabots pour le tir, desquels ils se séparent après le lancement, réduisant le calibre. En 2015, les calibres envisagés pour les projectiles, sans leur sabot, étaient de l’ordre de 4 cm, pour une masse de 2 kg et un volume intérieur de 200 cm³. Au manque d’espace, il faut ajouter que l’électronique doit pouvoir continuer à fonctionner en dépit d’une température de 800 °C à la surface du projectile. Le défi n’est pas mince, mais ne semble pas insurmontable. Ainsi, General Atomic a annoncé en 2015 avoir réussi la gageure sur une arme de plus petit calibre, en maintenant une liaison de données qui n’a pas cessé de fonctionner durant le vol, ni après l’impact.

Les États-Unis en tête

Si plusieurs États cherchent à disposer de cette capacité, les États-Unis ont cependant pris une avance importante, en lançant un programme en deux phases. La première, de 2005 à 2011, visait à déterminer l’utilité du système pour les opérations navales, mais aussi à réaliser de premiers essais, tout en commandant un prototype à BAE Systems, Raytheon et General Atomics en 2012, chaque firme recevant alors 10 millions de dollars. Depuis lors, le système a été livré et une deuxième phase de tests est en cours, incluant notamment des salves de plusieurs projectiles. À ce stade, il s’agit toujours de R&D, avec pour objectif une entrée en service au début des années 2020, avec un système qui soit compatible en volume et en consommation électrique avec les bâtiments de la marine. Mais pour quelles applications ? Initialement, l’US Navy envisageait d’utiliser ses railguns pour le bombardement naval des côtes, en particulier en appui des forces amphibies. Reste que les fonctions potentielles ont rapidement été élargies.

L’US Navy travaille également à des applications utiles à l’autoprotection des navires. Dans ce cadre, General Atomics a développé sur fonds propres le canon électromagnétique Blitzer et les munitions adaptées, destiné à la défense rapprochée des navires. Ici, le système serait capable de tirer une munition guidée par seconde. Elle expulserait ensuite un nuage de shrapnels (14 000 à la minute) devant déchiqueter tout système – obus ou missile – assaillant. L’avantage de la formule est double : premièrement, les munitions utilisées ont un coût inférieur à celui d’un missile ; deuxièmement, ce type de canon, parce qu’il autorise des vitesses initiales plus élevées, offre une portée plus importante. Le système, d’une puissance de 3 MJ, est toujours en cours de tests, mais ceux-ci s’avèrent concluants. De plus, comparativement aux EMRG plus lourds, son encombrement est moindre. Il reste toutefois à voir quelles sont les priorités l’US Navy en matière de protection de ses bâtiments : les EMRG légers le disputent en effet aux lasers ou à des systèmes plus conventionnels comme les missiles légers.

Se pose également la question d’une adaptation des EMRG aux frappes antinavires. Ils pourraient ainsi constituer un système d’armes hypersonique à bien meilleur coût que les missiles envisagés pour ces missions, et avec des portées équivalentes à celles des actuels missiles antinavires. S’en défendre serait aussi beaucoup plus difficile, du fait même de leur vitesse. La petite taille des projectiles, tout comme les matériaux utilisés, constituerait également un atout en matière de discrétion, avec une plus grande furtivité et des préavis d’alerte réduits.

Les obstacles, cependant, ne manquent pas. Si l’énergie cinétique terminale des projectiles est importante, couler ou endommager un navire adverse nécessiterait de multiples coups au but, ce qui pose deux problèmes principaux :
• le premier est l’efficacité de ces coups. Les vidéos d’essais disponibles montrent ainsi que si les projectiles parviennent à percer plusieurs centimètres de blindage, il n’est pas exclu qu’ils ne fassent que traverser les navires touchés, leur petit calibre et leur faible volume utile ne permettant guère d’emporter des charges explosives significatives ;
• le deuxième tient au ciblage et à la rectification continue de trajectoire face à des cibles mobiles. Or, là aussi, le faible volume intérieur exclut les complexes systèmes de guidage équipant actuellement les missiles. La solution pourrait être trouvée dans la saturation, mais on en revient alors aux questions de la gestion énergétique à bord, du nombre de canons disponibles et de la cadence de tir. Peut-être disposera-t-on de calibres plus importants à plus long terme.

De facto, l’embarquement des premiers EMRG est un défi en soi. La question se pose ainsi déjà pour les futurs Arleigh Burke Flight III, qui doivent être équipés non seulement d’un de ces canons, mais aussi de lasers et du nouveau radar SPY-6 AMDR (3), sollicitant beaucoup la production d’énergie à bord. En 2013, la direction du programme se montrait cependant optimiste, tout en restant prudente (4). C’est d’autant plus le cas que la marge d’évolution des bâtiments n’est pas atteinte. La possibilité d’ajouter un segment de coque de plus de 10 m est ainsi évoquée. En juin de cette année, elle indiquait que les nouvelles unités devraient disposer de plus de puissance électrique et que si cela ne posait pas de problème dans l’absolu, il était en revanche plus difficile d’envisager un rétrofit des plus anciennes. Équiper d’EMRG des bâtiments plus larges et de plus gros tonnage est également évoqué. C’est le cas au premier chef des destroyers de classe Zumwalt, dont les machines peuvent fournir jusqu’à 80 MW et dont il était annoncé en 2015 que le troisième pourrait en être doté nativement (5). In fine donc, l’installation de railguns de 2 MJ serait réservée à des bâtiments neufs.

Vers une prolifération ?

Au-delà du cas américain, le railgun pourrait être appelé à devenir une norme dans l’artillerie navale. La Corée du Sud a ainsi indiqué par communiqué de presse en juin 2011 étudier la question (6). L’Agency for Defense Development (ADD) entamait alors ses travaux. L’objectif était de disposer d’un EMRG de pas moins de 64 MJ, destiné à équiper la prochaine classe de ce qui était présenté comme des « frégates ». En réalité, il pourrait s’agir de la deuxième série de destroyers KDX-III, qui doivent entrer en service dans les années 2020. Au-delà, il n’est pas interdit de penser que les travaux sud-coréens visent également à renforcer les capacités antibalistiques au regard de la Corée du Nord. Le statut précis du programme reste cependant difficile à évaluer.

Le Japon aussi a reconnu officiellement qu’il s’y intéressait et qu’il envisageait d’en équiper ses bâtiments. En juillet 2015, Tokyo révélait ainsi les premières images de son 27DD, une classe de deux destroyers constituant une évolution des Kongo et Atago, conçu afin de pouvoir accueillir des EMRG une fois qu’ils seraient disponibles (7). Entre-temps, le 30 juillet 2018, le Maya, tête de la classe, a été lancé. Au terme de son armement et de ses essais, il entrerait en service en 2020, son sister-ship devant suivre en 2021. On note que le Japon indiquait début août 2018 qu’il développait effectivement son railgun, mais ne donnait aucun détail concernant sa puissance ou son statut – prototype, démonstrateur ? Par ailleurs, les Maya bénéficieront d’un nouveau système de propulsion CODLAG (Combined Diesel-Electric And Gas), utile aussi bien aux railguns qu’au laser à l’état solide qui serait également installé. Pour l’heure, l’armement est identique à celui des Atago, avec 96 cellules de lancement verticales et, dans un premier temps, un canon de 127 mm. Les deux navires, comme les six autres destroyers Aegis en service au Japon, sont prioritairement destinés à la lutte antibalistique, de sorte qu’il n’est pas impossible d’imaginer que le futur railgun soit acquis pour ces missions.

Si le Japon a communiqué le premier, c’est la Chine qui semble avoir pris le plus d’avance, en dehors des États-Unis. En janvier 2018, des spotters publiaient ainsi sur les réseaux sociaux des images du départ à la mer d’un LST Type-072III doté à la proue d’une tourelle au design particulier. Difficile cependant de savoir si le système est destiné à des essais réels, des tests d’encombrement ou s’il constituait une simple manœuvre déclaratoire. En mars 2018, les médias officiels confirmaient que le système était bien un EMRG. Pratiquement, il semble que la Chine travaille sur les railguns depuis les années 1980 et il n’est pas impossible qu’elle puisse envisager des mises en service dans les années 2020, sans que l’on sache cependant sur quel type de bâtiments ; une autre option étant leur installation sur les îlots de mer de Chine méridionale, leur permettant de contribuer aux rationalités A2/AD (8). Reste qu’elle ferait, comme les États-Unis, également face à la question de la désignation de cible et du guidage.

La Turquie a conçu pour l’heure deux systèmes, déjà testés. Le premier est le Sapan, d’une puissance de 14 MJ, testé par Tubitak-Sage dès novembre 2016. Aselsan a quant à elle présenté le Tufan, qui a atteint une vitesse initiale de 3 000 m/s lors des derniers essais réalisés. La logique poursuivie semble la même qu’aux États-Unis, avec des tirs à longue portée (Sapan) et un système plutôt destiné à la défense rapprochée (Tufan), déjà présenté sur un premier salon (IDEF) en 2017, suscitant la curiosité des observateurs, mais pas encore de commande. Leur intégration sur des bâtiments et/ou des positions terrestres ne semble pas encore clarifiée. Par ailleurs, la Russie développe elle aussi de tels systèmes et annonçait début janvier 2017 avoir réalisé ses premiers tirs. Elle semblait alors avoir atteint une puissance d’un peu moins de 5 MJ. Concrètement, elle serait ainsi toujours dans une phase de R&T.

La maîtrise des technologies nécessaires au développement des EMRG – et leur coût – reste un obstacle pour nombre d’États. L’artillerie électromagnétique ne comprendra donc pas une aussi grande variété de designs que l’artillerie navale classique, du moins dans un premier temps. En revanche, la maturation des programmes dans les années 2020 pourrait favoriser l’apparition de systèmes proposés sur les marchés export, ce qui permettrait à d’autres marines de s’en doter. Cependant, la nature même de l’arme et de ses performances n’est pas sans conséquence sur les stratégies des moyens nationales. L’usage d’ERMG dilate les espaces d’engagement en même temps qu’il compresse les délais de frappe et est susceptible de provoquer une accélération du tempo des opérations. Dans ce contexte, l’opérationnalisation de l’innovation qu’ils représentent implique des investissements majeurs dans les secteurs ISR, mais aussi du commandement/contrôle : l’efficacité militaire de ce type d’armement nécessite de voir plus loin et de communiquer et comprendre plus vite.Pour les marines faisant les investissements nécessaires, à commencer par la construction de navires adaptés (9), des perspectives intéressantes pourraient s’ouvrir avec des conséquences sur le processus décisionnel au niveau politique et sur la perception de la puissance navale qui ne sont pas minces. La portée de l’armement et un coût unitaire des projectiles réduit comparativement à celui de missiles de croisière, par exemple, pourraient bien, sans faciliter une entrée en guerre ou le lancement d’une opération (10), favoriser l’usage de frappes dans la profondeur adverse. Une diffusion des EMRG permettrait ainsi aux marines qui en sont dotées de mener des opérations bien plus complexes qu’auparavant, avec des effets potentiels non négligeables sur l’équilibre des puissances. 

Notes

(1) Ronald O’Rourke, Navy Lasers, Railgun and Gun-Launched Guided Projectiles: Background and Issues for the Congress, Congressional Research Service, Washington, 1er août 2018.

(2) Elle est estimée à 50 % environ de l’énergie à la sortie de la bouche.

(3) Toujours en cours de développement, le radar sera 30 fois plus sensible et pourra traiter 30 fois plus de contact que le SPY-1D(V) équipant les actuels Fligh IIA. La puissance du radar n’est pas la seule consommatrice en ressources. Les besoins en capacités de traitement informatique seront bien plus importants que par le passé. De facto, l’US Navy indiquait que les Flight III, dont la première unité devrait entrer en service en 2023, ont nécessité de revoir 45 % des équipements et des structures internes des Flight IIA.

(4) Alexandre Sheldon-Duplaix, « Quel futur pour le programme Arleigh Burke ? », Défense & Sécurité Internationale, hors-série no 33, décembre 2013-janvier 2014.

(5) Sam LaGrone, « Navy Considering Railgun for Third Zumwalt Destroyer », USNI News, 5 février 2015.

(6) « S. Korea to develop powerful electromagnetic railgun for Navy », Yonhap, 8 juin 2011.

(7) « Deux Aegis pour les 27DD », Défense & Sécurité Internationale, no 117, septembre 2015.

(8) Sur la combinaison dans son état actuel : Joseph Henrotin, « La maturation de la marine chinoise. Un exemple d’A2/AD », Défense & Sécurité Internationale, hors-série no 56, octobre-novembre 2017.

(9) Les progrès en matière de propulsion ont été nombreux et les marines tendent à acheter des bâtiments aux déplacements plus importants.

(10) Disposer d’un armement n’implique pas de manière déterministe son emploi effectif.

Légende de la photo en première page : Premier tir depuis le prototype d’EMRG développé par l’ONR américain, en 2008. La boule de feu est la conséquence de la combustion du sabot du projectile. (© US Navy)

Article paru dans la revue DSI hors-série n°62, « Opérations navales : mutations dans l’équilibre des puissances »,  juin-juillet 2018.

À propos de l'auteur

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Philippe Langloit

Chargé de recherche au CAPRI (Centre d'Analyse et de Prévision des Risques Internationaux)

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