L’Europe va avoir son propre canon électromagnétique

L'Europe ambitionne de développer son propre canon électromagnétique, autrement appelé railgun. Ce projet baptisé Thema, financé à hauteur de 15 millions d'euros par le Fonds européen de défense, va conduire à la production d'un démonstrateurdémonstrateur, avec l'ambition d'une industrialisation à terme. L'arme devra compléter les systèmes des forces navales et terrestres. Le « défi » est mené par 14 partenaires européens rassemblés dans le consortium Thema. L'ensemble est conduit par l'industriel Nexter (KNDS) en coordination avec Naval Groupe, Dielh et l'Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL). Le projet fait suite à une première phase conceptuelle entreprise en 2020. Baptisée Pilum, elle avait engendré la mise au point d'un prototype. Comme Futura l'a évoqué lors de la mise en place du projet Pilum, les canons électromagnétiques reposent sur une technologie assez basique.

Le principe repose sur une théorie datant du XIX^e siècle, appelée force de Laplace. Cette force agit sur une particule chargée en mouvementmouvement dans un champ magnétiquechamp magnétique. Dans le cas d'un railgun, un courant électriquecourant électrique très puissant est combiné à un fort champ magnétique se trouvant sur deux rails conducteurs. Conducteur, lui aussi, le projectile positionné entre les rails va subir une accélération importante entre ces rails et est propulsé à une vitesse hypersonique, c'est-à-dire plus de Mach 5. Un tel projectile dénué d'explosif pourrait atteindre une cible située à 200 kilomètres, c'est-à-dire une distance pouvant être cinq fois supérieure à celle d'un système d'artillerie classique. Cette grande vélocitévélocité permet de limiter les capacités d'interception adverses. La sécurité à proximité de l'arme est de fait renforcée, puisqu'il n'y a pas de stockage d'explosifs et le coût d'un tir est limité à quelques dizaines de milliers d'euros. Un prix très en deçà de l'utilisation d'un missilemissile. Mais ce système d'arme a aussi des inconvénients qui pèsent lourd sur la balance. Le premier est celui de la puissance nécessaire pour réaliser un tir. Il faut, en effet, être capable de générer une puissance énergétique colossale en quelques millisecondes. De fait, les experts estiment qu'il faudrait consacrer la moitié de l'énergieénergie du porteporte-avions Charles-de-Gaule pour réaliser un tir. Difficile dans ces conditions de disposer d'une cadence de tir serrée.

Vers un canon sur un véhicule terrestre

L'autre gros souci, c'est la température importante que subissent les rails. Elle engendre une usure rapide du système. Ce sont sans doute ces inconvénients qui ont conduit les Américains, pourtant très en avance sur ce type de programme, à limiter désormais au minimum le développement de leurs prototypes. Aujourd'hui, l'armée américaine se tourne de plus en plus vers des canons laser. Le Japon et la Chine et même la France misent en revanche toujours sur la technologie du railgun. Le projet Pilum avait toutefois permis d'obtenir d'importantes améliorations. Pour réduire l'usure du frottement et la chaleurchaleur extrême, des matériaux spéciaux ont aidé à prolonger considérablement la duréedurée de vie du canon du railgun.

Pour ce qui est de la mise à disposition de l'énergie, le projet est aussi parvenu à augmenter de 25 % la densité énergétique. Les scientifiques ont également planché sur un concept d'énergie inductive appelé XRAM. Il permettrait de stocker plus efficacement l'énergie magnétique. Avec le projet Thema, les travaux devraient aller plus loin que ces concepts pour atteindre une phase de maturation. Enfin, les prototypes de projectiles ont permis d'atteindre des vitesses allant jusqu'à Mach 6. Avec ces améliorations, le consortium estime qu'un démonstrateur fonctionnel pourrait être utilisé sur un champ de tir à l'horizon 2028. Contrairement aux Américains qui souhaitaient embarquer l'arme sur un navire, les partenaires se dirigent plutôt vers un railgun transporté par un véhicule terrestre. Étant donné, la contrainte énergétique de cette configuration, les performances de ce canon seraient alors limitées à quelques dizaines de kilomètres de portée.

Canon électromagnétique : l’Europe fera-t-elle mieux que les États-Unis ?

Article de Céline DeluzarcheCéline Deluzarche, publié le 27 juin 2020

L'Europe vient de se doter d'un consortium, baptisé Pilum, destiné à mettre au point un canon électromagnétique, une arme d'artillerie supersonique capable d'atteindre six fois la vitesse du sonvitesse du son. Un graal technologique sur lesquels les Américains ont déjà investi des centaines de millions de dollars sans résultat probant. Malgré leur budget riquiqui, les Européens sont pourtant persuadés d'avoir une carte à jouer.

L'Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL) a annoncé le 17 juin 2020 la création d'un consortium européen appelé Pilum (Projectiles for Increased Long-range effects Using Electro-Magnetic railgun) destiné à mettre au point un canon électromagnétique de longue portée, aussi appelé canon à rail ou railgun. Capable de propulser des projectiles à vitesse hypersonique (plus de 7.200 km/h, soit trois fois plus rapide que les missiles actuels), le railgun permet d'atteindre des cibles situées à plus de 200 kilomètres de distance. Il réduit ainsi le risque d'exposition des forces armées contre une éventuelle riposte, diminue le temps de vol (ce qui limite le risque d'interception) et améliore les conditions de sécurité, puisqu'il n'y a plus de poudre propulsive à manipuler et à stocker. Enfin, il est bien plus avantageux économiquement, le coût unitaire d'un tel tir étant d'environ 50.000 euros, contre 850.000 euros pour un missile de longue portée classique type ScalpScalp ou 2,86 millions d'euros pour un missile de croisière naval MdCN. Un engin qui « révolutionnerait l'artillerie », fait valoir le consortium, qui intègre notamment les Français Nexter et Naval Group.

Le canon électromagnétique est composé de deux rails conducteurs dans lequel coulisse le projectile. Ce dernier est propulsé à très haute vitesse sous l’effet de la force de Laplace induite par l’interaction entre le champ magnétique B du circuit et le courant électrique I circulant perpendiculairement. Avec un courant de haute intensité, on peut ainsi atteindre les 2.000 mètres/seconde, soit six fois la vitesse du son. © ISL

Une puissance électrique instantanée équivalente à celle d’une ville de 500.000 habitants

Sur le papier, la technique est ultra-simple (voir ci-dessus). Dans la pratique, c'est loin d'être le cas. Il faut d'abord être en mesure de générer une grande quantité d'énergie en un laps de temps très court (de l'ordre de quatre millisecondes), ce qui signifie une puissance électrique phénoménale « équivalente à celle nécessaire pour une ville de 500.000 habitants », selon l'ISL. Du coup, les générateursgénérateurs d'énergie sont souvent très volumineux, ce qui représente un inconvénient pour un système destiné à être embarqué sur un navire. Cette gigantesque intensité (plusieurs millions d'ampèresampères) génère d'autre part un effet Jouleeffet Joule qui chauffe les rails, également soumis à d'intenses frottements. Ces derniers s'usent donc extrêmement rapidement, ce qui peut générer la formation d'un plasma lumineux. Enfin, la puissance électrique nécessaire ne permet pas, en l'état actuel, de procéder à des tirs de cadence élevée, indispensables dans la lutte antiaérienne.

Le canon électromagnétique est destiné à de multiples missions : lutte antiaérienne, attaque de longue portée, appui d’artillerie à longue distance… © ISL

États-Unis, Russie, Chine… Grandes ambitions et peu de résultats concrets

L'Europe n'est de loin pas la première à tenter de relever le défi. Cela fait plus de 15 ans que les Américains se cassent les dents sur ce fameux canon électrique (Electromagnetic Railgun ou EMRG), dans lequel ils ont déjà englouti 500 millions de dollars, rapporte le site Popular Mechanics. Démarré en 2005 par l'Office of Naval Research (ONR), le projet semblait pourtant en bonne voie, la Navy ayant même annoncé des tirs de démonstration en mer en 2016. Las, après de multiples reports, il semble que le HPVHPV (hypervelocity projectile) destiné au canon électromagnétique américain soit désormais réorienté pour être utilisé dans des canons classiques à poudre. De quoi atteindre tout de même des vitesses supersoniques, mais loin des potentielles ambitions du railgun original. Malgré ces revers, les Japonais, les Russes et les Chinois sont eux aussi sur le coup. En 2018, des photos d'essais en mer à bord du Haiyang Shan, le plus gros navire de combat amphibie chinois, ont fuité dans les médias. On en sait très peu sur l'avancement du projet, mais les services de renseignements américains estiment que le canon chinois ne serait pas opérationnel avant 2025.
 

Europe : des recherches menées en toute discrétion

L'ISL semble malgré tout relativement confiant. « Nous travaillons depuis une trentaine d'années sur ce projet et disposons de ce fait d'une expérience unique dans le domaine », fait-il valoir. L'Institut a notamment développé deux canons électriques, le lanceurlanceur PegasusPegasus de 10 mégajoules, disposant du « plus fort taux de conversion d'énergie électrique en énergie cinétiqueénergie cinétique » (> 35 %) et du Rafira, capable « d'accélérer des projectiles d'une centaine de grammes à des vitesses de plus de 2.400 m/s, ce qui correspond à des accélérations de plus de 100.000 g ». Il a également mis au point un stockage toroïdal d'énergie de courte durée baptisé XRAM, une sorte de grosse bobine en cuivrecuivre capable de produire une puissance de 1 GW sur un temps court. Un engin qui pèse tout de même une tonne.

Les Européens parviendront-ils là où les Américains ont échoué ? D'une durée initiale de deux ans, le projet Pilum est doté de 1,5 million d'euros, financé par la Commission européenne. Selon un document du Congressional Research Service, l'EMGR américain a, lui, vu son budget réduit à 9,5 millions de dollars pour 2021, et il ne figure plus dans aucun budget pour les années 2022-2025.