Défense
Saint-Mandrier : sur la plateforme d’intégration des FDI

Reportage

Saint-Mandrier : sur la plateforme d’intégration des FDI

Défense

Perchée sur les hauteurs de la presqu’île de Saint-Mandrier, face à la Méditerranée, la mâture unique qui équipera les nouvelles frégates de défense et d’intervention (FDI) de la Marine nationale prend forme. Réalisée par le site Naval Group de Lorient, qui construira les bâtiments, la structure abrite notamment le nouveau Sea Fire de Thales, premier radar plaques développé en France. Arrivée mi-mai à Toulon, elle a été transportée par barge depuis la Bretagne afin de rejoindre le Site d’Expérimentation des Systèmes de Défense Aérienne (SESDA), l'une des implantations de la Direction Générale de l’Armement (DGA).  

 

La structure du mât à son arrivée à Toulon en mai (© : JEAN-CLAUDE BELLONNE)

La structure du mât à son arrivée à Toulon en mai (© : JEAN-CLAUDE BELLONNE)

 

Aconit, Cassard, Charles de Gaulle, Horizon, FREMM…

C’est là que tous les systèmes radars des bâtiments de la flotte française sont testés depuis 1969, le centre ayant débuté ses activités à l’époque avec les moyens électroniques de l’ancienne corvette Aconit, unique exemplaire du modèle C65 (renommé ensuite frégate du type F65), qui a servi au sein de la Marine nationale de 1973 à 1997. Rattaché à la division Techniques Navales de la DGA, le SESDA a ensuite été de tous les grands programmes de bâtiments de surface. Dans les années 80 et 90, on y a notamment installé avec un réalisme étonnant l’ensemble des aériens (radars DRBV-26D, DRBV-15, DRBJ-11B et Arabel…) et la mâture du porte-avions Charles de Gaulle, alors en construction, ou encore les antennes des frégates antiaériennes Cassard et Jean Bart. Puis le centre a travaillé à partir des années 2000 sur les frégates de défense aérienne (FDA) du type Horizon, les frégates multi-missions (FREMM) ou encore le remplacement par un SMART-S du DRBJ-11 B équipant les Cassard ainsi que le Charles de Gaulle.

 

Le SESDA en juin 2014 avec le radar Herakles et le mât FREMM (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le SESDA en juin 2014 avec le radar Herakles et le mât FREMM (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Le LRR installé en 2004 pour les Horizon et le nouveau SIF FDI (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le LRR installé en 2004 pour les Horizon et le nouveau SIF FDI (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

« S’assurer que les systèmes répondent aux performances fixées »

Chaque programme donne lieu à la mise en place d’une plateforme d’intégration à terre (Shore Integration Platform – SIF). « Nous avons à DGA TN 500 personnes dédiées aux technologies des systèmes navals, nos ingénieurs maîtrisant toutes les technologies liées à la plateforme, aux armes, aux communications, aux radars... Notre mission est de nous assurer que les navires et leurs systèmes livrés à la Marine nationale répondent aux performances fixées au départ », explique Jérôme Perrin, ingénieur en chef de l’armement et directeur de DGA Techniques Navales. « Ici, à Saint-Mandrier, nous disposons d’un site unique par les compétences et les moyens mis en œuvre. Le SESDA est reconfiguré pour chaque nouveau navire de combat. C’est comme construire un bateau à terre. Les radars, les systèmes optroniques, le système de direction de combat… tout est implanté de manière représentative au sein du SIF », ajoute un ingénieur de l’armement.   

 

Le mât du SIF avec l'amplacement pour la seconde antenne du Sea Fire (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le mât du SIF avec l'amplacement pour la seconde antenne du Sea Fire (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Intégration progressive des équipements au système de combat

Une fois les matériels installés, les équipes de la DGA, en étroite collaboration avec les industriels et la marine, débutent les essais. Il s’agit d’intégrer progressivement tous les senseurs au système de combat, vérifier qu’ils interagissent correctement ensemble et que les performances attendues sont au rendez-vous, tout en veillant à certaines problématiques comme la compatibilité électromagnétique entre senseurs. Chaque équipement est d’abord testé individuellement, puis intégré au système de direction de combat du bateau, dont le cœur informatique est le Combat Management System (CMS). Un système intégré très complexe et intelligent qui va gérer les senseurs et l’armement du bâtiment. Il s’agit pour les FDI d’une nouvelle version du SETIS équipant les FREMM et développé par Naval Group sur son site varois d'Ollioules. « Nous avons un processus très structuré de qualification sur la base d’un programme d’essais permettant de valider les spécifications requises. Tout d’abord, chaque équipement est mis face au SETIS pour vérifier l’interface, c’est-à-dire sa capacité à communiquer avec le CMS. Ensuite, on vérifie que le SETIS sait contrôler l’équipement. Puis que l’information reçue des capteurs est juste et que l’on peut aller au maximum des performances prévues. On teste alors via des simulations la capacité du système de combat à engager les armes ou des moyens non létaux. Viennent alors les essais globaux, tous les senseurs et équipements allant fonctionner ensemble. On s’assure que ce qui est produit et donné aux marins est juste, à commencer par l’entretien de la situation tactique », explique Pierrick Etiemble, directeur adjoint Systèmes de mission et de combat de Naval Group.

Le SDC est lui aussi installé sur le SIF. Dans le cas présent est aménagé à l’emplacement où se trouvait auparavant le mât des FREMM un bâtiment qui accueillera les fonctions du Central Opération du futur navire.

Tester les systèmes en conditions réelles

Pour y parvenir, en plus des batteries de tests et simulations conduites sur les équipements installés au SIF, le SESDA va éprouver les systèmes face à des situations réelles. « Nous avons des ingénieurs qui maîtrisent les systèmes et savent mesurer leurs performances, mais ce que l’on sait surtout faire ici, c’est dérouler des essais qui vont permettre de vérifier en conditions réelles ces performances », dit un responsable de la DGA. C’est pour cette raison que le centre, qui dispose de ses propres senseurs pour comparer les données de base recueillies par les systèmes testés et vérifier qu’elles sont correctes, est implanté sur la partie de la presqu’île de Saint-Mandrier tournée vers la Méditerranée. Avec au large un « zonex », espace maritime et aérien contrôlé mobilisable pour les essais. « La DGA est la seule autorité qui a toutes les compétences pour organiser et coordonner un essai permettant de tester les systèmes dans des situations opérationnelles représentatives. Cela va de l’obtention des autorisations administratives à la commande des moyens aériens et maritimes nécessaires, en passant par la sécurité du plan d’eau ». Pour cela, le SESDA, qui collabore si besoin avec le site DGA Essais de missiles du Levant,  s’appuie sur des équipes dédiées, des capteurs très précis et une grande salle de contrôle d’où, sous la responsabilité d’un directeur d’essais, sont coordonnées les campagnes de tests et la surveillance de l’environnement afin qu’elles se déroulent en toute sécurité.

 

La salle de contrôle des essais (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La salle de contrôle des essais (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Gagner du temps sur la construction et la mise au point des bateaux

Au final, l’intégration des équipements et du système de combat se fait indépendamment, et en avance de phase, par rapport à la construction du bâtiment, surtout quand il s’agit d’une tête de série. Ce qui est en fait indispensable pour respecter le calendrier du programme, rappelle Pierrick Etiemble : « 90 à 95% de l’intégration se fait ici, aucun système ou sous-système ne va à bord sans être préalablement testé. L’intégration en amont du système de combat et des senseurs permet de gagner du temps et de tenir les délais de livraison des bateaux. En effet, si nous devions faire l’intégration directement sur les bâtiments pendant leur construction, il nous faudrait plusieurs années de plus ! »

Des évolutions technologiques majeures avec les FDI

Après le Charles de Gaulle, les FDA et autres FREMM, l’heure est donc maintenant à l’intégration des senseurs des futures FDI. Un challenge d’autant plus important que ces frégates vont bénéficier d’évolutions technologiques majeures, à commencer par une numérisation complète des systèmes. Fini par exemple les calculateurs dédiés à chaque gros équipement. Les FDI auront un cœur informatique unique basé sur deux supercalculateurs situés à deux endroits différents de la plateforme pour assurer la redondance en cas de panne ou d’avarie de combat. C’est sur ces deux supercalculateurs que tous les systèmes puiseront la puissance de calcul nécessaire. Une architecture qui comprendra également, pour la première fois dans la flotte française, un système de défense nativement conçu pour contrer les menaces cyber, en préventif comme en réactif.

Sur la base de cette nouvelle architecture, les futures frégates françaises vont intégrer des systèmes de nouvelle génération digitalisés, ainsi que le concept de mât unique.

 

Vue des futures FDI (©  NAVAL GROUP)

Vue des futures FDI (©  NAVAL GROUP)

 

Le mât unique, une première pour la flotte française

Ce dernier est une première en France si l’on excepte le patrouilleur L’Adroit mis à disposition de la flotte française de 2011 à 2018 et revendu par Naval Group à l’Argentine (son mât unique était cependant bien moins complexe).

Contrairement aux précédentes frégates de la Marine nationale, les senseurs des FDI ne seront pas dispersés sur la plateforme mais, pour l’essentiel, regroupés sur une seule mâture, permettant une couverture panoramique sans effet de masquage lié à la présence d’un autre mât. Naval Group, en charge de la conception et de la réalisation des FDI, reprend à cet effet son concept de PSIM (Panoramic Sensors and Intelligence Module), déjà éprouvé sur les corvettes du type Gowind vendues à l’export. Réalisé et testé indépendamment de la plateforme, cette mâture en acier avec structure interne en aluminium va accueillir la plupart des systèmes électroniques et moyens de communication. Elle abritera aussi dans ses étages inférieurs le Central Opération et les locaux techniques associés, dont l’un des deux supercalculateurs concentrant toute la puissance informatique des systèmes dont seront équipées les FDI.

L’ensemble du PSIM ne sera pas reproduit tel quel à Saint-Mandrier, mais toutes les fonctions seront bien présentes. L’équivalent du CO des futures frégates françaises va par exemple, comme évoqué plus haut, être installé dans un bâtiment à proximité.

 

Le PSIM des futures FDI (©  NAVAL GROUP)

Le PSIM des futures FDI (©  NAVAL GROUP)

 

Le radar Sea Fire doit changer la donne

La partie reproduite à l’identique concerne la partie supérieure du PSIM, celle qui abrite en particulier le Sea Fire. Ce radar comprendra quatre antennes fixes offrant une couverture hémisphérique 3D (360°x90°) permanente pour une bulle de surveillance de plus de 400 km dans les airs et 80 km en surface. Le prototype de la mâture des FDI installé au SESDA ne comprendra que deux des quatre panneaux. Le premier a été récemment installé (face à la mer) et le second le sera dans les semaines qui viennent. « Nous n’avons pas besoin pour les essais des quatre antennes. Ce qui est important c’est de tester le fonctionnement simultané de deux panneaux et de l’arrête qui les sépare afin de s’assurer du passage d’un panneau à l’autre pour la poursuite d’une cible. Si cela marche avec deux antennes, cela marchera avec quatre », explique un ingénieur de Thales.

 

Le Sea Fire (©  THALES)

Le Sea Fire (©  THALES)

 

Le Sea Fire, premier radar multifonctions entièrement numérique à antennes actives, est conçu pour la défense étendue du navire contre des menaces aériennes et de surface, conventionnelles, asymétriques ou émergeantes, y compris les missiles antinavire supersoniques et les missiles balistiques. Capable de suivre et d’identifier simultanément jusqu’à un millier de pistes, ce radar, au-delà de la surveillance, sert à la poursuite des cibles, la désignation d’objectifs et la conduite de tir des missiles antiaériens, si besoin jusqu’à l’interception. Ses performances lui permettent selon ses concepteurs de pouvoir, le cas échéant, gérer l’engagement simultané de plusieurs dizaines de cibles, offrant ainsi une réponse aux attaques saturantes, par exemple d’aéronefs et/ou de missiles antinavire. Cela va dans l’absolu au-delà de la dotation en missiles surface-air Aster prévue à ce stade pour les FDI (16 armes) mais le nombre de lanceurs pourra au besoin être doublé et cette capacité s’inscrit aussi dans le cadre du développement des engagements coopératifs, c’est-à-dire la neutralisation par un bâtiment de menaces sur la base des informations transmises par une autre plateforme. Le Sea Fire offrira aussi une fonction de conduite de tir pour la tourelle principale, constituant ainsi une redondance avec le système principal (STIR 1.2 EO Mk2 de Thales) et même une capacité de contre-batterie, qui pourrait être utile dans des combats d’artillerie contre des canons adverses installés en zones côtières, situation face à laquelle les frégates françaises se sont retrouvées lors de l’intervention en Libye en 2011. Le Sea Fire est en effet conçu pour détecter l’origine d’un tir ennemi, prédire sa trajectoire et calculer le point d’impact de l’obus. L’idée est sur la base de ces informations de s'écarter de la zone de danger tout en ripostant sur la position de la batterie adverse. Cette capacité est toutefois, à ce stade, moins intéressante pour les plateformes navales que pour la version terrestre du radar, le Ground Fire, prévu pour être associé à des canons automoteurs comme le Caesar (155mm) dont la portée, et donc le temps de réaction, sont bien supérieurs à ce qu’offre l’artillerie navale choisie par la marine française, qui se limite aujourd’hui aux pièces de 76mm.

Alors qu’avec un radar traditionnel parabolique le faisceau dépend de la forme de la parabole, avec une limitation en élévation, une capacité de poursuite de cibles réduite et un problème de rafraîchissement des données compte tenu de la rotation de l’antenne, le SeaFire offre une couverture permanente dans toutes les directions de l’espace et une capacité à traquer de multiples cibles.

 

(©  THALES)

(©  THALES)

 

Les atouts d’un radar entièrement numérique

Le passage de la technologie analogique au tout numérique apporte qui plus est une puissance bien supérieure. Ainsi, les panneaux combinent des centaines de petites antennes d’émission et de réception. Chacun de ces capteurs effectue directement les calculs et, sur cette base, sont formés des faisceaux entièrement numériques. Au sein de la couverture hémisphérique qu’offre le Sea Fire, il est ensuite possible de concentrer une partie des capteurs sur des zones plus ou moins grandes afin par exemple de renforcer la surveillance dans un secteur où la probabilité de voir apparaître une menace est plus forte ou encore pour engager la poursuite de cibles. « Avec ces centaines d’émetteurs/récepteurs numériques sur chaque panneau, on obtient une très grande capacité à analyser rapidement les zones éclairées et un radar qui peut, à la fois, détecter de très petites cibles, comme des drones, mais aussi faire face aux menaces futures comme des cibles furtives et des missiles hyper-manœuvrants et hyper-véloces », assure-t-on chez Thales. Par rapport à l’ancienne génération de radars tournants, le rafraîchissement des données comme leur précision feraient un bond significatif : « Les données des radars tournants étaient au mieux rafraîchies une fois par seconde, là ce sera de l’ordre de 10 fois par seconde. Aucune cible connue ou prévue ne peut échapper à ce type de poursuite ».

Un autre avantage du numérique est son évolutivité : « le traitement radar pourra évoluer pour être adapté aux menaces qui émergeront à l’avenir. Il suffira pour cela de modifier le logiciel de traitement, qui est chargé sur les cartes numériques des panneaux à chaque mise sous tension du radar. Avec un seul disque, on fait les mises à jour de tout le système dans la baie dédiée qui sera située en bas de la mâture. C’est d’autant plus simple qu’avec le tout numérique, on dispose d’un jumeau digital qui permet de simuler complètement le fonctionnement du radar et facilite les développements et évolutions qui pourront être implémentés au fil des années ». La disponibilité du matériel, sa maintenance et la redondance, y gagnent aussi énormément. Thales estime ainsi que la fiabilité opérationnelle du Sea Fire sera deux fois supérieure à celle d’un radar tournant d’ancienne génération. Cela s’explique par l’absence de pièces mécaniques et rotatives, souvent sources d’aléas techniques. La répartition de la puissance de traitement sur un grand nombre de cartes et de capteurs réduit aussi sensiblement les conséquences d’une perte de certains d’entre eux. « Quand on dispose de plusieurs centaines de voix, on peut en perdre un nombre important sans impact sur le fonctionnement du radar. C’est pourquoi le Sea Fire est garanti sans maintenance pendant 45 jours au moins, ce qui représente la durée moyenne d’une mission ». Et quand il faut assurer la maintenance du radar, là aussi les choses sont facilitées.

 

La première antenne installée dans le mât du SIF (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La première antenne installée dans le mât du SIF (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Accès direct aux antennes depuis l’intérieur de la mâture

On le comprend immédiatement en visitant la mâture du SIF de Saint-Mandrier. L’étage abritant le radar offre en effet un espace interne important et un accès direct aux imposantes antennes du Sea Fire, qui mesurent chacune 2x2.5 mètres pour un poids de 2 tonnes. Des équipements qui seront montés sur plots élastiques pour amortir les chocs et auxquels les marins pourront accéder directement par l’intérieur de la mâture. De là, les cartes numériques devant être remplacées pourront l’être très simplement. Au nombre de 150 par panneau, elles sont regroupées par paquets de 10 sur 4 modules. Pour y accéder, il suffit d’ouvrir un panneau. « Nous avons vraiment privilégié la maintenabilité du produit avec cette possibilité de changer facilement les cartes et de pouvoir éteindre un panneau pour travailler dessus tout en laissant fonctionner les trois autres. Il y a également beaucoup moins d’objets différents constituant le radar, 10 fois moins par exemple que l’Herakles. Au final, la probabilité d’être confronté à une panne critique du radar est très faible », affirme un ingénieur de Thales.

 

 

L'un des quatre modules de cartes avec panneau d'accès ouvert (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

L'un des quatre modules de cartes avec panneau d'accès ouvert (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Première livraison à Lorient en 2020

Thales, qui produit sur son site de Limours le Sea Fire avec le concours des entreprises Sermati (210 employés à Saint-Céré dans le Lot) et UMS (environ 400 salariés à Villebon-sur-Yvette), a réalisé un prototype de panneau puis reçu la commande des cinq premiers radars de série destinés à équiper les cinq futures FDI. Alors que la première de ces frégates verra sa construction débuter à la fin de ce mois sur le site Naval Group de Lorient, en vue d’une réception par la Marine nationale en 2023, Thales livrera à Lorient le Sea Fire destiné à ce bâtiment dès l’année prochaine. Les quatre autres suivront, les livraisons incluant les deux antennes testées à Saint-Mandrier, qui seront envoyées à Lorient une fois tous les essais conduits au SESDA.

 

(© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

(© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

D’autres systèmes à tester

En dehors du radar principal des nouvelles frégates françaises, dont les antennes sont surmontées par celles du radar secondaire d'identification des aéronefs (IFF), le SESDA va aussi tester d’autres senseurs et moyens de guerre électronique destinés à ces bateaux. Avec notamment les radars de navigation Terma, les deux systèmes optroniques Paseo XLR fournis par Safran ou encore un système de vision à 360° développé par Bertin Technologies, filiale du groupe CNIM. Certains de ces équipements seront positionnés en contrebas de la mâture installée sur le SIF. Celle-ci se trouve en effet très en hauteur par rapport au niveau de la mer, ce qui n’est pas un problème pour les radars principaux. Pour d’autres systèmes, en revanche, il faut un positionnement plus représentatif de la future installation sur les frégates. C’est pourquoi la falaise a, depuis longtemps, été aménagée pour pouvoir accueillir des senseurs à différentes hauteurs, avec notamment un long rail courant jusqu’à la mer, à plusieurs dizaines de mètres en contrebas, grâce auquel il est possible de positionner un équipement au niveau désiré. C’est ainsi que la falaise a été au fil des décennies aménagée de différentes structures, dont tout en bas un ancien dispositif en béton qui servait naguère à expérimenter des systèmes destinés aux sous-marins.

 

La falaise (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La falaise (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La falaise (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La falaise (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La falaise en juin 2014 (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La falaise en juin 2014 (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Le nouveau concept d’autodéfense rapprochée à tester

C’est sur cet espace que seront en particulier testés les systèmes contribuant à l’autodéfense à courte portée des FDI. Un domaine qui constitue une autre grande avancée initiée avec ces frégates, les premières à disposer d’un local dédié à la défense rapprochée du bâtiment, en particulier contre les menaces asymétriques. Des écrans diffuseront en temps réel les images vidéo issues de la couronne de caméras et des Paseo XLX. Cette situation autour de la frégate pourra être agrémentée avec l’emploi de la réalité augmentée, afin d'aider les opérateurs en enrichissant la situation visuelle avec des informations provenant de différents senseurs ou bases de données. C’est également depuis cet Asymetric Warfare Center (AWC), qui sera armé par cinq marins, que seront contrôlés les moyens actifs d’autodéfense de proximité de la frégate. Ceux-ci comprendront deux canons télé-opérés de 20mm du type Narwhal (Nexter) ainsi que des moyens non létaux, projecteurs stroboscopiques permettant de lancer des signaux d’alerte lumineux à des bateaux en approche ou d’aveugler le pilote d’une embarcation au comportement hostile, ou encore des systèmes à ultrasons de type LRAD.

Comme le CO classique, l’AWC sera aussi testé au SIF, avec là encore pour qualifier l’ensemble du dispositif des essais avec le concours de différents moyens aériens, de surface ou même sous-marins.

Alors que le prototype du mât des FDI va continuer dans les prochaines semaines d’être agrémenté des équipements devant être testés, les premiers essais du Sea Fire sont attendus en novembre.

Le SIF restera en place à Saint-Mandrier jusqu’à la mise en service de la première frégate de ce type, prévue en 2025, et peut-être même un peu au-delà en fonction des besoins.

 

Marine nationale Thales Naval Group (ex-DCNS)