Domein Mobility, Systems and Protection (MSP)
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Domein Mobility, Systems and Protection (MSP)
Le domaine MSP regroupe des disciplines spécifiques et essentielles au développement et à la connais-
sance des systèmes mobiles et des systèmes d’armes, de même qu’à leur protection physique, notam-
ment celle de l’infrastructure associée et celle du personnel contre les dangers d’une attaque CBRNE,
sans omettre les interactions du monde militaire avec l’environnement. Dans ce sens, il a de nom-
breux points communs avec le domaine Human Factors and Medicine. En 2009, la Défense a appuyé
27 études dans ce domaine.
Sciences et technologies en support tuent un creuset de thèmes de recherches de
aux opérations plus en plus important.
La capacité d’engagement des forces armées Les moyens matériels, le personnel et les in-
et de leurs moyens constitue un élément im- frastructures tant sur le territoire national
portant de la conduite des opérations. L’éla- qu’en opérations, sont autant de maillons
boration, l’adaptation, la maintenance des soumis à des risques sécuritaires dont le ca-
plates-formes y compris leur adéquation opé- ractère de plus en plus souvent asymétrique
rationnelle, l’analyse du rendement, les coûts dépasse les mesures de protection classiques.
de propriété, l’intégration aux systèmes, ainsi En outre, l’exposition aux matières toxiques,
que les effets de l’environnement et des en- bactériologiques, radiologiques ou corrosives
veloppes de fonctionnement élargies consti- constitue des défis qui doivent aboutir au
tuent des défis d’actualité. développement de méthodologies et de tech-
niques permettant de déterminer l’aptitude
La conception des plates-formes – véhi- de ces ressources à exécuter les tâches voulues
cules, navires, aéronefs – et de l’infrastruc- quand elles sont appelées à le faire et de les
ture conduit naturellement à s’intéresser aux ramener à un état utilisable. En particulier,
matériaux à la base de toute réalisation mais les moyens de protection proposés au person-
également aux sollicitations dynamiques très nel doivent bénéficier du développement de
complexes que leurs structures de plus en nouveaux matériaux, de techniques de réduc-
plus sophistiquées sont appelées à subir. tion de signature, d’atténuation des effets qui
doivent compléter les systèmes de détection,
Au confluent des matériaux, de la chimie et de diagnostic et de contrôle.
de la physique, le secteur de l’énergétique au
sens le plus large, constamment au cœur des Dans le même contexte, les opérations, voire
débats, est également dimensionnant dans même l’instruction ne sont pas sans consé-
les applications de défense. La probléma- quences sur l’environnement. Il y a lieu d’en te-
tique générale des énergies embarquées, leur nir compte et de minimiser ces conséquences
stockage, leur conversion, leur restitution, sans effets négatifs sur les opérations. Ici, la
leurs effets et signatures constituent un mise au point de technologies de protection
champ d’investigation important. Le do- de l’environnement cadre également dans les
maine des matériaux hautement énergé- activités de recherches du domaine MSP.
tiques, de la létalité, de la conception et des
effets des armements, ainsi que les problèmes Bien que le facteur humain soit traité dans le
de sécurité physique qui en découlent, consti- domaine HFM, il n’en est pas moins trans-
Activités de recherche de la Défense 47
versal et son importance n’est plus à démon- Le centre de recherche Mobile Intelligent
trer. Le personnel doit être protégé contre les Information Security Systems (MOBINISS)
risques divers comme les armes, les toxines situé à l’École royale militaire (ERM) a mené
d’environnement et les maladies. Par ailleurs, six études sur la sécurité en 2009. Deux ap-
il importe de connaître l’aptitude du person- proches ont été appliquées. La première
nel à exécuter les tâches prévues dans toutes s’est focalisée sur la sécurité intrinsèque des
les circonstances. Ainsi, les moyens de protec- véhicules (terre, air et mer), leur protection
tion du personnel doivent tirer avantage du et leurs chances de survie. La deuxième ap-
développement de nouveaux matériaux, de la proche s’est focalisée sur la sécurité des opé-
limitation de signature ou de la diminution rations à l‘étranger. La recherche menée dans
d’effets comme complément de la détection, ce centre de connaissance comprend énormé-
des diagnostics ou des systèmes de contrôle. ment d’aspects et autant de points communs
avec d’autres domaines de recherche. Des sy-
nergies sont développées avec d’autres centres
Les centres de connaissances de connaissance belges ou étrangers, civils
ou militaires, comme DLD et DYMASEC
La plupart des études menées au sein du do- (Dynamics of Security Materials).
maine Mobility, Systems and Protection sont
réparties dans quatre centres de connaissance. DYMASEC se situe également à l’ERM.
Ce centre s’intéresse aux réactions de struc-
Les Laboratoires de la Défense (DLD) à tures et de matériaux à des stimulations dy-
Peutie ont mené en 2009 une série de six re- namiques. L’étude des mécanismes de cor-
cherches situées du côté système du binôme rosion des matériaux, comme les métaux et
homme-système. Cela démontre clairement les composites, est aussi du domaine de ce
le lien et l’interaction étroits entre les diffé- centre, tout comme les effets de la vitesse
rentes disciplines. Les activités de recherche balistique terminale ou des stimulations dy-
menées dans ces laboratoires spécialisés sont namiques provoquées par des explosions. La
étroitement liées à l’appui direct aux diffé- fabrication d’explosifs et de matériaux, de
rentes composantes de la Défense, notam- systèmes balistiques et de systèmes d’armes,
ment sur le plan de la détection et de l’iden- les effets d’explosions font également par-
tification d’agents toxiques (CBRNE) et de tie du domaine de recherche de ce centre.
la protection des forces armées, du matériel DYMASEC a mené cinq études en 2009.
et de l’infrastructure contre ces agents. À
part cela, les laboratoires donnent aussi des Le LPP, le Laboratoire de Physique des Plas-
conseils techniques et scientifiques au dé- mas, est un centre de recherche en fusion
partement Material Resources (Systems Di- nucléaire au sein de l’ERM, financé par l’As-
vision) de l’État-major de la Défense dans sociation EURATOM- État belge. La partie
le cadre du « Life Cycle Support » (LCS). principale de la recherche est réalisée dans
D’autres recherches ont trait aux caracté- le cadre d’un accord de coopération euro-
ristiques des produits pétroliers, et ce non péenne dans le domaine de la construction
seulement à la lumière de leur application à d’un réacteur de fusion nucléaire comme
la Défense. On pense aussi aux combustibles TEXTOR (Forschungszentrum Jülich, en
alternatifs comme les biocombustibles. Les Allemagne) et JET ( Joint European Torus,
caractéristiques des textiles et matériaux si- Culham, au Royaume-Uni). Les chercheurs
milaires font également partie du domaine travaillent actuellement au développement
d’expertise des Laboratoires de la Défense. d’un système de chauffage du plasma. Dans
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le même contexte le LPP participe aussi au
développement du prototype du nouveau
réacteur de fusion nucléaire ITER dont la
construction à Cadarache (France) vient de
débuter. En 2009, deux études ont été me-
nées par le LPP.
Dans les pages suivantes trois études du do-
maine MSP sont présentées :
■ élaboration d’une méthodologie pour
quantifier les effets d’une explosion sur
une structure de forme complexe dans L’effondrement progressif est une situation
un environnement bâti ; dans laquelle une défaillance locale dans une
■ développement des capacités d’autono- structure conduit à des dommages généraux
mie des robots mobiles terrestres pour disproportionnés et très dispersés. Pour une
améliorer la sécurité lors de l’exécution grande panoplie d’événements comme les
de missions à risques ; explosions, l’écroulement progressif est un
■ navire virtuel : intégration dans un mo- phénomène dynamique qui implique un de-
dèle des résultats des différentes études gré élevé de déformations se produisant très
relatives à la mobilité navale. rapidement. C’est pourquoi la réaction des
éléments structurels ou de la structure com-
plète entraînera probablement des consé-
Élaboration d’une méthodologie quences dynamiques et non linéaires (tant
pour quantifier les effets d’une géométriques que dans la réaction matérielle).
explosion sur une structure de Parce que le béton est un matériau générant
forme complexe dans un une augmentation significative de la résistance
environnement bâti en fonction du degré de déformation, une re-
présentation exacte de ses conséquences sur le
niveau matériel est requise pour la simulation
de tels phénomènes.
Pour y aboutir, on se sert d’un rayon mul-
tifibre tenant compte des effets du degré de
déformation, y compris les renforts longitu-
dinaux en acier. Un modèle viscoplastique a
été retenu pour l’introduction des effets du
degré de déformation du béton et des fibres
Cette étude traite de la modélisation de d’acier, ce qui a conduit à un relèvement de
structures en béton armé dans le cadre de la tension finale ; en pratique, on constate
simulations d’écroulement progressif. La fi- avec l’introduction de facteurs de renforce-
nalité consiste à développer une méthode ment dynamique au niveau du matériel que
numérique pour la simulation d’écroulement les performances des matériaux de construc-
progressif tenant compte des effets du degré tion semblent plus importantes lors d’efforts
de déformation. Elle se compose d’un code dynamiques élevés que pour des charges
d’éléments finis développé avec le module lo- statiques. Cet aspect est une contribution
giciel Matlab. innovante de l’étude : l’application de lois
Activités de recherche de la Défense 49constitutives particulières (relations unidi- progressif. Les simulations numériques sont
mensionnelles tension-déformation) dans exécutées sur des cadres plats puis comparées
un modèle de rayonnement multifibre par- aux résultats obtenus par des approches clas-
faitement lié permet de tenir compte d’une siques indépendantes du degré. Cela permet-
relation dépendant du degré de déformation tra d’évaluer si la redistribution progressive
entre la tension (ou les forces internes dans de la charge par la perte d’un élément struc-
les matériaux) et la déformation (ou les mal- turel est déterminée par le niveau du degré
formations des matériaux) au niveau de la de déformation. Les résultats de cette étude
structure. En outre, les conséquences structu- contribueront à des améliorations dans le
relles de l’inertie sont également modélisées secteur de la construction, à des bâtiments
dans cette étude, étant donné qu’elles sont plus résistants et à une sécurité accrue pour
présentes dans n’importe quel phénomène les occupants.
dynamique, et donc doivent également être
prises en compte dans des analyses d’écroule-
ment progressif. Les calculs structurels com- Développement des capacités
plets sont exécutés sur des cadres plats, dans d’autonomie des robots mobiles
le but d’étudier la réaction dynamique et en terrestres pour améliorer la sécurité
fonction du degré d’une structure lorsqu’elle lors de l’exécution de missions à
est soumise à une perte soudaine d’un appui, risques
suite à une explosion ou toute autre cause
volontaire ou non. L’illustration ci-dessous
montre une reproduction simplifiée d’un
bâtiment perdant au rez-de-chaussée une co-
lonne de support et indique la déformation
(amplifiée) qui en découle, avec le modèle
numérique proposé.
L’objectif principal de ce projet est le déve-
loppement de robots mobiles intelligents ca-
pables d’accomplir des missions dans des ap-
plications à risques tant civiles que militaires.
Le premier domaine de recherche se focalise
sur l’amélioration de l’intelligence des robots
mobiles. Le développement d’algorithmes de
coopération entre robots constitue le second
axe de recherche.
Afin de pouvoir mener à bien des tâches
La dernière partie de ce projet doit vérifier si utiles les robots doivent posséder des capa-
la dépendance du degré de déformation au cités de perception et de raisonnement sem-
niveau matériel peut avoir un effet significatif blables aux nôtres. Pour un être humain se
sur le comportement structurel et en particu- déplacer dans un environnement inconnu
lier sur le mode de défaillance de structures est une tâche banale, cela est loin d’être tri-
en béton armé subissant un écroulement vial pour un robot. On équipe pour cela le
50robot d’une série de
capteurs, comme
des caméras, mais
aussi des appareils
Laser et à ultrasons,
lui permettant de se
localiser et de per-
cevoir le monde qui
l’entoure. La mise
en commun de ces
données augmente
non seulement la
précision mais éga-
lement la fiabilité de
la perception. L’uti-
lisation conjointe de capteurs dans les roues car elle détermine l’efficacité du contrôle.
du robot, de capteurs inertiels et d’un récep- L’étude et le développement de nouvelles
teur GPS avancé permet de connaître préci- méthodes de fusion sont une des activités
sément la position du robot. À partir de ces principales de ce projet.
données on peut construire une carte qui est
exploitée par le robot pour se situer dans son Avant d’exploiter de nouveaux algorithmes
environnement et se déplacer tout en évitant sur des robots, il est intéressant de les tester
les obstacles. Le développement de méthodes en simulation. Nous développons pour cela
de fusion de données et d’algorithmes de na- des simulateurs qui permettent de reproduire
vigation est un des axes principaux de notre fidèlement le monde réel. On peut simuler le
recherche. mouvement des robots en trois dimensions,
détecter des collisions, percevoir l’environ-
nement à l’aide de capteurs virtuels… Un
autre avantage des simulateurs est de pou-
voir travailler avec des types de robots que
l’on ne possède pas ou avec plusieurs robots
simultanément. Cela permet notamment de
réduire les coûts de développement, d’antici-
per l’acquisition de nouveaux systèmes ou de
collaborer avec d’autres centres de recherche
utilisant des robots différents. Ces simula-
Les commandes de déplacement du robot teurs nous permettent de mettre au point
sont calculées par un système de contrôle so- des méthodes de contrôle distribué pour des
phistiqué qui exploite les capacités d’un ro- groupes de robots dans le cadre d’applications
bot mobile intelligent, à savoir la perception, de recherche et d’aide aux personnes (Search
le raisonnement et la mobilité. Nous utili- and Rescue) et de surveillance dans des envi-
sons pour cela un contrôle comportemental ronnements urbains. Ces algorithmes coopé-
(Behaviour Based) qui combine des réactions ratifs permettent d’améliorer l’efficacité des
de base comme l’évitement d’obstacles ou la missions effectuées par un groupe de robots
navigation vers une position donnée. Cette en optimalisant la recherche d’information
fusion des comportements est primordiale et en évitant les conflits entre individus.
Activités de recherche de la Défense 51Grâce aux technologies développées dans des navires de la Composante Maritime
ce projet, les robots seconderont plus effi- et modélisation de ces signatures ;
cacement les militaires dans des missions à ■ étude des vibrations générées par les di-
risques, comme la détection et le désamor- verses installations à bord d’un navire
çage de colis piégés, ou répétitives, comme et modélisation de leur interaction avec
la surveillance et la sécurisation d’infrastruc- la structure – Développement d’une
tures. Ces mêmes systèmes pourront éga- chaîne de calcul d’avant-projet de navire.
lement aider les services de secours lors de ■ détection d’objets dérivants par des sen-
catastrophes en localisant, par exemple, les seurs placés à bord de navires ;
victimes dans des endroits dangereux. ■ carte de risque pour les objets enterrés
sous le fond de la mer ;
■ étude des véhicules marins inhabités de
Navire virtuel : intégration dans un surface (Unmanned Surface Vehicle) ;
modèle des résultats des différentes ■ classification basée sur des images à très
études relatives à la mobilité navale haute résolution obtenues par sonar à
ouverture synthétique et investigation
de l’apport des méthodes bistatiques ;
■ utilisation de capteurs électromagné-
tiques pour la détection et la classifica-
tion d’objets en milieu maritime ;
■ détérioration et fatigue des composants
pour application dans le domaine ma-
ritime – Développement d’un code de
calcul en cas de heurt d’un navire.
L’étude « Navire virtuel » a pour but d’inté-
grer ces études dans une architecture informa-
Un navire militaire est un vecteur conçu tique ouverte. Cet outil convivial pourra être
pour mettre en œuvre des systèmes d’armes étendu à d’autres simulations pour permettre
offensifs et d’autodéfense. Sur ce vecteur à l’état-major de la Composante Maritime de
sont confinés, dans un espace relativement vérifier avec les gestionnaires de matériel de
restreint, des systèmes et un équipage qui la Direction Générale Material Resources la
doivent cohabiter, isolés physiquement faisabilité d’un nouveau besoin capacitaire.
du reste du monde pour une durée plus ou Cette vérification débouchera soit sur la ré-
moins longue. Le navire militaire constitue daction des spécifications en vue d’identifier
donc un système social et technique com- des programmes en coopération en cours ou
plexe dont l’optimalisation est une nécessité. à venir afin de les rejoindre pour l’acquisition
La recherche apporte des réponses aux pro- de l’équipement, soit sur la rédaction d’un ca-
blèmes qui se posent dans ce contexte. Les re- hier de charge pour l’acquisition via un mar-
cherches réalisées ou en cours au bénéfice des ché public. Cet outil est également utile pour
capacités de la Composante Maritime sont vérifier la faisabilité de refonte majeure des
les suivantes : capacités existantes. Un navire virtuel peut
■ gestion des signatures acoustiques et également être utilisé comme démonstrateur
magnétiques générées par un navire ; de fonctionnalité opérationnelle, comme si-
■ sonar à ouverture synthétique ; mulateur d’entraînement par exemple pour
■ étude des signatures radar et infrarouge la lutte contre les avaries, la mise en œuvre
52l’interopérabilité et la réutilisation de si-
mulateurs existants. Ce projet conduit par
la Défense belge est un pionnier dans cette
matière.
D’un point de vue informatique, le standard
HLA n’autorise à fédérer que des simulateurs
écrits en C++ ou JAVA. Comme chacune des
études MRN a développé des simulations uti-
lisant d’autres langages, des solutions doivent
être trouvées pour intégrer ces derniers dans
C++ ou JAVA (interfaces et convertisseurs
d’un hélicoptère, la mise à l’eau ou la récupé- de données). La majeure partie du travail
ration d’un drone. réalisé dans le cadre de cette étude consiste
donc à modifier des programmes existants
L’architecture utilisée est le standard OTAN pour permettre les communications entre ces
High Level Architecture (HLA, standard différents langages. La méthodologie du pro-
IEEE 1516). Il s’agit d’une architecture dis- jet consiste à développer pour chaque étude
tribuée qui permet à plusieurs simulateurs MRN, un démonstrateur HLA permettant à
de communiquer entre eux pour former un chaque simulation de communiquer avec les
grand simulateur dénommé « fédération ». autres. Un « Federation Prototype » pourra
Ainsi, le but de HLA est de promouvoir ainsi être construit.
Activités de recherche de la Défense 53Cette étude est réalisée en coopération avec
les institutions universitaires de Liège (ULg)
et de Gand (UGent). Ce projet suscite aussi
de nombreuses approches pour collaborer au
projet via les organisations internationales
NATO Modelling and Simulation group
NATO (NMSG), au MSG-050 « HLA wor-
king group » et Naval Armaments Group –
Maritime Capability Group 6 sub-group 61
on VIRTUAL SHIPS.
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