Prédire les interactions électromagnétiques complexes

L'interview

Qu’est-ce que le projet Fermat ?

Jean Latger : Fermat est un projet combinant de l’électromagnétisme et de l’informatique. Il a donné naissance à un logiciel destiné à modéliser les ondes électromagnétiques et à prédire leurs interactions avec des scènes complexes. Il est adapté aux hautes fréquences, notamment radar, et aux terrains de plusieurs centaines de kilomètres, ce qui est vraiment innovant. Mais Fermat est aussi et surtout un produit commercialisé par Oktal SE sous l’appellation SE-RAY-EM, qui enregistre de gros succès commerciaux ! L’armée allemande et l’armée suédoise l’utilisent, la Corée du Sud, Singapour, la Chine, le Japon, Taïwan et l’Inde sont intéressés. Paradoxalement, la Direction Générale de l’Armement, à l’origine du prix « Science et Défense » remis au projet Fermat, ne l’utilise pas encore. Et, bien sûr, l’Onera s’en sert régulièrement. Le mode de coopération entre l’Onera et Oktal-SE est d’ailleurs original : Oktal-SE est responsable du produit final, qu’il édite, met à jour et vend au client. L’Onera peut toucher des redevances sur les ventes, mais c’est surtout le droit d’utiliser gratuitement ce logiciel qui l’intéresse. Ainsi, l’Onera peut vendre ses propres études réalisées avec notre produit commun.

Comment s’est déroulée la collaboration ?

JL : L’Onera a apporté ses compétences en électromagnétisme, notamment les méthodes asymptotiques adaptées aux hautes fréquences des radars et son expertise dans les applications. L’Université Paul Sabatier a joué un rôle dans les développements théoriques, et a co-encadré les étudiants participant à ce projet. De notre côté, nous avons mis au point tout l’aspect informatique de Fermat, grâce à notre maîtrise de deux outils. D’une part, la technique dite de « lancer de rayons », bien connue dans le domaine de l’infographie, du jeu vidéo et du cinéma numérique, qui permet de représenter une scène complexe en tenant compte des reflets, de l’ombre portée, etc. D’autre part, nous apportons nos compétences en « modeleurs de terrain » : c’est l’outil permettant de créer des scènes en trois dimensions (« maquettes virtuelles ») à partir de données géographiques en deux dimensions.

Quelles sont les applications de ce logiciel ?

JL : Elles sont nombreuses. Par exemple le calcul de « Surfaces Equivalente Radar » (SER), qui caractérise la signature radar d’un objet en fonction de la direction d’observation. Ou encore la simulation de l’environnement électromagnétique de sites tels que les aéroports, dans lesquels les nombreux équipements électromagnétiques interagissent et peuvent se perturber mutuellement. Le calcul des interactions électromagnétiques permet de prédire et de limiter cette gêne. D’autres applications concernent la synthèse d’images radar, par exemple pour étudier l’intérêt d’un radar imageur dans un système complexe. Nous nous intéressons aussi à l’étude du couplage entre une antenne et une structure, afin d’optimiser son positionnement. Dans tous les cas, le logiciel Fermat ne peut pas être utilisé seul. C’est un maillon dans une chaîne complexe. Il doit être associé à des données et à des modèles physiques en amont, à des modélisations technologiques en aval, fournis par le client ou l’Onera.

Oktal, Oktal SE :
une histoire toulousaine

Lorsqu'en 1989, Thalès décide de revenir à Cergy Pontoise après quelques années passées à Toulouse, huit ingénieurs choisissent de rester dans la ville rose. Ils y fondent une société de service en ingénierie informatique, nommée Oktal en référence aux huit fondateurs. Spécialisée en image de synthèse, elle emploie aujourd'hui 120 personnes et crée notamment des simulateurs d'entraînement pour l'automobile, l'industrie ferroviaire… En 2001, Jean Latger, l'un des huit fondateurs, crée Oktal-SE, destiné aux marchés de la défense et de la sécurité, qu'il dirige encore aujourd'hui. « Nos compétences sont la simulation d'études et l'édition de logiciels sur l'environnement synthétique, indique le PDG. Notre but n'est pas de grossir à tout prix, mais de développer cette niche technologique, où nous sommes parmi les meilleurs mondiaux. » Le prix « Science et Défense », qui récompense chaque année une réalisation scientifique et technique remarquable intéressant la Défense Nationale, lui apportera une visibilité et une reconnaissance scientifique supplémentaires. « Il est rare qu'une PME le reçoive », constate Jean Latger avec fierté.
www.oktal-se.fr

L'Onera : un lien
entre université et PME

Loin de leur tour d'ivoire, les chercheurs de l'Onera savent travailler aussi bien avec des universitaires sur des aspects fondamentaux qu'avec des industriels pour développer des produits. Le projet Fermat est l'exemple parfait d'une telle collaboration « Nous souhaitions valoriser les résultats de nos recherches, raconte André Bergès, l'un des trois chercheurs du Département ElectroMagnétisme et Radar (DEMR) impliqué dans le projet. En plus d'apporter nos compétences en électromagnétisme, nous avons fait le lien entre la recherche universitaire, les applications et le transfert vers la PME Oktal-SE » Outre les trois chercheurs en poste à l'Onera, André Bergès, Henri-José Mametsa et Vincent Gobin, le projet a mobilisé trois étudiants en thèse. La proximité géographique des trois organismes s'est avérée cruciale. « Un tel projet était inenvisageable avec un partenaire lointain », soulignent les protagonistes, tous toulousains. L'aventure n'est d'ailleurs pas finie, il reste bien d'autres applications de l'outil Fermat à développer.

Une physique innovante

Fermat est l'acronyme de Fonctionnalités pour l'Electromagnétisme et le Radar par les Méthodes AsympTotiques. Les méthodes habituelles de calcul, fondées sur les équations de base de l'électromagnétisme, fonctionnent bien lorsque les objets de la scène sont petits par rapport à la longueur d'onde. Elles sont donc idéales aux grandes longueurs d'onde pour des scènes de quelques dizaines de mètres. Mais lorsqu'on s'intéresse aux longueurs d'onde centimétriques et millimétriques, qu'utilisent, par exemple, les radars militaires, et qu'on explore de grandes scènes, ces méthodes ne sont plus adaptées. Le développement d'autres méthodes, dites « asymptotiques », a permis de prendre en compte des terrains de plusieurs centaines de kilomètres, avec des ondes électromagnétiques de petite longueur d'onde.

CM

La méthode de simulation repose sur les lois de l'Optique géométrique [OG] et celles de la Théorie physique de la diffraction [TPD]

L'album
 

Modèle numérique de terrain [MNT] dont les différents éléments sont enrichis de propriétés physiques

Image SAR calculée à partir du MNT précédent, grâce à Fermat [lancer de rayons + aux équations de l'électromagnétisme]

Modèle numérique de terrain avec végétation et infrastructures

Modèle d' nfrastructure aéroportuaire (Aéroport de Blagnac)

Modèle de véhicule militaire, cible potentielle, avec ses propriétés physiques de diffraction des ondes électromagnatiques

Calcul du champ proche d'antennes de téléphonie mobile