Radar pour avion : l’effet Doppler dans le trafic aérien
Dans le cas du radar de contrôle aérien, les écrans lumineux des tours indiquent la position actuelle des avions. Grâce à l’effet Doppler, la vitesse peut également être affichée, ce qui permet en même temps de ne pas afficher les objets immobiles comme les bâtiments ou les collines. (Suppression des cibles fixes)
Dans un radar panoramique, des ondes d’une longueur d’onde de l’ordre du centimètre sont émises par exemple mille fois en une seconde pendant une microseconde. Quelle distance parcourent les ondes radio en un millième de seconde ? En une seconde, 300.000 km, en un millième de seconde, donc 300 km. Pour obtenir un écho à 1000 impulsions/s, un objet doit donc se trouver à moins de 150 km, car les ondes radio doivent faire l’aller et le retour, et il ne reste qu’à peine un millième de seconde pour cela.
Le principe du VOR Doppler
Le VOR Doppler (prononcer vi-ou-ar) est un radiophare tournant, particulièrement précis, pour le trafic aérien. On peut le comparer à un phare pour les bateaux :
Dans un phare, le phare tourne avec un temps de rotation déterminé (fréquence) et clignote en plus lorsque le phare pointe vers le nord. C’est à la fréquence que l’on reconnaît un phare donné. En comparant le temps écoulé entre la « marque du nord » et l’allumage du phare, le navigateur à bord du bateau peut déterminer dans quelle direction se trouve le bateau vu du phare. La luminosité permet d’estimer la distance et, avec la direction du navire, de déterminer le cap du bateau.
Un VOR Doppler génère un faisceau radioélectrique rotatif dans une gamme de fréquences supérieure à 100 MHz et un signal omnidirectionnel lors du passage par la direction du nord. On obtient ainsi la direction exacte vers la station VOR.
En outre, l’avion envoie un signal auquel la station au sol répond. La distance est déterminée à partir de la durée jusqu’à l’écho et la vitesse à partir du décalage de fréquence dû à l’effet Doppler (procédé DME). Toutes les données importantes pour la navigation (guidage) de l’avion sont ainsi connues.
Vitesse supersonique : effet Doppler extrême
L’élève de Doppler, Ernst Mach, s’est intéressé au vol à la vitesse du son (340m/s = 1 Mach, environ 1200 km/h) :
L’avion qui se déplace par rapport à l’air « pousse » l’onde sonore dans la direction du vol. Lorsque l’avion s’approche de la vitesse du son, le front d’onde se concentre devant l’avion pour former ce que l’on appelle le « cône de Mach » (« mur du son »). En dépassant la vitesse du son, l’avion franchit le mur du son et une forte détonation est audible à des kilomètres à la ronde.
Si un avion vole à une vitesse supérieure à 1 Mach, c’est-à-dire à une vitesse supersonique, on ne peut l’entendre que lorsqu’il est déjà passé. Une balle de fusil vole également plus vite que le son (500 … 800 m/s).
Les avions de ligne volent jusqu’à une vitesse d’environ 0,8 Mach, les avions militaires jusqu’à 2 ou 3 Mach.
