EMP et armes électromagnétiques

Les EMP ou impulsions électromagnétiques (IEM), sont des armes redoutables capables d'endommager les systèmes électroniques, qu'ils s'agissent d'ordinateurs, de véhicules personnels ou encore de systèmes d'armes. Ces systèmes sont des armes de guerre électronique (EW), qui peuvent brouiller des signaux ou endommager des systèmes électroniques et informatiques, mais les IEM constituent également des armes stratégiques, de part leur capacité à endommager des systèmes critiques et à rendre inopérantes des infrastructures entières.

EMP nucléaire

L'impulsion électromagnétique nucléaire (IEMN ou NEMP), est un phénomène électromagnétique lié à une explosion nucléaire. Les rayonnements gamma libérés au cours de l'explosion entrent en interaction avec les molécules de l'atmosphère (effet Compton), générant un champ électrique de haute intensité (plusieurs kilovolts par mètre) qui se propage en une fraction de seconde, y compris à la surface du sol.

Les effets produits par une IEMN, sont classés en trois catégories (components); E1 caractérise le champ électrique de haute intensité qui se propage à très grande vitesse et dans un temps très court, produisant des effets destructeurs sur les composants électroniques; E2 caractérise des effets électromagnétiques proches de ceux de la foudre; E3 caractérise une impulsion qui se propage à une vitesse relativement faible et dont les effets sont proches de ceux causés par une tempête géomagnétique, comme celles causées par les éruptions solaires.

Le rayon de propagation de cette impulsion électromagnétique augmente sensiblement avec l'altitude à laquelle l'explosion nucléaire est déclenchée. Une charge explosant entre 80 et 130km d'altitude pourrait produire une IEM dans un rayon d'au moins 800 kilomètres. Ce sont donc les impulsions électromagnétiques de haute altitude (IEM-HA ou HEMP) qui inquiètent le plus les armées et les gouvernements, du fait de leur grand rayon d'action et en particulier les IEM déclenchées dans l'espace.

Ces impulsions EM à haute altitude ont la capacité d'endommager les circuits électroniques et certains systèmes électriques, dans un large périmètre autour de l'explosion. Les IEM-HA ont également la faculté d'interférer avec les fréquences des radiotransmissions et d'endommager les appareils de transmissions, en particulier ceux dotés de larges antennes, jusqu'à plusieurs milliers de kilomètres de l'explosion.

Des dégâts d'origine électromagnétique ont été observés dès les premiers essais nucléaires, mais il a fallut attendre les années 60 pour que le phénomène d'IEM soit pleinement reconnu, notamment grâce aux essais nucléaires spatiaux Starfish (USA) et Opération K (URSS). Le développement de charges nucléaires spécifiquement conçues pour des attaques électromagnétique demeure largement classifié, toutefois, des experts estiment qu'une petite charge nucléaire peut être modifiée afin de maximiser son IEM et ce, à partir d'informations largement disponibles, par des moyens licites et illicites. La mise en œuvre d'une charge nucléaire à une altitude suffisante pour la rendre efficace dans le cadre d'une attaque EM, nécessite également la maîtrise d'un vecteur adéquat, tel qu'un missile balistique.

La Russie et la Chine possèderaient déjà les technologies nécessaires pour lancer une attaque HEMP. L'Inde et le Pakistan pourraient développer ces technologies en quelques années. La Corée du Nord, pour sa part, pourrait atteindre un niveau technique suffisant d'ici à 2025. La réussite du récent essai nucléaire ordonné par Pyongyang et le développement de ses capacités balistiques pourraient raccourcir ce délai. Les essais balistiques menés par l'Iran en 2006, par des tirs de missiles Shahab-3 ayant explosé à haute altitude, ont laissé supposer à plusieurs experts que l'Iran s'entraînait à un exercice d'attaque EMP, les essais ayant été annoncés comme réussis par Téhéran.

IEM non-nucléaires

Les armes radiofréquences constituent l'autre gamme d'IEM, les IEM non-nucléaires (NNEMP). Ces armes, majoritairement expérimentales, sont réparties en deux grandes catégories, les armes UWB (Ultra Wide Band) et les armes HPM (High Power Microwave), qui portent le nom de micro-ondes à forte puissance (MFP) en français. Ces armes émettent un champ électromagnétique de forte intensité, au rayon d'action et à la puissance plus limités qu'une IEM nucléaire. Les armes à ultra-large bande et les micro-ondes à forte puissance de crête ont un fonctionnement similaire basé sur un générateur de micro-ondes à forte puissance d'émission. Les armes HPM qualifient généralement des armes qui émettent sur une fréquence micro-onde précise, alors que les armes UWB produisent une impulsion sur une large bande du spectre électromagnétique, atteignant ainsi une gamme étendue de systèmes électroniques.

Les armées modernes, en particulier celles des Etats-Unis et de Russie, ont mené de multiples expériences sur les armes MFP, concevant des prototypes assez divers. Ces recherches ont permis la conception de bombes à impulsion électromagnétiques non-nucléaires ou e-bombs. Des générateurs d'impulsions électromagnétique de différentes natures ont été expérimentés, mais tous ne se prêtent pas aux applications militaires. Bien que la conception de ces armes soit assez peu documentée en sources ouvertes, il apparaît que les générateurs magnéto-cumulatifs, les Vircator et les générateurs de Marx, sont privilégiés par les industries de défense, bien que d'autres générateurs HPM soient toujours développés (Klystron, générateur Cerenkov, Maser, etc.).

Les e-bombs demeurent des armes sur lesquelles les armées communiquent peu, du fait de leur intérêt stratégique et des technologies sensibles qui les composent. Les Etats-Unis aurait connu des avancées significatives dans le développement de ces armes dans les années 90, avec notamment la conception d'une charge EMP non-nucléaire destinée au missile de croisière AGM-86, probablement dotée d'un générateur HPM de type Vircator. Selon certaines informations, cette version spéciale de l'AGM-86 aurait été employée en 1999 contre les installations C2 de la république de Yougoslavie.

Le Pentagone n'a pas perdu son intérêt pour les systèmes HPM et a lancé fin 2008 le programme CHAMP visant à la conception d'un démonstrateur aérien (drone ou missile), doté d'un générateur HPM capable de générer plusieurs impulsions au cours d'un seul vol. C'est dans ce sens que Boeing a annoncé le développement de son propre démonstrateur CHAMP, intégrant un générateur HPM de 70GW, fourni par le Sandia National Laboratory de Lockheed Martin.

Les Russes ont également progressé dans le domaine des générateurs HPM, avec des systèmes produisant des impulsions pouvant atteindre 200kv/m. La Russie serait en capacité d'équiper ses missiles de charges EMP, notamment ses missiles antinavires, comme le Yakhont capable d'emporter une charge d'environ 200kg, ce qui pourrait correspondre à une charge nucléaire ou HPM. La Chine envisage également l'emploi d'impulsions électromagnétiques dans ses opérations de guerre navale, contre des porte-avions ennemis.

La France et l'Allemagne ne sont pas en reste dans le développement d'armes HPM. L'institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis a annoncé en 2003 la mise au point d'un générateur de Marx compact, ouvrant la voie à des charges MFP de taille réduite, susceptibles d'équiper des obus (155mm) ou des bombes guidées (Air et Cosmos n°1877). La compagnie allemande Diehl Munitionssysteme a développé un générateur HPM qu'elle décrit comme étant "compact" dans son brevet de 2003 et qui a pour objet le brouillage, voir l'endommagement de systèmes électroniques et informatiques. EADS/LFK propose une version HPM de son missile de croisière Taurus KEPD 350, dont les capacités ne sont pas détaillées. Rheinmetall travaille également sur les armes HPM, prévoit l'arrivée de systèmes très compacts de la taille d'une valise et envisage des prototypes de générateurs HPM rechargeables, montés sur des véhicules blindés.

Certains radars émettant des micro-ondes sont capables de diffuser des impulsions d'intensité limitée, mais suffisante pour brouiller ou endommager certains systèmes. Ce serait notamment le cas des radars AESA qui équipent les hélicoptères d'attaque et les avions de chasse moderne, tel que le F-35. Pour exemple, en 2001, un prototype du programme d'hélicoptère Comanche qui effectuait un exercice radar, a émis une impulsion HPM qui a entraîné un dysfonctionnement du système GPS de l'aéroport commercial d'Albany, servant au guidage des avions à l'atterrissage.

D'autres systèmes HPM plus low-tech, tels que des HERF Guns ou des appareils émettant d'intenses décharges électrostatiques (TED) peuvent être produits à moindres coûts, suscitant les craintes des services de sécurité, notamment dans l'hypothèse d'une utilisation terroriste. Ces armes demeurent toutefois moins puissantes que les e-bombs développés par les laboratoires de défense, mais leurs effets concentrés peuvent endommager des systèmes civils qui ne disposent pas de protection contre les IEM.

Menace et contre-mesures

Les impulsions électromagnétiques ont la capacité d'interférer avec les systèmes électroniques et de les endommager jusqu'à les rendre inopérants. Les systèmes de communication sans fil sont particulièrement sensibles aux impulsions EM, ces émissions brouillant de larges gammes de fréquences et les antennes des émetteurs-récepteurs agissant comme des points d'entrée direct (front-door coupling) pour l'impulsion. Les dégâts causés aux systèmes électroniques peuvent varier en fonction de l'intensité de l'impulsion, de sa fréquence d'émission et de la distance entre le système-cible et le point d'origine de l'impulsion. Les systèmes touchés peuvent connaître des dommages allant de dysfonctionnements répétés, pouvant apparaître plusieurs jours après l'impulsion, à une destruction de leurs circuits. Les appareils électroniques ne possédant pas d'antenne destinée aux communications, comme les serveurs informatiques, sont également vulnérables aux IEM. Leurs câblages internes agissent comme des antennes et offrent des points d'entrée indirect (back-door coupling) aux ondes EM. Les réseaux d'alimentation électrique et les réseaux de communications filaires, agissent également comme des points d'entrée. Les protections électriques telles que les parasurtenseurs et les onduleurs, dont sont souvent dotés les systèmes informatiques, n'offrent pas de protection contre ce type d'attaques.

Les systèmes militaires et les systèmes d'armes, s'ils ne sont pas correctement durcis contre les interférences électromagnétiques, sont également vulnérables aux IEM. Les installations informatiques, les appareils de radiotransmissions, les véhicules ou encore les missiles, qui disposent tous de systèmes électroniques sont particulièrement exposés aux risques électromagnétiques. Ce risque impose donc aux forces armées de protéger leurs équipements, en instaurant des normes de résistance aux impulsions électromagnétiques. Le niveau de protection réel des systèmes militaires est une donnée largement classifiée, mais l'audition en 2008 d'un expert par le House Armed Services Committee, laisse supposer que la majorité des systèmes américains étaient jusqu'alors testés pour résister à des niveaux d'exposition EM équivalents à 50kv/m, une valeur bien inférieure à la puissance théorique qu'émettraient les prototypes russes les plus récents.

Les munitions explosives modernes ne seraient pas immunisées contre les effets des armes électromagnétiques. L'OTAN s'intéresserait notamment aux effets des ondes électromagnétiques sur les mines terrestres, l'étendue des dommages probables causés à ces armes explosives par les IEM demeurant classifiée. Le ministère américain de la Défense développe dans ce sens des systèmes HPM visant à rendre inopérant ou à détoner des IED et des munitions non-explosées. L'armée américaine dispose déjà d'un prototype capable de détruire des explosifs enfouis, le Joint IED Neutralizer et souhaite développer un système capable de neutraliser des engins explosifs, par un transfert d'énergie EM au niveau moléculaire.

La présence d'électronique dans la plupart des systèmes utiles aux activités civiles, les rendent particulièrement vulnérables aux effets des attaques électromagnétiques. Une attaque EMP à grande échelle toucherait de nombreux secteurs critiques que sont l'approvisionnement électrique, les communications, les transports, le système bancaire ou encore les commodités, impactant de manière très sensible l'activité économique, voire les activités les plus basiques des particuliers.

De nombreuses infrastructures industrielles, usines de produits chimiques, raffineries ou encore centrales électriques gèrent leurs installations grâce à des systèmes électroniques (SCADA), qui régulent les différents flux en envoyant des ordres à des automates programmables industriels (API ou PLC). Ces modules électroniques ne sont généralement pas protégés contre les IEM et peuvent être installés dans des zones reculées. Plusieurs incidents liés à des impulsions électromagnétiques accidentelles sur les modules SCADA de pipelines et de gazoduc, ont eu des conséquences désastreuses.

Les interconnexions entre chacune des infrastructures essentielles aux activités humaines renforcent cette vulnérabilité et augmentent le nombre de points d'entrée pour les effets dévastateurs d'une attaque électromagnétique. Elles constituent également un risque de dommages en cascade, la mise hors service d'un réseau critique entraînant la chute des infrastructures qui en dépendent. La perte des réseaux de communications, essentiels à la coordination des services d'urgences et de dépannage, entraverait les opérations d'assistance aux personnes et la reconstruction des systèmes touchés par l'IEM.

Dans son rapport de 2008, l'EMP Commission américaine a estimé qu'une impulsion électromagnétique déclenchée à une altitude comprise entre 50 et 130km d'altitude, au dessus d'une zone Baltimore-Washington-Richmond, produirait une impulsion couvrant un rayon d'au moins 800km et causerait des dégâts cumulés pouvant atteindre plus de 770 milliards de dollars. Dans les conditions les plus favorables, avec des infrastructures protégées au mieux contre les attaques EMP, les dégâts entraîneraient des pertes de 9 à 34 milliards de dollars.

Ces évaluations concernent la pire des hypothèses, à savoir une impulsion électromagnétique de forte puissance d'origine nucléaire. Une impulsion non-nucléaire de type HPM, aurait un impact plus limité, mais pourrait toutefois se révéler désastreuse dans le cadre d'attaques ciblées sur les réseaux (network disruption).

Les armées s'efforcent de se protéger des effets destructeurs des armes électromagnétiques, en durcissant leurs installations et appareils, ainsi qu'en testant un grand nombre de leurs systèmes contre les IEM, notamment lors de leur conception.

Le Pentagone a à sa disposition plusieurs laboratoires militaires chargés de tester les systèmes d'armes, véhicules et autres matériels sensibles aux interférences électromagnétiques. L'US Navy a développé, des les années 70, un centre d'essais dénommé EMPRESS (EMP Radiation Environment Simulation for Ship), chargé de soumettre ses bâtiments à des impulsions électromagnétiques. La navy poursuit ses recherches au sein du Naval Reserach Laboratory (NRL) et de l'IBST (Integrated Battlefield Simulation & Test department), qui dispose de plusieurs générateurs d'EMP, permettant de tester la résistance des aéronefs et de leurs systèmes.

L'Air Force mène ses propres tests et expériences sur la base de Kirtland, au sein du Directed Energy Directorate, qui a notamment pour but de tester les effets des HPM sur les appareils, en les soumettant à des ondes de différentes fréquences et intensités, dans des chambres anéchoïques spécifiques, capables d'accueillir des aéronefs complets. L'armée de Terre américaine s'intéresse également aux micro-ondes de forte puissance et soumet ses propres systèmes, des chars de combats aux drones, à des stress-test électromagnétiques au centre d'essais missiles de White Sands, qui est entièrement équipé, depuis le mois de mars, pour tous les tests relatifs aux impulsions HPM, dans le cadre du Directed Energy Test and Evaluation Capability (DETEC).

La France s'intéresse également aux effets des IEM lors de la conception de ses systèmes militaires et emploie à cet effet les ressources scientifiques du CEA et de l'institut de recherche Saint-Louis. Divers matériels et composants y sont testés au sein de chambres anéchoïques électriques ou encore grâce à des appareils de mesure spécifiques, tels que l'appareil de mesure en champ proche SOCRATE (DGA). La DGA met également en œuvre des simulateurs d'agressions électromagnétiques afin de tester ses systèmes, au centre d'études de Gramat (CEG).

Le secteur civil semble moins concerné par les effets des armes électromagnétiques et peu de systèmes sont réellement protégés, à l'exception des installations les plus critiques. La protection des systèmes électronique requiert un durcissement (blindage) spécifique, basé sur la cage de Faraday, qui nécessite une architecture rigoureuse des circuits électroniques, des câblages et des réseaux. Chacun des câbles employés doit être blindé et isolé avec précaution, le moindre fil ou circuit exposé pouvant servir de point d'entrée aux ondes électromagnétiques. Ces protections nécessitent des ressources importantes et engendrent des coûts supplémentaires lors de la conception d'appareils ou de bâtiments. Les normes de protection TEMPEST, qui visent à limiter les émissions électromagnétiques des systèmes sensibles et à réduire les interférences EM, constituent des efforts de blindage et de durcissement qui offrent une certaine protection contre les EMP.

Le durcissement d'un véhicule ou d'une construction peut devenir extrêmement complexe, notamment en ce qui concerne les réseaux de communications, qui offrent de multiples points d'entrée. L'utilisation étendue de la fibre optique pourrait toutefois réduire certaines vulnérabilités. La bunkerisation ou l'enfouissement d'une installation n'offre pas une grande protection, notamment face aux effets concentrés des armes HPM, le moindre câble en surface agissant comme une antenne pour les ondes EM.

Toutefois, plusieurs acteurs de l'industrie civile apportent des solutions afin de contrer les dommages des IEM, parmi lesquelles les Portable Data Centers, employés par Microsoft, Sun et Google, qui permettent d'aménager des installations informatiques modulaires et qui peuvent, de par leur conception, être facilement protégés contre les effets des armes électromagnétiques. Les avionneurs, notamment Boeing et Airbus, investissent largement dans le durcissement de leurs appareils afin de les protéger contre les effets de la foudre et des interférences électromagnétiques, favorisant ainsi leur résistance aux IEM.

L'EMP Commission américaine a conclu son rapport en soulignant que tous les systèmes ne peuvent être protégés efficacement contre les impulsions électromagnétiques et qu'il est crucial d'investir dans la prévention, en formant les personnels des infrastructures sensibles, des administrations et des services de secours à l'éventualité d'une attaque électromagnétique, afin d'en réduire les dommages directs et collatéraux, et de faciliter la phase de reconstruction qui suivrait forcément une attaque de grande ampleur. 

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