PAN : French EMALS

© Marine nationale - Sébatien Chenal. Rafale M au catapultage sur le Charles de Gaulle fin 2019.

     L'une des plus grosses surprises à la lecture de l'ouvrage Le porte-avions Charles de Gaulle - Tome 1 (VA Franck JUBELIN, CV Roger VERCKEN, et Robert FEUILLOY, Paris, SPE Barthélémy, 2000, 399 pages) est de découvrir un témoignage beaucoup trop court relatant le plus simplement du monde qu'un ingénieur, participant aux études du Porte-Aéronefs Nucléaire (PAN), avait proposé - rien de moins ! - que la mise au point d' « un système de catapulte à moteur électrique linaire » : des « French EMALS » (Electromagnetic Aircraft Launch System).

Le conseil de Défense du 23 décembre 1980 avait décidé du remplacement des porte-avions Clemenceau (1959 – 1997) et Foch (1963 – 2000) par deux porte-avions à propulsion nucléaire de 35 000 tonnes à pleine charge. L'expression du besoin militaire du programme Porte-Aéronefs Nucléaire (PAN) visait à poursuivre les missions menées par les PA54 et PA55 par la mise en œuvre d'une quarantaine d'aéronefs contre des objectifs navals et terrestres. Besoin militaire qui était traduit en une « spécification d'ensemble » par le Service Technique des Constructions et Armes Navales (STCAN), aujourd'hui Naval group, en 1985.

Les études de définition puis détaillées du PAN n°1 débutaient dès 1981 par des allers et retours entre le déplacement objectif - c'est-à-dire les longueur, largeur et tirant d'eau -, subséquent au besoin militaire, et le tracé du pont d'envol, lui-même au cœur de la matérialisation de ce besoin militaire. Et ce tracé dépendait de pas moins de sept exigences, spécifications et caractéristiques : conditions de mise en œuvre opérationnelles, exigences de sécurité, spécificités des avions, caractéristiques des brins d'arrêt, caractéristiques des catapultes, les caractéristiques opérationnelles et les contraintes liées au système d'auto-défense.

Le premier « gros morceau » des travaux entamés dès 1981 concernait la définition des caractéristiques de la piste oblique, en s'appuyant sur un « avion enveloppe » qui était le McDonnell Douglas F/A-18 Hornet. Les études de définition de la piste oblique commençaient par la « garde à l'arrondi » (hauteur l'aéronef en présentation et le pont d'envol) à partir de laquelle était déterminé les positions respectives de la zone de touché, et donc des brins d'arrêt, d'un côté, et l'allongement maximal des brins et donc les distances de freinage, de l'autre côté.

Les limites de sécurité à l'appontage connues, ce sont les catapultes qui doivent être positionnées sur le pont d'envol. L'augmentation de la masse maximale à catapulter, en fonction de la vitesse recherchée de l'aéronef le plus exigeant, et par rapport aux Clemenceau, passait de 10-15 tonnes à 20-25 tonnes, tout en abaissant la vitesse maximale du porte-avions de 32 à 27 nœuds par rapport aux devanciers.

Pour soutenir cette augmentation de la masser à lancer, il ne restait plus qu'à concéder un allongement des catapultes de 50 à 75 mètres. Un temps (1981 - 1985 ?) les C-13 américaines furent envisagées avant que les travaux identifient la nécessité d'installations plus puissantes : d'où le choix en 1985 de s'appuyer sur les études en cours aux États-Unis au profit d'une nouvelle version des C-13, bénéficiant d'un piston de plus gros diamètre (21 contre 18 pouces), la future C-13-3. À longueur égale - c'est-à-dire 75 mètres -, la future C-13-3 permettait de bénéficier d'une plus grande puissance et donc de mener les opérations aviations à 27 nœuds.

Toutefois, dans l'ouvrage précité (cf. supra), l'IGA Michel Gaillard, alors directeur de programme pour la Direction Générale de l'Armement (DGA), apporte un témoignage saisissant sur la proposition faite par un ingénieur à une date non-précisée mais probablement entre 1981 et 1986, voire peut être quelques mois avant le choix des futures catapultes C-13-3 (1985).

« Je dois dire que certains de nos ingénieurs maison ne manquaient d'imagination. Un jour, l'un d'eux est venu me proposer un système de catapulte à moteur électrique linéaire. »

IGA Michel Gaillard dans VA Franck JUBELIN, CV Roger VERCKEN, et Robert FEUILLOY, Le porte-avions Charles de Gaulle - Tome 1, Paris, SPE Barthélémy, 2000, p. 119.

Il poursuit en expliquant que ledit ingénieur avait proposé des calculs précis montrant que l' « avion enveloppe » - le McDonnell Douglas F/A-18 Hornet - pour atteindre la vitesse désirée en 80 mètres (catapulte de 75 m + chemin de roulage de 5 mètres) et cinq secondes, la puissance électrique devait atteindre 80 MW.

Le nombre impressionne mais l'IGA Michel Gaillard le minimise immédiatement en faisant remarquer qu'il ne s'agit pas d'une production continue mais d'un volume d'énergie à délivrer par à coup, c'est-à-dire toutes les trente secondes. C'est pourquoi l'énergie constante est plus faible.

La solution qui avait alors été imaginée était la conception d'un volant servant à conserver l'énergie produite entre chaque coup de catapulte. Volant qui aurait atteint 6 mètres de diamètre et aurait fonctionné à 10 000 tours par minute. La force centrifuge générée par le fonctionnement du volant aurait vu les particules extérieures risquer d'exploser, exigeant la mise au point du même volant en carbone. Sans compter ce volant aurait créé un couple à même de faire gîter le bateau.

Il est à remarquer que les EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System) de General Atomics demande une production électrique continue de 2 MW par catapulte pour satisfaire à la tâche.

L'IGA Michel Gaillard de conclure que « nous étions bien loin d'une construction à coût objectif » arrêté en 1980 puis redéfini plus précisément dans le coût analytique arrêté par la DGA en 1986.

Et pourtant, cette conclusion n'est pas évidente. Il est vrai que, à décisions constantes depuis les années 1950, il n'est pas jugé pertinent sur le plan stratégique de mettre à l'étude une catapulte pour les porte-avions français, eu égard au surcoût induit vis-à-vis de l'enveloppe financière afférente. Et le devis aurait été encore plus important, en raison des risques induits par l'aventure industrielle d'être les pionniers de la catapulte de technologie électromagnétique.

C'est aussi ne pas poser la question des conséquences bénéfiques pour l'industrie nationale, et en particulier des sociétés concevant et fabriquant de gros équipements électriques, d'être à l'avant-garde de tels technologies qui tendent à se généraliser non seulement sur le plan militaire mais peu à peu civiles. Il y aurait eu un effet de levier en termes de recherche et technologie puis de recherches et développement que l'initiative privée n'aurait pas été à l'initiative puisque la commande publique l'aurait devancée dans ce rôle en amont.

Mais, et c'est peut être le plus important pour l'immédiat du programme PAN, sur le plan opérationnel un d' « un système de catapulte à moteur électrique linaire », nonobstant le gonflement de l'enveloppe financière dédiée, aurait pu aussi être un gain dans la recherche des grands équilibres par trois voies distinctes.

La première est la simplification de l'ensemble des réseaux nécessaires au fonctionnement des catapultes, depuis l'enceinte de confinement des réacteurs jusqu'aux catapultes bâbord et axiale, faisant l'économie de nombre de conduites de vapeur et allégeant d'autant le bâtiment dont les réseaux électriques auraient été plus nombreux mais moins lourds, en comparaison. Cela aurait été également une économie en volume pour tous les compartiments traversés qui auraient rencontré moins de contraintes dans leur placement et leur aménagement, donc une source de simplifications de l'emménagement de la coque.

La deuxième est une économie de poids. Il serait bien difficile à la seule lecture de ce très court témoignage de déterminer si cela était connu des protagonistes mais la mise au point des EMALS permettait d'apprendre qu'une telle catapulte est forte d'un poids deux fois moindres que son équivalente à vapeur, comme par exemple les C-13-1 et C-13-2 : environ 200 tonnes contre 400.

Dans le cas français, et en procédant à un produit en croix, il peut être avancé que le PAN n°1 aurait pu être allégé d'environ 319,1 tonnes (2 x C-13-4 = 638,2 tonnes) grâce à deux « French EMALS » d'environ 159,6 tonnes chacune. Dans l'absolu, le déplacement objectif se voyait libérer de 319,1 tonnes sur les 35 000 à 40 000 visés. Et de manière relative, le futur porte-avions aurait eu vocation à être moins chargé dans les hauts.

Enfin, et troisième source d'économies de poids : eu égard aux qualités des catapultes électromagnétiques, comme par exemple l'accélération plus progressive, permettant de moins fatiguer les cellules, il aurait peut être pu être proposé de renverser la qualité, c'est-à-dire d'augmenter l'accélération linéaire sans stresser plus la cellule : pouvoir mettre au point de telles catapultes de 50 mètres de longueur et non plus 75.

Et dans la perspective de concevoir et construire un PAN le moins coûteux possible, le gain aurait pu être substantiel quoi que limité puisque l'augmentation relative des dimensions était, surtout, fonction des dimensions intrinsèques du futur Rafale M. Et ce dernier ne dimensionne pas seulement la longueur des catapultes mais tout le tracé du pont d'envol qui dépendait de pas moins de sept exigences, spécifications et caractéristiques et ce, jusqu'au hangar aviation.

Ce serait plutôt du côté d'une augmentation de la productivité tactique du futur PAN qu'il aurait pu y avoir des gains significatifs puisque la superficie de l'emprise des catapultes aurait été réduite, d'environ, un quart. La capacité la capacité dite « catapo » aurait été possible.

Ces quelques montages tentent de matérialiser les incidences de catapultes à moteur électrique linéaire de 50 mètres à bord du porte-avions Charles de Gaulle :

Et la même projection à partir des variantes A et B du tracé du pont d'envol, chacune bénéficiant d'un allongement de la coque de 261,5 à 274,5 mètres et d'un alourdissement d'un minimum de 3000 tonnes. Sans compter un ilot dépourvu de ses excroissances et un nombre différent de catapultes et ascenseurs. Le premier favorise un ramassage rapide d'une pontée massive (19 Rafale M + 1 E-2C Hawkeye) tandis que le deuxième met l'accent sur la capacité à rapidement mettre en l'air la même pontée tout en ménageant un espace dédié aux Rafale M en alerte pour les close air patrol.