Définition du « sous-marin » ou « submersible »

Dès son origine, à la fin du XIXe siècle, le terme « sous-marin » est employé pour qualifier les premiers navires pouvant plonger sous la mer mais à des profondeurs, autonomies et vitesses très faibles. C'est seulement à la fin de la Seconde Guerre mondiale, notamment grâce au schnorchel et aux progrès accomplis par les ingénieurs allemands dans le domaine de la propulsion électrique en plongée des sous-marins de la Kriegsmarine, qu'il est apparu nécessaire de différencier ces navires : ceux naviguant surtout en surface et pouvant accessoirement plonger, de ceux de nouvelle génération dont l'autonomie sous l'eau est telle qu'ils remontent très rarement à la surface. On requalifie alors les premiers de conception ancienne, souvent construits avant guerre, de « submersibles », et les seconds, de « sous-marins ».

Actuellement, l'autonomie en plongée des sous-marins, même à propulsion classique en service est telle que la qualification de « submersible » est inadaptée, et à fortiori pour les sous-marins à propulsion nucléaire, dont l'autonomie en plongée est illimitée.

Dans la marine nationale française (comme d'ailleurs dans toutes les marines du monde), le terme « submersible » n'est désormais plus utilisé, sauf par des journalistes mal informés.

La France possède actuellement 10 sous marins, tous à propulsion nucléaires, 6 SNA (Sous-marins Nucléaires d'Attaque), et 4 SNLE, Sous-marins Nucléaires Lanceurs d'Engins. Ces derniers constituent la composante essentielle de la force de dissuasion.

Fonctionnement

Le sous-marin obéit à deux grands principes, le principe d'Archimède et le principe de Pascal qui s'appliquent à tout corps immergé.

Principe d'Archimède

Sous-marin en surface. Les purges sont fermées, les ballasts pleins d'air.
Plongée du sous-marin. Les purges sont ouvertes, les ballasts se remplissent d'eau et se vident de leur air.
Sous-marin en plongée. Les purges ont été refermées, les ballasts sont pleins d'eau.
Prise de plongée et remontée en surface d'un sous-marin.

« Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale dirigée vers le haut, et de grandeur égale au poids du volume du fluide déplacé. »

Si le poids du navire est inférieur au poids du volume d'eau du volume immergé, il flotte ; inversement il coule. Le sous-marin, pour plonger, remplit entièrement d'eau des ballasts pour que son poids soit à peu près égal à la poussée d'Archimède et affine ensuite son poids aux moyens de caisses de réglage (régleurs), lors d'une opération dite de pesée. En plongée, le sous-marin est dans l'eau comme un aérostat dans l'air ; on peut dire également qu'il flotte entre deux eaux. C'est pourquoi à la conception, le poids du sous-marin est étudié avec précision et définit le volume des ballasts. Le volume des régleurs permet d'obtenir l'égalité entre le poids, variable en fonction de ses approvisionnements, et la poussée, également variable en fonction de la densité de l'eau de mer [4]. Cette égalité est donc obtenue dans certaines limites de poids (celui des approvisionnements en vivres et en combustibles[5]) pouvant être embarqué et de la densité[6] de l'eau de mer, limites qui définissent le programme du sous-marin, c’est-à-dire son autonomie et les zones où il peut naviguer. Pour se déplacer dans le plan vertical (changer d'immersion), le sous-marin utilise sa propulsion et l'effet de la vitesse des filets d'eau sur ses barres de plongée.

Principe de Pascal

« Sur la surface d'un corps immergé, s'exerce une pression, en bars, perpendiculaire à cette surface, dirigée vers l'intérieur et égale au nombre de dizaines de mètres d' immersion. » Cette relation n'est valable qu'en présence d'une gravité non nulle.

La coque du sous-marin est donc soumise à une pression croissante avec l' immersion qui tend à écraser la coque. Une coque épaisse, de forme générale cylindrique, résiste à cette pression et abrite personnel et matériel. Cette coque est construite en acier résistant et à très haute limite élastique (capacité de la coque comprimée à revenir à son état initial). Son épaisseur est fonction de l' immersion maximale prévue ; il faut approximativement augmenter l'épaisseur de 10 mm pour gagner 100 m d' immersion.
Architecture et équipements[modifier]

Compte tenu des considérations précédentes, les sous-marins possèdent :

* une coque intérieure, épaisse ;
* une coque extérieure mince qui assure l'hydrodynamisme (faculté physique à se déplacer rapidement dans l'eau) en intégrant ballasts, soutes extérieures, les antennes des senseurs, les panneaux et les sas d'accès à bord. La forme idéale pour les sous-marins est celle de la goutte d'eau[8];
* des ballasts situés entre les deux coques et dont le remplissage ou la vidange permet la prise de plongée (ouverture des purges pour faire pénétrer l'eau dans le ballast) et le retour en surface (en chassant de l'air comprimé pour les vider). Sur les sous-marins modernes, les ballasts ne sont situés qu'à l'avant et à l'arrière ;
* des régleurs, situés au centre du sous-marin, remplis plus ou moins d'eau (admission d'eau par pression, vidange par pompe ou en secours par chasse à air) pour ajuster son poids à la poussée d'Archimède ;
* des barres de plongée pour faire varier l'immersion, généralement une paire à l'arrière et une à l'avant ou sur le massif. Sur certains sous-marins, les barres de plongée arrière sont couplées avec les safrans de la barre de direction et disposées en croix de Saint-André. Sur certains SNLE elles sont rétractables pour traverser la banquise ;
* un lest largable de sécurité qui pourrait permettre à un sous-marin alourdi par une voie d'eau de remonter en surface ;
* une réserve d'air comprimé complétée par des compresseurs d'air pour chasser l'eau des ballasts et faire surface.

Ils disposent également :

* de caisses d'assiette, à l'avant et à l'arrière, permettant de régler leur équilibre longitudinal (répartition longitudinale des poids à bord), en faisant passer de l'eau de l'avant à l'arrière et réciproquement ;
* d'un massif, partie intégrante de la coque extérieure et abritant l'ensemble des mâts périscopiques hissables (périscopes, antennes diverses et tube d'air) et permettant d'assurer la veille et la navigation en surface ;

SNA français Casabianca : vue du massif avec antenne radar et périscope hissés. On distingue également la tête du tube d'air (schnorchel) et la barre de plongée avant bâbord.

* d'une propulsion par moteurs électriques, dans la plupart des cas, sauf pour certains sous-marins nucléaires qui utilisent directement des turbines à vapeur comme moteurs de propulsion (ces derniers peuvent également posséder des moteurs électriques de secours) ;
* d'une hélice, possédant généralement de nombreuses pales de grande taille;
* une source d'énergie :
o soit des accumulateurs électriques rechargés par des génératrices couplées à des moteurs diesels ou à des dispositifs anaérobies dans le cas des sous-marins classiques ;
o soit, pour les sous-marins nucléaires, un réacteur nucléaire alimentant en vapeur des turbos-alternateurs (et éventuellement des turbines de propulsion). Tous les sous-marins nucléaires possèdent en outre une source d'énergie secondaire composée de l'ensemble moteur diesel, génératrice et accumulateurs ;
* des systèmes de régénération de l'atmosphère intérieure :
o pour les sous-marins classiques, dont l'atmosphère est régénérée à chaque marche au schnorchel, il s'agit de systèmes de secours : chandelles chimiques à oxygène et chaux sodée absorbant le gaz carbonique ;
o usine à oxygène par électrolyse de l'eau de mer et absorbeur de gaz carbonique à bord des sous-marins nucléaires ;
* d'un ou plusieurs sas d'évacuation, pour le sauvetage de l'équipage et éventuellement utilisés pour larguer des plongeurs.

Les sous-marins militaires disposent en outre :

* d'un dispositif permettant le fonctionnement des moteurs diesel à l'immersion périscopique, tube d'air (schnorchel) et échappement dans l'eau ;
* d'un système de veille et de détection, principalement acoustique, composé de sonars passifs et actifs, seuls senseurs pouvant être utilisés en plongée. À l'immersion périscopique, le sous-marin peut utiliser par l'intermédiaire de mâts hissables de moyens de détection, électromagnétique actif (radar) ou passif (détecteurs de radars), optronique (périscopes de veille et d'attaque auxquels sont associés des dispositifs vidéo, de vision infra-rouge et d'amplification de lumière);
* d'un système de navigation, comprenant classiquement compas gyroscopique, loch et sondeur, généralement centrale à inertie et récepteur GPS sur une antenne périscopique et parfois d'un périscope de visée astrale (permettant de faire un point astronomique à l'immersion périscopique) ;
* d'un système d'armes permettant de lancer en plongée des torpilles, des mines, des missiles anti-navires, des missiles de croisière, et pour les SNLE des missiles balistiques. Certains sous-marins sont équipés de missiles anti-aériens (principalement contre hélicoptères). Ils disposent par ailleurs de systèmes de lancement de leurres sonar et anti-torpilles.
* d'un système de combat (un calculateur central) qui assure l'intégration des trois systèmes précédents et permet d'effectuer les calculs nécessaires à la détermination de la cinématique des détections, présenter la situation tactique et calculer les éléments de tir ;
* de moyens de communication acoustique (téléphone sous-marin) et radio : récepteurs HF, U/VHF, et de communications par satellites avec des antennes sur des mâts périscopiques, récepteurs à très basse fréquence avec antenne filaire remorquée ou sur un cadre dans le massif (les ondes VLF peuvent en effet être reçues à quelques mètres d'immersion) et, pour certains sous-marins, antenne U/VHF remorquée ;

Types et utilisations

Les sous-marins sont généralement classés, d'une part selon leur utilisation (civile ou militaire), d'autre part selon leur mode de génération d'énergie et de propulsion (nucléaire ou conventionnelle), qui conditionne en grande partie leur conception.

Sous-marins civils

Les utilisations non militaires des sous-marins restent très rares. Quatre utilisations civiles peuvent être trouvées : le transport maritime, la recherche océanographique, le sauvetage et l'utilisation comme « navire de services ».

Seuls deux cargos sous-marins ont été conçus à ce jour, le Deutschland et le Bremen, par l'Allemagne pendant la Première Guerre mondiale, avec une capacité de 47 tonnes chacun. D'autres sous-marins ont été utilisés pour transporter des cargaisons, notamment les « vaches à lait » (sous-marins de ravitaillement) pendant la Seconde Guerre mondiale ou ceux employés par l'Union soviétique pour franchir le siège de Sébastopol en Crimée. Si d'autres projets ont existé, aucun n'a vu le jour, faute d'être suffisamment compétitif avec les navires cargo de surface : l'avantage théorique d'un cargo sous-marin est de pouvoir passer sous la calotte glaciaire.

Les sous-marins de recherche océanographique sont les successeurs des bathyscaphes utilisés pour explorer les grandes profondeurs. Leurs missions typiques incluent l'observation, la collecte d'échantillons et les mesures, mais ils peuvent aussi être affrétés pour des missions différentes comme l'intervention sur les épaves (identification de vieilles épaves comme pour le Titanic, inspection pour la lutte anti-pollution ou en cas de litiges comme avec le pétrolier Prestige) ou l'assistance à d'autres sous-marins en difficulté ; les sous-marins de sauvetages restent cependant l'apanage des forces militaires. Depuis les années 1950, environ une soixantaine de sous-marins de recherche a été construite, principalement aux États-Unis pour la recherche et le sauvetage militaire. En France, l'Ifremer utilise le Nautile et le Cyana ; l'Académie des sciences de Russie utilise le Mir.

L'industrie pétrolière et gazière utilise maintenant de petits sous-marins habités, en plus des drones et des ROV, en tant que navires de services sur les champs d'exploitation. Leurs tâches incluent l'observation et la collecte de mesures, le sauvetage sur place, l'aide à la pose de câbles et de tuyaux, le déploiement de plongeurs, et l'inspection des infrastructures sous-marines. S'il n'existe pour l'instant qu'une petite flotte de ces sous-marins, en opération surtout dans la mer du Nord, de nouvelles unités davantage spécialisées sont en construction.

Depuis le début des années 2000, on recense l'utilisation par le crime organisé de semi-submersibles pour le trafic de stupéfiant. En anglais, ils sont appelés Narco submarine.

Sous-marins militaires

Le DSRV Mystic chargé en pontée du SNA américain USS La Jolla, de classe Los Angeles.
Article détaillé : Guerre sous-marine, U-Boot et Classe de sous-marins.

Les sous-marins militaires peuvent assurer une grande variété de missions, à l'opposé des premiers submersibles qui, jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, n'étaient utilisés que pour couler les navires ennemis (et d'abord les navires de commerce), mouiller des mines sous-marines et éventuellement interdire l'accès ou la sortie d'un port. Les missions des sous-marins militaires modernes incluent la lutte anti-navires de surface, la lutte anti-sous-marine, l'infiltration de forces spéciales, l'attaque de cibles à terre, l'escorte des groupes de combat et notamment des groupes aéronavals, la collecte de renseignements, la dissuasion nucléaire et les opérations de recherche et de sauvetage.

Les sous-marins militaires se répartissent actuellement dans les types suivants :

* Les sous-marins d'attaque, à propulsion nucléaire (SNA en français, SSN pour l'OTAN) ou classique (SSK pour l'OTAN - K pour kerosen). Leur mission est la destruction des forces de surface ou sous-marines ennemies par torpilles ou missiles anti-navires. Ils peuvent également être dotés de missiles de croisière pour la frappe d'objectifs terrestres. Ils sont les plus polyvalents et assurent la plupart des missions énoncées ci-dessus.
* Les sous-marins lanceurs d'engins balistiques (SNLE en français, SSBN pour l'OTAN), aujourd'hui tous à propulsion nucléaire. Leur mission est la dissuasion nucléaire et ils peuvent lancer, en plongée, des missiles balistiques à charge nucléaire ; ils sont les plus imposants sous-marins en activité, et souvent aussi les plus silencieux.
* Les sous-marins lanceurs de missiles de croisière (SSGN pour l'OTAN) ; équipés de missiles anti-navires et/ou de missiles de croisière, il peut s'agir de SNLE transformés (comme quelques-uns des classe Ohio américaine) ou de sous-marins conçus spécifiquement dans ce but (classe Oscar russe). Certaines marines ne les distinguent pas des SNA.
* Les sous-marins de sauvetage (DSRV pour l'OTAN) sont conçus pour recueillir l'équipage d'un sous-marin en perdition qui serait posé sur le fond.

Les sous-marins militaires sont généralement répartis en classes, séries de sous-marins aux caractéristiques identiques ou très proches.