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.