Comment un sous-marin remonte à la surface ?

Un sous-marin est un navire submersible qui se déplace dans trois dimensions, en surface et sous l'eau. À usage civil et militaire, il sert généralement de navire de guerre ou est employé pour la recherche océanographique et l'exploitation pétrolière. Le premier a été inventé par Cornélius Drebbel, physicien hollandais. Il a été testé en 1620 dans la Tamise à la demande du roi Jacques Ier. Le sous-marin est composé d'une coque intérieure résistante dans laquelle est placé le personnel. Une coque extérieure favorise son hydrodynamisme, c'est-à-dire ses déplacements dans l'eau. Entre ces deux coques, les ballasts, les purges, et les régleurs participent à l'action d'immersion du navire. Mais une question se pose : comment fait un sous-marin pour monter à la surface ? Voyons ci-après tout ce qui rend cet engin de plusieurs tonnes si léger dans l’eau. Différents vêtements et accessoires (collier plaque militaire, parka armee homme, briquet tempête randonnée, ... ) sont disponibles dans notre site. Choisissez tous ce qui peut vous convenir ! 

L’émergence d’un sous-marin à la surface

• Le sous-marin obéit à deux grands principes : celui d'Archimède et celui de Pascal. Selon Archimède, l'engin flotte et remonte. Selon Pascal, il plonge et reste immergé. Son poids total définit le volume de ses ballasts. Quand il flotte, le sous-marin a les purges fermées. Ses ballasts sont majoritairement remplis d'air. Des régleurs calculent le niveau d'eau nécessaire pour imprimer la poussée d'Archimède. Quand le sous-marin plonge dans l'eau, le principe de Pascal s'exerce : les purges restent ouvertes, les ballasts se remplissent, le sous-marin s'immerge. Quand il est totalement sous l'eau, les ballasts sont entièrement remplis d'eau. La coque intérieure, en acier et de forme cylindrique, soutient cette pression. Son degré d'élasticité est capital : elle doit pouvoir reprendre sa forme initiale. Son épaisseur est calculée en fonction de l'immersion maximale prévue. Pour 10 mm d'épaisseur, on gagne 100 m d'immersion. À l'avant et à l'arrière, des caisses d'assiettes règlent l'équilibre longitudinal. Une propulsion motorisée et des hélices font avancer le sous-marin.
• Pour qu’un sous-marin enfoncé dans l’eau puisse remonter, un mouvement presque contraire est nécessaire. Des régleurs vont calculer la quantité d’eau nécessaire pour réaliser la poussée d’Archimède selon le niveau de remontage visé (quantité 0 pour remonter en surface). Les réservoirs précédemment remplis d’eau doivent donc être vidés. L’équipage utilise des pompes pour refouler l’eau des ballasts et faire entrer l’air à sa place. Pour précision, un sous-marin transporte toujours à bord, de l’air comprimé dans de grands ballons métalliques à cette fin. À l’ouverture donc de ces ballons, l’air entrera en force dans les ballasts et chassera l’eau, rendant ainsi le sous-marin plus léger et plus apte à remonter. Lorsque le sous-marin navigue en surface , le niveau d’eau dans les ballasts est nul et le niveau d’air est le plus élevé. En somme, le capitaine de bord d’un sous-marin a toujours fort à faire pour amener à bon port son navire et tout l’équipage.

Comment fonctionne un sous-marin

Un sous-marin fonctionne selon la poussée d'Archimède. Il est capable de naviguer en surface, comme un bateau. En se remplissant partiellement d'eau, il devient plus lourd que l'eau qu'il déplace et s'enfonce dans la mer.

Les ballasts

Entre la coque et l'espace réservé aux membres de l'équipage, les ballasts sont des réservoirs qu'on peut remplir d'air ou d'eau. S'ils sont remplis d'eau, le sous-marin coule lentement et descend dans les profondeurs. Si les ballasts sont remplis d'air, le sous-marin reste à la surface.

La propulsion

Pour avancer, les sous-marins font appel à une hélice, qui tourne grâce à un moteur électrique. Les sous-marins modernes peuvent avancer à une vitesse maximale de plus de trente nœuds en plongée, c'est-à-dire presque soixante kilomètres par heure ! Mais, à cette vitesse, ils font beaucoup de bruit.

Se diriger sous l'eau

Pour se diriger vers la droite, la gauche, le haut ou le bas, les sous-marins disposent de gouvernes, comme sur les avions. Horizontalement, cela permet d'aller à droite ou à gauche, en utilisant la pression de l'eau due à la vitesse. Verticalement, les gouvernes utilisent la pression de l'eau pour incliner le sous-marin vers le haut ou le bas. On les appelle barre de direction et barre de plongéesur un sous-marin.

Se situer sous l'eau

Sous l'eau, un sous-marin est aveugle. Il ne dispose pas de fenêtres (de hublots) pour voir à l'extérieur. En effet, passée une certaine profondeur, la lumière ne traverse plus l'eau, il fait noir. Pour savoir où il se trouve, l'équipage fait appel à deux techniques :

• Pour mesurer la profondeur, il fait appel à la pression. Un compteur indique à quelle profondeur navigue le sous-marin en fonction du poids de l'eau sur le navire
• Pour mesurer la distance parcourue, il calcule la vitesse du sous-marin et donc sa position par rapport au point de départ. Le chemin parcouru par le sous-marin est donc marqué sur des cartes.

Les sons sous la mer

Sous la mer, seuls les sons traversent l'eau. Le radar ne fonctionne pas, les ondes radio non plus. On repère donc les obstacles et les autres navires à l'aide du son qu'ils émettent. Il est également possible d'envoyer un son, et de mesurer la distance et la direction des obstacles qu'il rencontre. C'est la technique du sonar. En fait, le sous-marin utilise la même technique que les animaux marins qui nagent à la même profondeur. Les sons peuvent aussi servir à communiquer sous l'eau par l'envoi de messages codés.

De l'énergie

Le problème d'un navire qui se déplace sous la mer est la source d'énergie qui alimente la propulsion (le mouvement des hélices). Au début, on utilisait la force des bras pour déplacer un sous-marin. Quand on a découvert l'électricité, on a utilisé des moteurs. En effet, le moteur électrique n'utilise pas de dioxygène, contrairement au moteur à explosion (présent dans les voitures à essence). Or le dioxygène est très rare dans l'eau. Le problème est la recharge des batteries, qui contiennent de l'électricité. On a donc inventé des sous-marins qui utilisaient des moteurs diesel. Le principe est simple : le sous-marin navigue la plupart du temps en surface avec ses moteurs allumésqui rechargent des batteries. En cas d'alerte, le sous-marin peut naviguer sous l'eau en silence grâce à ses batteries couplées à ses moteurs électriques. Plus tard, on invente le sous-marin nucléaire. Celui-ci dispose d'une mini-centrale nucléaire qui fabrique de l'électricité sans avoir besoin de dioxygène. Dès lors, il est possible de naviguer sous la mer sans faire surface, pendant de longs mois.

Les différents types de sous-marins et leurs 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 sauvetage restent cependant l'apanage des forces militaires. Depuis les années 1950, environ une soixantaine de sous-marins de recherche ont été construits, 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 service 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.

Sous-marins militaires

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) 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, la pose de mines, 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 Killer). Leur mission est la destruction des forces de surface ou sous-marines ennemies par torpilles ou missiles antinavires. 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 antinavires 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.

Architecture et équipement d’un sous-marin :

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 modernes est celle de la goutte d'eau
• 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 disposés en croix de Saint-André ;
• 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
• 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 : 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 ;
• Une source d'énergie : Soit, pour les sous-marins nucléaires, un réacteur nucléairealimentant en vapeur des turbo-alternateurs (et éventuellement des turbines de propulsion). Tous les sous-marins nucléaires possèdent en outre une source d'énergie secondairecomposée de l'ensemble moteur diesel, génératrice et accumulateurs ;
• Des systèmes de régénération de l'atmosphère intérieure : 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 ;
• Des systèmes de régénération de l'atmosphère intérieure : pour les Usines 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 antinavires, des missiles de croisière, et pour les SNLE des missiles balistiques. Certains sous-marins ont été équipés de missiles anti-aériens (principalement contre des 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.

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