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 Un sous-marin

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jacotte
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MessageSujet: Un sous-marin   Dim 12 Aoû 2007 - 4:46

Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent dans deux dimensions et uniquement à la surface, et des bathyscaphes qui ne se déplacent que selon l'axe vertical.
On emploie également le terme de submersible, mais généralement pour qualifier les premiers sous-marins qui n'avaient en fait qu'une très faible autonomie en plongée.
La plupart des sous-marins sont des navires de combat ; l'usage civil du sous-marin concerne, pour l'essentiel, la recherche océanographique et l'exploitation pétrolière. Son emploi à des fins touristiques ou de transport commercial reste anecdotique.
L'immersion maximale d'un sous-marin militaire est de quelques centaines de mètres.
D'une centaine de mètres pendant la Seconde Guerre mondiale, elle est passée à environ 300/400 mètres pour la plupart des sous-marins actuels.
Elle atteint plusieurs milliers de mètres pour les sous-marins de recherche océanographique.
Un sous-marinier est un membre de l'équipage d'un sous-marin.


Histoire

En 1620, le scientifique hollandais Cornelis Drebbel, teste avec succès un sous-marin dans la Tamise, pour une commande du roi Jacques Ier d'Angleterre.
En 1641, Jean Barrié lance à Saint-Malo le XVII, sur des plans du père Mersenne.
Vaisseau métallique à rames, il pouvait accueillir jusqu'à quatre personnes et était muni d'un sas en cuir afin de faciliter son but premier : la chasse aux épaves.
En 1775, l'Américain David Bushnell met au point sa Tortue construite entièrement en bois.
Pour avancer, le pilote, seul à bord, faisait tourner une manivelle actionnant une hélice.
Pour plonger, il ouvrait des ballasts.
Pour remonter, il évacuait l'eau à l'aide d'une pompe. C'est en 1797 que l'ingénieur américain Robert Fulton construit le Nautilus en acier recouvert de cuivre.
Long de 6,50 m, il était propulsé par une hélice actionnée à la main par les trois membres d'équipage.
Il était équipé d'une charge explosive qu'il devait fixer sous les navires ennemis et déclencher à distance (difficile dans la pratique).
Fulton proposa son invention à la France puis à la Grande-Bretagne qui la refusèrent tour à tour.
En 1811, le Nautile sous-marin des frères Coëssin, construit en bois et propulsé par quatre rameurs, est assemblé et testé au Havre.
Ses nombreux défauts font abandonner le projet.
Le 28 juin 1856, en Espagne, Narcisse Monturiol plonge dans le port de Barcelone pour effectuer les premiers essais de l'Ictíneo, engin qu'il a conçu et fabriqué.
En France, le commandant Bourgois et l'ingénieur Brun mettent au point en 1863 le Plongeur, premier sous-marin propulsé par un moteur (à air comprimé).
Long de 42,50 m, il déplace 420 tonnes et embarque sept membres d'équipage.
Son autonomie et sa vitesse restent limitées.
Le 17 février 1864, pendant la guerre de Sécession, le CSS H.L. Hunley, un sous-marin confédéré, devient le premier sous-marin à couler un navire ennemi en l'éperonnant pour y fixer une charge explosive déclenchée par un filin à distance de sécurité, le USS Housatonic, au large de Charleston ; il disparait, ensuite, pour des raisons restées inconnues.
Le premier sous-marin réellement opérationnel est le Gymnote de 1887, construit par les Français Henri Dupuy de Lôme et Gustave Zédé.
Long de 17 m, il est propulsé par un moteur de 50 chevaux, il atteint 8 nœuds en surface et 4 en plongée, manœuvré par un équipage de cinq hommes.
En 1904, l'ingénieur français Maxime Laubœuf construit le Narval, un submersible équipé d'un périscope et de ballasts externes qui a la faveur de la marine de l'époque.
Il est le premier sous-marin équipé d'une propulsion mixte : machine à vapeur en surface, moteur électrique en plongée.
De 1914 à 1918, les submersibles fonctionnant grâce à une propulsion Diesel-électrique peuvent être engagés en grand nombre durant la guerre.
Une batterie d'accumulateurs alimente un moteur électrique de propulsion.
Les batteries sont rechargées par une génératrice entrainée par un moteur diesel, utilisé en surface ; en 1944, les Allemands améliorent le schnorchel (invention hollandaise), tube d'air qui permet aux U-Boots d'utiliser leur moteur diesel à faible immersion, et d'éviter de venir en surface où ils sont très vulnérables.
A partir des années 1950, la propulsion nucléaire apparaît à bord des sous-marins, à la suite de l'USS Nautilus (SSN-571) de 1954.
L'énergie nucléaire, totalement indépendante de l'atmosphère, permet aux submersibles de devenir de véritables sous-marins.


Fonctionnement

Principe d'Archimède

« 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 en 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 .
Cette égalité est donc obtenue dans certaines limites de poids (celui des approvisionnements en vivres et en combustibles) pouvant être embarqué et de la densité 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. »

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.



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.



Architecture et équipements


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[6] ;
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, situé 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.



Schéma d'un sous-marin

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