Sous-marin

Un sous-marin est un navire submersible capable de se déplacer en surface et sous l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent uniquement à la surface, et des bathyscaphes qui ne se déplacent que selon l'axe vertical.
La plupart des sous-marins sont des navires de guerre. 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.
L'entretien et la maintenance des sous-marins par le personnel technique dédié n'est pas une activité sans risque en phase d'immersion comme l'attestent certains témoignages.
En 1624, le scientifique hollandais Cornelis Drebbel teste avec succès un sous-marin dans la Tamise, pour une commande du roi Jacques d'Angleterre.
En 1641, Jean Barrié lance à Saint-Malo le "XVII", sur des plans du père Mersenne. Vaisseau métallique à rames, il peut accueillir jusqu'à quatre personnes, et est muni d'un sas en cuir afin de faciliter son but premier : la chasse aux épaves.
En 1690, à Marbourg en Allemagne, le Français Denis Papin élabore deux modèles de sous-marin. Le premier modèle est un parallépipède de fer très renforcé et hermétique, dans lequel le savant compresse de l'air à l'aide d'une pompe. Un baromètre permet de mesurer la pression d'air à l'intérieur. Une fois la pression de l'air équivalente à celle de l'eau, on peut ouvrir les trous au fond du bateau, pour y puiser ou rejeter un complément d'eau à l'aide d'une grosse seringue. Après un essai fructueux de mise sous pression à terre, cette machine est détruite par accident en tombant d'une grue, juste avant qu'on la mette à l'eau.
Vers 1692, un deuxième modèle de sous-marin est construit. Denis Papin rapporte avoir apporté plusieurs améliorations : la coque en forme de tonneau, résiste cette fois naturellement à la pression de l'eau, et ne nécessite donc plus l'emploi d'air comprimé. L'air y circule à la pression d'air extérieure, grâce à une pompe à air centrifuge, et à deux tuyaux de cuir maintenus à la surface de l'eau par une vessie flottante. Une pompe à eau permet de faire entrer, ou sortir le dernier complément de lest, pour plonger ou refaire surface. On évalue sa profondeur de plongée grâce à un baromètre qui mesure cette fois la pression de l'eau à l'extérieur. Ce deuxième sous-marin a aussi des prétentions militaires : un homme peut se tenir dans le cylindre horizontal, et sortir un bras au-dehors par le trou, une fois ce deuxième cylindre mis sous air comprimé grâce à la pompe. Avec ce bateau, Papin accompagné d'un acolyte courageux a effectué au moins une plongée fructueuse.
En 1775, l'Américain David Bushnell met au point sa "Tortue" construite entièrement en bois. Pour avancer, le pilote, seul à bord, fait tourner une manivelle actionnant une hélice. Pour plonger, il ouvre des vannes pour remplir les ballasts; pour remonter il en évacue l'eau à l'aide d'une pompe.
En 1797, l'ingénieur américain Robert Fulton construit le "Nautilus", en acier recouvert de cuivre. Long de , il est propulsé par une hélice actionnée à la main par les trois membres d'équipage. Il est équipé d'une charge explosive qu'il doit fixer sous les navires ennemis et déclencher à distance (difficile dans la pratique). Fulton propose son invention à la France puis à la Grande-Bretagne qui la refusent 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.
En 1844, après avoir inventé une cloche de plongée équipée d’un système de purification de l’air dans un milieu hermétiquement clos, le Docteur français Prosper Antoine Payerne conçoit le premier véritable sous-marin avec un tel système capable de régénérer l’air. Baptisé le "Belledonne", il est conçu avec des tôles de d'épaisseur et doté d’un gros moteur à hélices. Sa forme se rapproche de celle d'un œuf, il mesure de long, de large et pèse près de . En 1846, les premiers essais du sous-marin sont réalisés dans la Seine devant un public de . Par la suite, le "Belledonne" est utilisé pour la réalisation de travaux portuaires.
Le 28 juin 1856, en Espagne, Narcís Monturiol i Estarriol 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 , il déplace 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 propulsé par une hélice manuelle, 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 disparaît en mer sans pouvoir regagner la côte, pour des raisons restées inconnues.
Le premier sous-marin opérationnel à usage militaire est le « sous-marin Peral » ("submarino Peral"), conçu et présenté à l'Armada espagnole en 1885 par l'ingénieur militaire espagnol "Isaac Peral y Caballero". Il sera mis à flot le 8 septembre 1888. Mesurant de longueur pour un poids de , il pouvait accueillir un équipage de . La profondeur de plongée était de , pour une vitesse de , 10 en surface. Propulsé par un double moteur électrique de , il avait une autonomie d'environ / 65 heures. L'armement était constitué d'un lance-torpilles (capacité de trois torpilles). Les essais d'attaques de nuit furent couronnés de succès, ce qui ne fut pas le cas des essais en plein jour, le sous-marin se révélant facilement détectable. Le projet fut abandonné en 1892, les nouvelles autorités militaires ne croyant pas au concept. Laissé à l'abandon, il sera récupéré et restauré en 1929, et est toujours visible à Carthagène (Espagne).
Le premier sous-marin réellement opérationnel est le "Gymnote" de 1887, construit par les Français Henri Dupuy de Lôme et Gustave Zédé. Long de , il est propulsé par un moteur électrique de , atteint huit nœuds en surface, quatre en plongée. Il est manœuvré par un équipage de cinq hommes. Il est armé de deux torpilles, et son rayon d'action est de (en surface, mais seulement le tiers en plongée).
En 1899, les deux sous-marins militaires français, successeurs du "Gustave-Zédé", "Le Français" et "l'Algérien", sont construits grâce aux fonds récoltés par une souscription nationale organisée par le journal Le Matin (France)
À la fin du , le perfectionnement de la torpille conduit au développement des torpilleurs puis, en réaction, des contre-torpilleurs, alors que les sous-marins restent difficiles à détecter et à détruire. On conçoit alors le submersible : un torpilleur, assez marin pour naviguer en surface, en haute mer à distance importante de sa base, et qui ne plonge que pour le combat.
En 1904, l'ingénieur français Maxime Laubœuf construit le "Narval", équipé d'un périscope et de ballasts externes, il obtient la faveur de la marine de l'époque. C'est le premier sous-marin équipé d'une propulsion mixte : machine à vapeur en surface, moteur électrique en plongée. Tous les modèles ultérieurs suivront cette conception fondamentale, jusqu'aux sous-marins nucléaires.
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 entraînée par un moteur diesel, utilisable en surface. En 1944, les Allemands améliorent le schnorchel (invention hollandaise), un tube à air permet aux U-Boots d'utiliser leur moteur diesel à faible profondeur d'immersion, évitant ainsi de venir en surface où ils sont très vulnérables.
À partir des années 1950, la propulsion nucléaire apparaît à bord des sous-marins, à la suite de l'USS Nautilus (SSN-571) de 1954. Leur source d'énergie, le réacteur nucléaire est indépendant de l'atmosphère terrestre, il permet aux submersibles de devenir de véritables sous-marins.
Dès son origine, à la fin du , 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. Si les performances se sont améliorées progressivement c'est seulement à la fin de la Seconde Guerre mondiale, notamment grâce au perfectionnement du 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 en service, même à propulsion classique, est telle que la qualification de « submersible » est inadaptée, et "a 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.
La France possède actuellement dix sous-marins, tous à propulsion nucléaires, six SNA (Sous-marins nucléaires d'attaque) "classe Rubis", et quatre SNLE (Sous-marins nucléaires lanceurs d'engins) "classe Triomphant". Ces derniers constituent la composante essentielle de la force de dissuasion.
Le sous-marin obéit à deux grands principes, le principe d'Archimède et le principe de Pascal qui s'appliquent à tout corps immergé.
« "Tout corps plongé dans un fluide au repos 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 et si le poids du sous-marin est supérieur au poids du volume d'eau, 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 pour définir 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 selon 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 embarqués 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.
« "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 que sur terre (gravité terrestre)." »
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 élasticité (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 pour gagner d'immersion.
Compte tenu des considérations précédentes, les sous-marins possèdent :
Ils disposent également :
Les sous-marins militaires disposent en outre :
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.
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 chacun. D'autres sous-marins ont été utilisés pour transporter des cargaisons, notamment les « » (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 stupéfiants. Ces appareils sont appelés « narco sous-marin », de l'anglais « narco submarine ».
Lors de l'exposition nationale suisse de 1964, une des attractions était le Mésoscaphe Auguste Piccard qui semble être le seul sous-marin touristique ayant existé
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. Des navires de surface spécialisés, les ravitailleurs de sous-marins, servent à leur maintenance et à leur ravitaillement hors de leur port d'attache.
Les sous-marins militaires se répartissent actuellement dans les types suivants :
Les sous-marins militaires sont généralement répartis en classes, séries de sous-marins aux caractéristiques identiques ou très proches.
Au , plus de militaires ont été construits, dont par la Russie/URSS, soit 19 %.
Au , un site spécialisé américain recensait militaires (hors sous-marins de poche) en service totalisant et 97 autres en construction ou en commande totalisant dans .
Sur ces compétiteurs, seuls 6 ont remporté un ou plusieurs marchés a la vente sur la période 2000-20143. Ainsi, sur la base de ces contrats attribués, quatre cercles d’industriels se dégagent :
On distingue également les sous-marins selon leur système énergétique, avec d'une part les sous-marins à propulsion nucléaire, et d'autre part les sous-marins dits « classiques » ou « conventionnels ».
Les sous-marins nucléaires disposent d'un réacteur nucléaire dont la chaleur produite est utilisée pour générer de la vapeur d'eau actionnant :
La « propulsion nucléaire » a fait son apparition dans les années 1950 avec le "USS Nautilus" ; elle a depuis été massivement adoptée sur les sous-marins des grandes forces navales, à savoir les États-Unis, la Russie, la France et le Royaume-Uni ; la Chine possède aussi quelques sous-marins nucléaires et l'Inde prévoit de s'en doter. L'utilisation de l'énergie nucléaire permet de rester plusieurs mois en immersion ; l'autonomie n'est limitée que par les vivres et le moral de l'équipage.
Les sous-marins classiques ont une propulsion électrique, dont l'énergie est fournie par des batteries rechargées par des moteurs Diesel en surface ou à l'immersion périscopique au schnorchel, dispositif assurant l'alimentation en air du moteur au moyen d'un tube hissable et l'évacuation à faible immersion des gaz d'échappement : l'autonomie en plongée (sans marche au schnorchel) est très limitée par la vitesse (quelques heures à grande vitesse à quelques jours à vitesse très lente).
Certains pays (Suède, Allemagne et France notamment) ont conduit des recherches pour développer des sous-marins anaérobies, c'est-à-dire dont le moteur peut se passer d'oxygène. Ils peuvent utiliser une pile à combustible comme pour les récents Type 212 allemands, ou des turbines à vapeur fonctionnant à l'éthanol comme sur le Type Scorpène français destiné à l'exportation.