Bathyscaphe - Définition

Bathyscaphe Trieste

Les bathyscaphes sont des engins sous-marins d'exploration abyssale.

En service de 1948 à 1982, ils ont été les seuls engins capables d'atteindre les plus grandes profondeurs (-10 916 mètres, dans la fosse des Mariannes, en 23 janvier 1960). Inventé par le professeur Auguste Piccard, un bathyscaphe est constitué d'une lourde cabine sphérique en acier, pouvant accueillir deux ou trois passagers, suspendue à un flotteur rempli d'essence légère qui compense le poids de l'ensemble selon le principe d'Archimède. Le bathyscaphe descend par gravitation et remonte en lâchant du lest.
En raison de leur taille et de leur poids, les bathyscaphes ne pouvaient être embarqués et devaient être remorqués par leur navire d'accompagnement. Ils ont été remplacés par des submersibles plus petits et plus maniables (sphère en titane et flotteur en composite).

Le mot bathyscaphe, inventé par le professeur Piccard en 1946, vient du grec bathos (profond) et de skaphê (barque). Antérieurement, le professeur Piccard a utilisé le mot thalassosphère pour nommer son invention.

Records

23 janvier 1960, 13h06 : le bathyscaphe USS Trieste atteint la profondeur record de 37 800 pieds (11 521 mètres), valeur des indicateurs internes. Cette valeur a plus tard été corrigée et ramenée à environ 35 800 pieds (10 912 mètres) (dans la fosse des Mariannes).

Fonctionnement

Contrairement au sous-marin, conçu pour se déplacer sur le plan horizontal et pour équilibrer en plongée son poids avec la poussée d'Archiméde, le bathyscaphe est pratiquement dépourvu de propulsion (il n'est doté que d'un propulseur de manœuvre) et descend en immersion, étant " plus lourd que l'eau ".

Par ailleurs :

• l'habitacle sphérique est réduit au minimum pour diminuer le poids tout en résistant aux très fortes pressions,
• la flottabilité en surface est assurée par un liquide de densité inférieure à l'eau (de l'essence) dans les ballasts (rempli d'air dans un sous-marin).

Pour descendre, le bathyscaphe remplace l'essence de ses ballasts par de l'eau de mer, ce qui a pour effet d'augmenter le poids de l'engin qui devient supérieur à la poussée d'Archimède. Pour remonter, il lâche un lest composé de grenaille de fer. Le poids diminue et devient inférieur à la poussée d'Archimède.

Le bathyscaphe flotte et se prépare à la plongée. Le bathyscaphe augmente son poids en remplaçant le volume des ballasts par de l'eau de mer. Il descend car la poussée d'Archimède est inférieure au poids. Le bathyscaphe est posé sur le fond. La poussée d'Archimède est égale ou légèrement inférieure au poids. Le bathyscaphe lâche du lest et remonte. La poussée d'Archimède est supérieure au poids.

L'habitacle est une sphère en acier d'un diamètre intérieur d'environ deux mètres. Pour assurer la résistance aux pressions abyssales, son épaisseur varie de neuf à quinze centimètres. À l'intérieur, l'équipage vit à la pression atmosphérique normale.

Illustration : Sphère du Trieste fabriquée en Italie par " Terni ". On peut remarquer le hublot et, tout autour, les douze sorties pour les câbles électriques et les tuyaux hydrauliques; en haut à gauche, l'extrémité inférieure d'un silo à grenaille avec sa commande électromagnétique

Le flotteur, construit en acier et en aluminium, contient une essence plus légère que l'eau. Pour éviter son écrasement durant la plongée, le flotteur est ouvert dans sa partie basse pour équiliber les pressions interne et externe. De ce fait, la stucture est relativement légère. L'essence a été choisie parce qu'économique et liquide, alors que les gaz sont trop compressibles pour une plongée très profonde.

Les différents bathyscaphes

Le FNRS 2

Après une interruption due à la Seconde Guerre mondiale, le professeur suisse Auguste Piccard de l'université de Bruxelles reprend ses travaux sur un engin d'exploration abyssale. En 1948, il conçoit son premier bathyscaphe et le baptise FNRS 2 en reconnaissance au " Fonds national pour la recherche scientifique " belge qui l'a toujours soutenu. Les fonds, suffisants pour un premier submersible, ne permettent pas la construction d'un bathyscaphe élaboré. Le FNRS 2 n'a pas de puits d'accès pour l'équipage depuis la surface, et le flotteur, réduit à la fonction d'enveloppe à essence, n'a pas la structure pour un remorquage.

La sphère a été coulée puis tournée aux aciéries " Henricot " (Belgique) en deux hémisphères. Elle pèse 11 tonnes et résiste à une immersion de 4 000 mètres. Son diamètre intérieur est de 2,10 mètres. Son épaisseur est de 9 centimètres portée à 15 centimètres près des deux hublots. Ces derniers sont tronconiques et fabriqués en Polyméthacrylate de méthyle. Le flotteur est constitué de sept réservoirs totalisant 30 mètres cubes d'essence protégés par une carène en tôle de fer d'un millimètre d'épaisseur. Le bathyscaphe est assemblé à Anvers (Belgique) par la " Mercantile Marine Engineering Cie ".

Sans avoir été testé, le FNRS 2 embarque pour Dakar (Sénégal) où la Marine nationale française prête son concours, puis il est dirigé vers les îles du Cap-Vert où vont être réalisés les essais. Une première plongée à 25 mètres va rapidement montrer les limites des choix qui ont été faits. Les premiers passagers (Auguste Piccard et Théodore Monod) sont enfermés dans la sphère alors que le bathyscaphe est encore à bord de son bâtiment support. Le FNRS 2 est mis à flot puis commence la longue et délicate manœuvre du remplissage des réservoirs à essence. Après une plongée effective d'un quart d'heure, il faut exécuter les manœuvres inverses. Les passagers ne sont libérés qu'au bout de douze heures. Le second essai, réalisé quelques jours plus tard sans passager, envoie le submersible à 1 380 mètres de profondeur en automatique. Au retour, la mer qui a changé ne permet pas les manœuvres d'embarquement. C'est avec un flotteur définitivement avarié que le bathyscaphe a été remorqué et termine cette campagne d'essais.

Le FNRS 2 a démontré la validité du bathyscaphe, et aussi la nécessité de construire un submersible qui doit être remorqué. Néanmoins, n'ayant pas eu de record humain, l'opinion publique est assez partagée. Le concept du bathyscaphe ne devra sa survie qu'à la détermination du professeur Piccard et à l'intérêt que lui porte quelques officiers de la Marine nationale française.

Le FNRS 3

Pendant les mois qui suivent les plongées du FNRS 2, l'avenir du bathyscaphe est incertain. Le flotteur est détruit, la sphère est entreposée à Toulon (France). En 1950, une convention est signée entre le Fond pour la recherche scientifique belge (FNRS), propriétaire de la sphère, et la Marine nationale française. Le FNRS finance un nouveau bathyscaphe qui est construit par la Marine nationale. Le submersible est baptisé FNRS 3. Après trois plongées profondes, il appartiendra à la Marine nationale. Le professeur Piccard est nommé conseiller technique mais ne dirige plus le projet. Les conditions de travail devenant de plus en plus difficiles entre la Marine nationale et Auguste Piccard, ce dernier quitte le projet.

La sphère utilisée par le FNRS 3 est celle du FNRS 2. Le flotteur est réalisé par l'arsenal de Toulon. Sa silhouette rappelle celle d'un sous-marin classique. La longueur est de 16 mètres et la largeur est de 3,35 mètres. Il est constitué de treize réservoirs dont deux d'équilibrage et un de largage, totalisant près de 80 mètres cube d'essence. Il possède une baignoire où débouche le puits d'accès à la sphère, et il est équipé d'ailerons stabilisateurs disposés de part et d'autre de la cabine.

En été 1953, Georges Houot (pilote) et Pierre Willm (ingénieur) commencent les essais du FNRS 3 en Méditerranée. Ils atteignent rapidement 2 100 mètres. Avec cette série de plongée, le FNRS 3 est officiellement transféré à la France le 24 septembre 1953. Début 1954 commence une campagne au large de Dakar (Sénégal) qui culmine avec une plongée à 4 050 mètres le 15 février, ce qui constitue un record et la plongée la plus profonde du FNRS 3. Dans les années qui suivent, de nombreux scientifiques travaillent à bord du bathyscaphe. Le FNRS 3 est désarmé en 1960 après avoir effectué 93 plongées profondes.

Le FNRS 3 a permis aux scientifiques de descendre pour étudier à grande profondeur à une époque où la recherche se faisait essentiellement depuis la surface. Avec ce submersible, la Marine nationale française a acquis la technologie lui permettant de construire un bathyscaphe qui n'aura plus de limite abyssale. Ce sera l'Archimède.

Le Trieste

Manœuvre.

Remplissage des silos de grenaille.

Dernières vérifications avant la plongée.

Le professeur Piccard travaille sur le projet FNRS 3 lorsqu' en 1952, il reçoit d'industriels italiens la proposition de construire un autre bathyscaphe. L'incompréhension grandissante qui s'était installée entre la Marine nationale française et le professeur, le décide à accepter. Auguste Piccard dirige la construction d'un nouveau submersible qui est baptisé Trieste en l'honneur de la ville italienne qui accueille le projet. Ce bathyscaphe est financé par l'Italie et la Suisse.

La sphère, de forme identique à celle du FNRS 2, est forgée aux aciéries de la " Società per l'Industria e l'Elettricità " à Terni (Italie). Le flotteur en acier doux est construit par les " Cantieri Riuniti dell' Adriaco " à Trieste. Il est de forme cylindrique avec des étraves aux extrémités. Sa longueur est de 15,10 mètres et son diamètre est de 3,50 mètres. Ses treize réservoirs dont un de largage peuvent contenir 110 mètres cube d'essence. Les étraves servent de caissons à air pour améliorer la flottabilité en surface. La coque extérieure a 5 millimètres d'épaisseur et les séparations intérieures sont en tôle ondulée de 3 millimètres. Son poids est de 15 tonnes. Le flotteur est traversé par une cheminée d'accès à la sphère qui débouche sur un kiosque cubique. Il est équipé d'une dérive et de quilles internes. L'ensemble du bathyscaphe est assemblé par la " Navalmeccanica " à Castellammare di Stabia (Italie).

Les premiers essais sont réalisés avec l'aide de la Marine nationale italienne durant l'été 1953. Une première plongée profonde emmène Auguste Piccard et son fils Jacques à 1 080 mètres. Quelques jours plus tard, le 30 septembre 1953, le Trieste atteint 3 050 mètres au large de l'île de Ponza. C'est la dernière plongée du professeur qui désormais laissera le pilotage du bathyscaphe à son fils. Pendant les années 1954 et 1955, les Piccard améliorent le sumersible mais faute de moyen, aucune plongée profonde ne sera effectuée. En 1956, des fonds suisses et l'aide de la Marine nationale italienne permettent de reprendre les plongées profondes. C'est à cette époque que la Marine nationale étasunienne commence à s'intéresser au Trieste. Une convention est signée avec l'ONR (Office of Naval Research, USA) pour une exploitation commune du bathyscaphe pour la saison 1957. À l'issue de cette fructueuse campagne, un nouvel accord est signé en 1958. Le Trieste est transféré à la Marine étasunienne et Jacques Piccard conserve un contrôle sur les plongées. Chargé sur un cargo, le bathyscaphe gagne San Diego en Californie. En 1959, le Trieste effectue quelques plongées mais surtout est modifié en vue d'une plongée dans la fosse des Mariannes.

L'objectif étant d'atteindre 11 000 mètres de profondeur, l'élément essentiel à changer est la cabine Terni. Une nouvelle sphère est fabriquée par Krupp. Ne pouvant tourner deux hémisphères, la firme allemande forge la sphère en trois pièces : un anneau et deux calottes. Elle pèse 13 tonnes. Son épaisseur est de 12 centimètres renforcée à 18 centimètres autour des hublots. Le diamètre intérieur est de 1,94 mètre. Son aménagement est réalisé par les "Ateliers de Constructions Mécaniques" de Vevey (Suisse). Pour compenser le poids de la nouvelle cabine et du lest supplémentaire, le flotteur est allongé à 17,60 mètres, ce qui porte le volume d'essence à près de 130 mètres cube.

Jacques Piccard (de face) et Don Walsh (en bas) à bord du Trieste.

Le Trieste au-dessus de la fosse des Mariannes

Plongée historique du 23 janvier 1960 : Fosse des Mariannes, -10 916 mètres.

En octobre 1959, le bathyscaphe Trieste équipé de sa nouvelle sphère, est transporté par cargo sur la base navale de Guam proche de la fosse des Mariannes. Les essais le conduisent à des profondeurs records de 5 530 et 7 025 mètres. Malgré le déplacement d'une des calottes, le Trieste réparé est jugé apte à plonger. Remorqué pendant quatre jours jusqu'au site de Challenger Deep, une dépression de sept kilomètres sur deux qui est connu pour être probablement l'endroit le plus profond du globe, le Trieste est rapidement préparé par Jacques Piccard et le lieutenant Don Walsh. Le 23 janvier 1960 à 8 heures 23, le bathyscaphe quitte la surface, hésite sur les thermoclines à faible profondeur puis descend à la vitesse de un mètre par seconde. Les courants, donc la dérive, sont inconnus. Par sécurité, la vitesse est réduite à 60 centimètres par seconde à huit mille mètres, puis à 30 centimètres par seconde sous neuf mille mètres. À 13 heures 06, le Trieste se pose sur le fond de la fosse des Mariannes. La pression est de 1 156 atmosphères; le calcul donne une profondeur de 10 916 mètres à plus ou moins cinquante mètres. Un poisson passe devant le hublot. Cela confirme qu'une vie évoluée existe au plus profond des océans. Jacques Piccard et Don Walsh, les deux hommes les plus profonds du monde, observent et réalisent le programme d'expériences prévues. Une demi-heure plus tard, en larguant de la grenaille, l'équipage amorce la remontée. La vitesse augmente progressivement pour atteindre 1,5 mètre par seconde. À 16 heures 56, le Trieste est de retour à la surface.

Après ces records de plongées, le Trieste est rééquipé de la sphère Terni, le condamnant à ne plus dépasser 4 000 mètres. Il participe à la recherche du sous-marin nucléaire américain USS Thresher (SSN-593) coulé dans l'Atlantique nord, puis est désarmé en septembre 1963 pour laisser la place au Trieste II.

L'Archimède

Le Trieste II

Trieste II Première version

Trieste II modifié Deuxième version

Trieste II (DSV1) Troisième version

Trieste II (DSV1)

Lieux d'exposition

Chronologie

• Vers 1905 : Auguste Piccard, jeune étudiant suisse, a l'idée d'une invention qu'il ne nomme pas encore bathyscaphe.
• Fin des années 1930 : Auguste Piccard, devenu professeur à la Faculté des Sciences de Bruxelles (Belgique), commence ses travaux sur un engin d'exploration à grande profondeur.
• Après une interruption dûe à la Seconde Guerre mondiale, le Pr Piccard reprend ses travaux avec un financement du FNRS (Fond National pour la Recherche Scientifique, Belgique).
• 19 octobre 1948 : Première plongée d'un bathyscaphe. Le FNRS 2 descend à 25 m pour essai avec Auguste Piccard et Théodore Monod à son bord au large de l'île de Boa Vesta (Cap-Vert).
• 3 novembre 1948 : Le FNRS 2 descend en automatique et sans équipage à la profondeur de 1 380 m au large de l'île de Fogo (Cap Vert). La preuve est faite de la viabilité du bathyscaphe. Au retour, le flotteur est définitivement avarié lors du remorquage.
• 9 octobre 1950 : Une convention est signée entre le FNRS (Belgique) et la Marine nationale (France) pour la construction d'un nouveau bathyscaphe avec la sphère du FNRS 2. La convention précise que le nouvel engin portera le nom de FNRS 3 et appartiendra à la Marine Nationale après trois plongées.
• Début 1952 : Auguste Piccard reçoit d'industriels italiens la proposition de fabriquer un autre bathyscaphe. La rupture qui couvait avec la Marine Nationale française est consommée. Le Trieste sera Italo-Suisse.
• 2 juin 1953 : Mise à l'eau du FNRS 3.
• 1 août 1953 : Mise à l'eau du Trieste.
• 6 août 1953 : Première plongée profonde du FNRS 3. Georges Houot et Pierre Willm atteignent 750 m.
• 26 août 1953 : Première plongée profonde du Trieste. Auguste et Jacques Piccard atteignent 1 080 m au sud de l'île de Capri (Italie).
• 24 septembre 1953 : La Belgique transfère le FNRS 3 à la France.
• 30 septembre 1953 : Plongée du Trieste à 3 150 m au large de l'île de Ponza (Italie). C'est la dernière plongée du professeur Auguste Piccard à bord de son invention.
• 27 janvier 1954 : Plongée la plus profonde en automatique et sans équipage du FNRS 3 à 4 100 mètres.
• 15 février 1954 : Plongée la plus profonde avec équipage du FNRS 3 à 4 050 m (Houot et Willm).
• Février 1957 : Signature entre Auguste Piccard et l'ONR (Office of Naval Research, USA) d'une convention en vue de collaborer à l'exploitation du Trieste.
• Début 1958 : Le Trieste est cédé à la marine des USA, Jacques Piccard reste collaborateur.
• 9 novembre 1959 : Première plongée du Trieste modifié en vue d'atteindre 11 000 m. La sphère fabriquée par Terni (Italie) est remplacée par la sphère fabriquée par Krupp (Allemagne). Le flotteur a sa capacité augmentée.
• 21 janvier 1960 : Dernière plongée du FNRS 3. Celui-ci a effectué 93 plongées en sept ans de service. Il sera remplacé par l'Archimède.
• 23 janvier 1960 : Plongée du Trieste à 10 916 m dans la fosse des Mariannes (Challenger Deep). Jacques Piccard et Don Walsh sont toujours les seuls êtres humains à être descendus au point le plus profond de notre planète. À la remontée, la sphère Krupp va travailler et devenir inutilisable. Le Trieste retrouvera la sphère Terni.
• 28 juillet 1961 : Mise à l'eau de l'Archimède.
• 24 octobre 1961 : Première plongée profonde de l'Archimède. (Houot et Willm à 600 m).
• 25 juillet 1962 : L'Archimède atteint la profondeur de 9 545 m dans la fosse des Kouriles. C'est sa plongée la plus profonde. L'équipage est composé de O'Byrne (pilote), Delauze et du Pr Sasaki (Japon).
• 1 septembre 1963 : Dernière plongée du Trieste.
• 13 février 1964 : Première plongée du Trieste II (première version).
• 14 août 1964 : Plongée la plus profonde du Trieste II. Il atteint 2 240 m durant la recherche d'un sous-marin nucléaire américain, le USS Thresher (SSN-593), dans l' Atlantique nord.
• 31 mars 1967 : Dernière plongée du Trieste II (première version).
• 4 avril 1968 : Première plongée du Trieste II (DSV 1).
• 22 juillet 1970 : Dernière plongée de l'Archimède. Celui-ci a effectué 139 plongées en neuf ans.
• 23 juin 1973 : Plongée la plus profonde du Trieste II (DSV 1) à 6 060 m à Cayman Trench.
• 27 août 1979 : Plongée la plus longue des Trieste avec une durée de 24 heures et 44 minutes.
• 7 octobre 1983 : Dernière plongée du Trieste II (DSV 1).

Notes

• Le mot bathyscaphe est employé par certains dans le sens de sous-marin d'exploration profonde même si ce dernier ne fait plus appel à la technologie conçue par le Pr Piccard.
• Le FNRS ou FNRS 1 n'est pas un bathyscaphe. C'est le nom du ballon stratosphérique avec lequel le professeur Piccard battit les records d'altitude en 1931 et 1932. Le premier bathyscaphe, fruit de sa deuxième collaboration avec le FNRS, porte le numéro 2.