Un sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de...) est un navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu...) capable de se déplacer dans les trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...), sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) 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 (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...).
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 (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) civil du sous-marin concerne, pour l'essentiel, la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) océanographique et l'exploitation pétrolière. Son emploi à des fins touristiques ou de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.) reste anecdotique.
L'immersion maximale[1] d'un sous-marin militaire est de quelques centaines de mètres. D'une centaine de mètres pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) 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.
Cet article traite principalement des sous-marins habités ; les drones et autres ROV (ROV est un sigle en anglais pour Remote Operated Vehicle (littéralement, véhicule commandé à...) sont traités à part. Un sous-marinier est un membre de l'équipage d'un sous-marin.
En 1620, le scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) hollandais Cornelis Drebbel, teste avec succès un sous-marin dans la Tamise (La Tamise (en anglais River Thames) est un fleuve traversant l'Angleterre méridionale et...), pour une commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) du roi Jacques Ier d'Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....). 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 (Graphie) sa Tortue construite entièrement en bois. Pour avancer, le pilote, seul à bord, faisait tourner une manivelle actionnant une hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...). Pour plonger, il ouvrait des ballasts. Pour remonter, il évacuait l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) à l'aide d'une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.). C'est en 1797 que l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) américain Robert Fulton construit le Nautilus en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) recouvert de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...). Long de 6,50 m, il était propulsé par une hélice actionnée à la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) par les trois membres d'équipage. Il était équipé d'une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) 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 (La Grande-Bretagne (en anglais Great Britain) est une île bordant la côte nord-ouest de...) 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 (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...).
Le 28 juin 1856, en Espagne, Narcisse Monturiol plonge dans le port de Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située...) 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 (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) (à air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) comprimé). Long de 42,50 m, il déplace 420 tonnes et embarque sept membres d'équipage. Son autonomie et sa vitesse (On distingue :) 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 (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) 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 (Le périscope est un instrument d'optique pour l'observation d'un objet distant sans être vu...) et de ballasts externes qui a la faveur de la marine de l'époque. Il est le premier sous-marin équipé d'une propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) mixte : machine à vapeur (La machine à vapeur est une invention dont les évolutions les plus significatives datent...) 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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « 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 (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le...), 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 (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) apparait à bord des sous-marins, à la suite de l'USS Nautilus (SSN-571) de 1954. L'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :), totalement indépendante de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), permet aux submersibles de devenir de véritables sous-marins.
Le sous-marin obéit à deux grands principes, le principe d'Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien :...) et le principe de Pascal qui s'appliquent à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) corps immergé.
" Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) dirigée vers le haut, et de grandeur égale au poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) 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 (En mathématiques, affine peut correspondre à :) 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 (Un aérostat est un aéronef « plus léger que l'air », dont la...) 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 mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) en fonction de ses approvisionnements, et la poussée, également variable en fonction de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) [2]. Cette égalité est donc obtenue dans certaines limites de poids (celui des approvisionnements en vivres et en combustibles[3]) pouvant être embarqué et de la densité[4] de l'eau de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), 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[5].
" Sur la surface d'un corps immergé, s'exerce une pression, en bars, perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) 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.
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 (Le transport maritime est le mode de transport le plus important pour le transport de marchandises...), la recherche océanographique, le sauvetage et l'utilisation comme " navire de services ".
Seuls deux cargos sous-marins ont été conçus à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), 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 la jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), 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 (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), 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 (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses...) 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 (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche...) de Russie utilise le Mir.
L'industrie pétrolière (L'industrie pétrolière traite de la chaîne industrielle du pétrole et du gaz...) 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 (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) qu'une petite flotte de ces sous-marins, en opération surtout dans la mer du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), de nouvelles unités davantage spécialisées sont en construction.
Les sous-marins militaires peuvent assurer une grande variété de missions, à l'opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...) 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 (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), 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 militaires sont généralement répartis en classes, séries de sous-marins aux caractéristiques identiques ou très proches.
Le USS Seawolf américain, sous-marin nucléaire (Un sous-marin nucléaire peut être soit :) d'attaque de la classe Seawolf (La classe Seawolf de l'United States Navy, conçue par la société américaine General Dynamics...). |
Sous-marin russe lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) de missiles de croisière, de classe Oscar (La classe Oscar est un type de sous-marin nucléaire lanceur de missiles de croisière...), en 1986. |
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 " classsiques " ou " conventionnels ".
Les sous-marins nucléaires disposent d'un réacteur (Un réacteur peut désigner :) nucléaire dont la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) produite est utilisée pour générer de la vapeur d'eau actionnant :
La "propulsion nucléaire"[10] 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 (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) 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 ( Propulsion électrique (spatial) Propulsion électrique des navires ), 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 et fonction de la vitesse (quelques heures (L'heure est une unité de mesure :) à grande vitesse à quelques jours à vitesse très lente).
Certains pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) ( 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 (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait...) comme pour les récents Type 212 allemands, ou des turbines à vapeurs fonctionnant à l'éthanol comme sur la classe Scorpène (Le Scorpene est un sous-marin à propulsion classique de nouvelle génération développé et...) française.