Comment ça marche un sous-marin ?
La navigation sous-marine a tenté les hommes depuis des siècles. Les progrès de la technique l'ont rendu possible. Elle obéit à deux grands principes: les principes de Pascal et d'Archimède, qui s'appliquent à tous les corps immergés.
Le principe de Pascal:
plus on descend, plus la pression augmente. 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. Ainsi, à l'immersion de 100 mètres s'exerce une pression de 10 bars (appliquée sur l cm2)
. Toute augmentation de 10 mètres de profondeur s'accompagne d'une augmentation de pression de 1 bar. Appliqué au sous-marin, ce principe permet de comprendre que les forces croissantes qui s'exercent sur la coque, tendent à l'écraser. La coque épaisse abrite le personnel et le matériel. Elle est construite en acier très résistant. Son épaisseur est calculée en fonction de l'immersion maximum prévue par le programme militaire du bâtiment.
Approximativement, pour une augmentation de 100 mètres de la profondeur d'immersion maximale, il faudrait augmenter l'épaisseur de la coque épaisse de 10 millimètres afin de compenser les efforts dûs à l'accroissement de la pression. Par contre certains éléments extérieurs du sous-marin, tels les ballasts ou les soutes, sont maintenus pleins de liquide, en communication avec la mer, lorsque le sous-marin est en plongée. Les pressions des deux côtés des parois s'équilibrent. Il n'est pas nécessaire dans ce cas de les construire en tôles épaisses, donc lourdes. Leur épaisseur varie de 5 à 10 millimètres.
Le principe d'Archimède:
Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de ce liquide une poussée verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de liquide déplacé. Le sous-marin dans l'eau de mer est soumis à deux forces: - son poids, appliqué au centre de gravité (G), force verticale dirigée de haut en bas. Elle tend à faire descendre le sous-marin. 
- la poussée d'Archimède, appliquée au centre du volume immergé (C), force verticale dirigée vers le haut. Elle tend à faire remonter le sous-marin. L'équilibre est obtenu quand le poids de l'eau déplacé, c'est à dire la poussée, correspond au poids du sous-marin. Considérons le sous-marin en surface. Les ballasts sont totalement vides d'eau de mer. 
La partie supérieure émerge. Le sous-marin flotte, il est donc en équilibre. Le poids du volume d'eau déplacé est bien égal au poids du sous-marin. Ouvrons la purge des ballasts, ils se remplissent d'eau. Le sous-marin s'alourdit et s'enfonce. Le poids du volume d'eau supplémentaire déplacé, qui correspond à une augmentation de même valeur que la poussée, est égal au poids de l'eau contenue dans les ballasts. 
Un nouvel équilibre statique est donc obtenu. A chaque volume d'eau ajoutée, le sous-marin s'enfonce un peu plus et trouve un nouvel équilibre. En immersion maximale les ballasts sont totalement pleins d'eau de mer. 
Vidons les ballasts en remplaçant l'eau de mer par de l'air contenu dans des bouteilles d'air situées à l'intérieur du sousmarin. Le poids du sous-marin diminue du poids du volume d'eau évacué des ballasts: la poussée, que l'on appelle aussi déplacement en plongée, est supérieure au poids du bâtiment. Le sous-marin est "léger", il remonte jusqu'à ce que, la valeur de la poussée diminuant avec la hauteur de l'immersion, on obtient un nouvel équilibre poids/poussée.
On dit que le sous-marin flotte toujours entre deux eaux
Si le poids du sous-marin devenait plus élevé que la poussée qu'il reçoit, il coulerait au fond de la mer et ne pourrait plus remonter (c'est pourquoi dès la conception du sous-marin il faut étudier avec précision son poids pour définir le volume des ballasts et éviter ainsi que le SIM ne sombre). Or, le volume des ballasts, arrêté à la construction, est constant. Il faut donc régler le poids du sous-marin lui même en fonction des ballasts pour que l'on puisse toujours obtenir l'égalité Poids = Poussée. Cette opération appelée "la pesée", est réalisée lors des premiers essais à la mer. Mais il ne suffit pas que le sous-marin soit en équilibre statique. Il faut aussi qu'il puisse naviguer droit et qu'il puisse rester dans cette position. Trois données entrent alors en jeu: L'assiette d'un sous-marin définit son inclinaison longitudinale. C'est l'angle alpha que fait le fond du sous-marin avec l'horizontale. Elle dépend de la position du centre de gravité, c'est à dire de la répartition des poids dans la coque, par rapport au centre de poussée. 
Si le sous-marin est trop chargé à l'arrière, il s'incline, l'angle alpha est positif: l'assiette est positive. Inversement s'il est trop chargé à l'avant, l'assiette est négative. Si alpha est nul, le bâtiment est horizontal. Il est en assiette zéro. La gîte d'un sous-marin définit son inclinaison / transversale. C'est l'angle B que fait l'axe longitudinal du plan transversal, avec la verticale. Si le sous-marin est trop chargé à babord, il s'incline vers la gauche: on dit qu'il y a de la gîte sur babord. De même s'il est trop chargé à tribord, il y a de la gîte sur tribord. 
La stabilité d'un sous-marin est la qualité qu'il possède de revenir en assiette zéro (position l'horizontale) et sans gîte, lorsqu'il est écarté de cette position pour une raison quelconque: houle, mouvement de poids à l'intérieur du SM, etc... Pour une meilleure stabilité, il faut abaisser au maximum le centre de gravité et pour cela, il importe de placer les installations les plus lourdes dans les fonds du sous-marin. Ainsi, lorsqu'il navigue, le sous-marin subit constamment des variations de poids, dues notamment à la consommations de vivres, de carburants (variations en -), ou à des entrées accidentelles d'eau de mer ( variations en +). Il subit aussi des variations de centre de gravité, par exemple si tout l'équipage se déplace en même temps vers l'avant du bateau pour une séance de cinéma! On doit donc en permanence effectuer la "pesée du sous-marin" c'est à dire l'ensemble des opérations qui concourent à rétablir l'égalité Poids = Poussée, pour faire naviguer le bâtiment en plongée en assiette zéro et sans gîte. Pour cela il dispose de caisses à eau spécifiques (régleurs, compensateur, caisses d'assiette).
Mise en évidence du "Principe de Pascal"
- Le tube en U avec la membrane élastique est placé dans l'air atmosphérique : la membrane n'est pas tendue. - Nous plaçons l'extrémité avec membrane dans un liquide (ou dans un gaz dont on peut faire varier le volume à l'aide d'un piston) : la membrane élastique est tendue comme indiqué sur la figure ; ceci traduit des efforts du fluide sur la membrane. - La forme de la membrane est indépendante de l'orientation de la membrane autour d'un même point, les efforts sur la membrane sont perpendiculaires à celle-ci. Si le fluide est un liquide, la déformation de la membrane augmente de manière significative avec la profondeur.
N'hésitez pas à répondre à cet article, laissez vos remarques, vos questions, vos anecdotes....!!!!
Les commentaires
Ecrit par Marie en fait je fais un TPE sur les sous-marin et plus précisément sur la pression , la structure...etc. et je voudrais savoir ce que sont des "étambots". |
Ecrit par Poitevin je voudrait savoir comment un sous marin fais pour avancer |
Ecrit par GUERCIN Pierre Bonjour, élève GUERCIN MPSI à l'école des pupilles de l'air. |
Ecrit par GUITARD Robert Passionné de technique et de mécanique générale, j'ai découvert sur votre site un cours complet sur le fonctionnement des sous marins conventionnel d’un très bon niveau et très passionnant. J’ai ainsi appris qu’un sous marin n’était pas simplement une boite étanche avec des ballasts et un moteur. Les notions d’équilibre de la densité, l’importance des variations de pression en fonction de la salinité et/ou de la température et tant d’autre chose m’ont passionné. Ces pages étaient à l’adresse suivante : |
Ecrit par UBOOT 93 Bonjour, |
Ecrit par Lilyne the best Bonjour a tous, je m'appelle Widelyne et cet article m'a énormément aidé parce que je veux devenir architecte naval. |
Ecrit par bey slimane je suis un etudiant a lécole nationnalle polytechnique a alger, departemment hydraulique. |
Ecrit par Amandine Bonjour, je suis étudiante en math sup et je réalise un sujet sur la stabilité du sous-marin dans le cadre du TIPE. J'aurais besoin de connaître le modèle d'asservissement associé à la stabilité en profondeur du sous-marin. Merci d'avance... |
Ecrit par Anonyme bonjour je suis éléve en classe pré paratoire et je prépare mon tipe à propos de l'hélice marine. je veux savoir s'il y a une relation entre l'hélice marine et la stabilité du navire mon e_mail est { {{ichraf_best@yahoo.fr}} } |
Ecrit par leVZFlotte Bonjour, je suis en prépa sciences et je prépare mon épreuve de TIPE, qui a pour sujet: "l'étude de l'hélice dans la propulsion du sous marin". Je souhaiterais donc savoir si vous connaissez des sites étudiant ce problème, ou des contacts que je pourrais avoir pour modéliser une hélice. Merci d'avance |
Ecrit par José VASSEUR La réponse à votre question se trouve sur le site . Comment y parvenir . Sur la page d'accueil en haut à gauche :Cliquez sur: Plan du Site puis sur: 02 Section Doris, déroulez jusque: Les sous-marins classiques,déroulez : Marine nationale, Groupe des écoles ....... Il y a là une série de conférences sur le fonctionnement et la marche du sous-marin et notamment la conférence VII qui traite de la pesée du sous-marin. |
Ecrit par Nico bonjour, je suis en première et je fais un tpe sur le déplacement des sous marins. j'aimerais savoir comment le sous marin effectue son mouvement horizontal, vue que pour le ss marin immergé la poussée d'archiméde est constante et le rapport poid=poussé est appliqué que lorsque le sous marin est a la surface. Le ss marin ne peut donc pas etre en équilibre a une certaine profondeur: c'est impossible. Mais alors comment navigue t-il? |
Ecrit par Anonyme Bonjour, je suis en math sup et je fais un TIPE (Travail d'Intiative Pédagogique Encadré). |
Ecrit par Thierry BRUNEAU La question est trop vaste, pourriez-vous affiner le besoin ? |
Ecrit par Thierry BRUNEAU Plusieurs réponses possibles: |
Ecrit par Thierry BRUNEAU Vaste débat, voici mon avis sur le sujet. |
Ecrit par Anonyme Bonjour, |
Ecrit par Anonyme Bonjour, |
Ecrit par nicolas bonjour je m'appel Nicolas je fait un tpe sur les sous marins j'aimerais avoir quelques renseignements consernant la propulsion. |
Ecrit par flo Comment appelle-t-on la "tourelle" dans la partie supérieure d'un sous-marin ? |
Ecrit par riri j'aimerais avoir plus d'infos |
Ecrit par Anonyme çà marche aussi... à l'amitié |
Ecrit par Anonyme merci beaucoup tu nous sauve la vie |
Ecrit par Henri En ce qui concerne les calculs de propulsion, il y a un site français trés bien fait : |
Ecrit par Henri Par principe, la poussée d'Archimède est égale au poids du volume de liquide déplacé; elle s'oppose au poids. En clair, cela signifie qu'elle (la poussée d'Archimède) est verticale, dirigée vers le haut. Elle ne dépend pas de la surface du liquide. |
Ecrit par misteri Bonjour, |
Ecrit par Francois Je conseil cette page. |
Ecrit par LARBRE Jean-François A l'exemple des bathyscaphes (la partie habitable), la forme idéale pour résister aux efforts de pression est sans nul doute la SPHERE. Théoriquement, la résultante des forces est nulle. Théoriquement, car pour des petits diamètres, une sphère parfaite est admissible ; en revanche à fort diamètre (10 par ex.), la partie inférieure de la forme est soumise à des effots plus importants que la partie supérieure. Il en résulte une forme de coque ovoïde - résultante des forces nulle -. |
Ecrit par blump JE suis lycéen en 1ére Scientifique en Travaux Pratiques Encadrés en SI, (Science de l'Ingénieur) |
Ecrit par guillaume bonjour ! |
Ecrit par Jean René Lélias Le document de la DCN contient des erreurs qui ont déjà été signalées par plusieurs personnes, il est dommage que plusieurs sites et la Cité de la Mer à Cherbourg aient copiées ces anomalies. Dans le paragraphe relatant la prise de plongée il est dit "en immersion maximale les ballasts sont totalement pleins d'eau" pourquoi en immession maximale. Cela peut laisser entendre pour un non initié que lorsque l'on n'est pas encore en immersion maximale ils ne sont pas pleins d'eau d'ou la question: comment fait-on pour descendre. Dans la pratique le sous marin est balancé pour parfaire le plein en eau des ballasts à une immersion relativement faible, les purges des ballasts sont alors fermées et il reste encore plusieurs centaines de mètres pour ralier l'immersion maximale. Il serait judicieux de tourner cette phrase autrement en disant que le sous-marin s'enfonce sous l'effet de son poids lorsque les purges des ballasts sont ouvertes, l'air fuse par ces purges, le sous-marin s'enfonce, l'eau remplacant l'air dans les ballasts. Grace à une opération que l'on appelle la pesée le poids du sous-marin en surface est connu, le volume donc le poids en eau des ballasts également, et lorsque les ballasts sont pleins, l'équilibre poids = poussée est acquis, il ne reste qu'à effectuer que quelques rectifications mineures si on n'a pas fait d'erreur de pesée. Je vais vous envoyer un second message pour la seconde erreur qui à mon avis est beaucoup plus grave, celle ci n'étant surtout qu'un problème de formulation. |
Ecrit par José VASSEUR A partir de l'exemple qui vous est donné , vous placez la membrane le plus haut possible du couvercle étanche du récipient contenant le fluide. Vous rempluissez le tube au maximum. Vous descendez ce tube et l'eau en sort , ce qui signifie qu'une pression s'exerce sur la membrane. La démonstartion du principe de Pascal nécessite toujours un travail en hauteur. Bon courage. |
Ecrit par JBB Et n’oublions pas que le seul fait de hisser un périscope ou un aérien quelconque allège le bateau vu que son déplacement augmente et si le sous-marin s’allège, il faut donc l’allourdir. Amis S.M rappelez-vous : « Immersion 15 mètres……hissez le périscope……. Admettre 200litres… » |
Ecrit par Canary Bonjour, |
Ecrit par JLD Bonjour Bruno, |
Ecrit par bruno bonjour, |