Les cours de connaissances générales du sous-marin après la seconde guerrre mondiale - Conférence I

Introduction

Dans son état actuel l'arme sous-marine Française est composée de bâtiments de types très disparates. Cette situation va cependant s'améliorer progressivement avec la mise en réserve des sous-marins de type ancien et la mise en service des nouveaux sous-marins du Programme Naval.

Dans ce cours de CONNAISSANCE GENERALE DU SOUS-MARIN, on insiste donc plus particulièrement sur le nouveau matériel Français qui appa­raît avec les sous-marins type "NARVAL" et on ne mentionne les solutions anciennes françaises ou étrangères que lorsqu'elles présentent des originalités particulières.

Ceux d'entre vous qui embarqueront sur un sous-marin de type an­cien auront donc à faire un effort spécial pour assimiler la connais­sance de ce matériel. Ce cours doit cependant vous donner des notions suffisantes pour vous y adapter facilement.

Il a paru utile de vous présenter dans le tableau ci-joint les différents types de sous-marins, actuellement en service ou en cons­truction en France, en indiquant quelques-unes de leurs caractéristi­ques principales.

Dans ce qui suit on abrégera en parlant des différents types de sous-marins et on dira par exemple :

-  Les "NARVAL"

- Les "S"

- Les "CREOLE"

- etc.

CONFÉRENCE l

Définition et principes du sous-marin

Un sous-marin est un navire capable de naviguer normalement en plongée et éventuellement en surface.

Le sous-marin ne représente donc pas une simple classe de bâtiment, il constitue un genre spécial. Tous les autres bâtiments ne peuvent se déplacer que dans le plan horizontal de la surface de la mer; le sous marin se meut, non plus dans  un plan, mais dans le volume   de la mer. Il se déplace dans les 3 dimensions.

Les autres bâtiments empruntent à l'atmosphère l'oxygène indispensa­ble au fonctionnement de leurs moteurs et à la vie de leur personnel.  Le sous-marin peut naviguer sans relations avec l'atmosphère.

INTERET MILITAIRE DU SOUS-MARIN.

C'est évidemment la recherche de la discrétion qui a conduit à construire des bâtiments capables de naviguer sous l'eau. La qualité primordiale du sous-marin est donc son invisibilité qu'il utilise pour attaquer ou pour se protéger.

Il faut noter:

- Qu'il s'agit ici non seulement d'une invisibilité aux yeux de l'ennemi, mais aussi d'une invisibilité à ses moyens de détection (radar).

- Que cette invisibilité n'est pas totale en toutes circonstances. Un avion peut apercevoir un sous-marin immergé par transparence dans l'eau jusqu'à une certaine immersion variable avec l'état de la mer et du ciel. En outre, le sous-marin en plongée peut être repéré à la vue par des phé­nomènes visibles (sillage de périscope, bulles d'air, remous d'hélices, traces de combustible et de corps gras), ou au radar lorsqu'il sort de l'eau un appendice (périscope, schnorchel, aérien).

- Que l'invisibilité n'est qu'un des facteurs de1a discrétion, car ses ennemis peuvent le localiser aussi en écoutant les bruits qu'il fait dans 1' eau. C'est pourquoi l e  silence         des appareils en fonction en p1ongée est à bord des sous-marins d'une importante capitale.

Les caractéristiques importantes du sous-marin seront donc :

- LA PROFONDEUR DE PLONGÉE, afin de rendre son invisibilité plus complète, de rendre plus difficiles sa détection et son attaque par un ennemi, d'augmenter son silence.

- L'AUTONOMIE EN PLONGÉE, au point de vue matériel et personnel, pour prolonger au maximum l'invisibilité.

- LE SILENCE pour échapper à le détection par écoute.

PRINCIPES DE PHYSYQUE QUI REGISSENT  LA PLONGEE. 

Si l'on veut bien comprendre, lorsqu'on est embarqué à bord d'un sous-marin, les manœuvres à faire et les précautions à prendre pour la plongée, il convient d'avoir toujours présents à l'esprit deux principes de physique importants.

Ce sont le principe d'Archimède et le principe de Pascal.;

PRINCIPE D'ARCHIMEDE :

•  Tour corps plongé dans un liquide subit de la part de ce liquide une poussée verticale de bas en haut égale au poids du volume de liquide déplacé.

• Cette poussée peut être mise en évidence à l'aide de la balance hydrostatique (fig.1).

- 1^er temps : on suspend un corps quelconque "P" au-dessous d'un un plateau de la balance. On fait la tare sur l'autre pour équilibrer la balance.

- 2^ème temps : on présente un récipient plein d'eau ras bord sous le corps "P". L'équilibre est rompu, le fléau de la balance oscille vers la gauche, le corps semble s'être allégé. Il a donc bien reçu une poussée verticale de bas en haut.

En même temps le corps immergé a déplacé un certain volume d'eau qu'on a récupéré dans le récipient "B".

• 3^ème temps : si l'on verse le contenu de "B" dans le récipient "A" (identique à "B"), on constate que l'équilibre de la balance se rétablit.

La poussée est donc égale au poids du volume déplacé.

 De même, quand un sous-marin stoppé est entièrement plongé dans l'eau, il est soumis à l'action de deux forces (fig2).

1 – Son poids P appliqué en son centre de gravité G indépendant du liquide et qui l'attire vers le fond.

2 – La poussée P² qu'il subit de la part de l'eau, d'après le principe d'Archimède.

Cette poussée est égale au poids de l'eau de mer que le sous-marin déplace (c'est-à-dire au poids d'une volume d'eau de mer égale au volume du sous-marin); elle est dirigée vers le haut et appliquée au centre du volume ou centre de carène C; on l'appelle encore déplacement du bâtiment.

Ces deux forces verticales dirigées l'une vers le haut, l'autre vers le bas, se combattent l'une l'autre. Si le poids est supérieur à la poussée (fig2 a), le sous-marin va au fond. Si la poussée est supérieure au poids (fig2 b), le sous-marin ira vers la surface où il émergera jusqu'à prendre une flottaison telle que le poids de l'eau déplacée et la partie immergée soit égale au poids du sous-marin.

- a) Equilibre du sous-marin en plongée.

Si le poids du sous-marin entièrement Immergé est égal à la poussée qu'il reçoit de l'eau (fig2 c), les deux forces opposées annulent leur effets, et le bâtiment se trouve en équilibre : on pourra facilement le maintenir à une profondeur invariable, il suffirait d'ailleurs d'un faible effort pour 1e faire soit monter, soit descendre; autrement dit, il sera très maniable en profondeur, c'est à dire, en terme de marine, manoeuvrant. On cherchera donc, pour obtenir cette facilité de manœuvre à maintenir toujours le sous-marin dans cet équilibre et c'est la première condition pour effectuer une bonne plongée : Le sous-marin est dit alors "bien pesé".

Ainsi, pour passer de la surface à la plongée, il faut alourdir le sous-marin jusqu'à ce que son Poids soit égal à la poussée qui s'exerce sur 1ui quand il est entièrement immergé. Cet alourdissement s'obtiendra en laissant pénétrer l'eau de mer dans des compartiments prévus à cet effet, appetés BALLASTS. Mais cette, opération ne suffit pas pour obtenir l'équilibre rigoureux du sous-marin en plongée, c'est-à-dire l'égalité du poids et de la poussée.

En effet, le poids du sous-marin varie constamment à cause de la consommation des vivres, du combustible, des munitions, etc.… Il n'est pas possible de modifier la poussée pour la rendre égale à chaque instant au poids du sous-marin ; l'équilibre ne s'obtiendra donc exactement qu'en introduisant dans le sous-marin un lest égal aux poids consommés : pour cela on remplit plus ou moins d'eau de mer des caisses spéciales, appelées  caisses d'assiette, de réglage et de compensation. C'est ce qu'on appelle faire la pesée du bâtiment.

Le sous-marin navigue donc en plongée avec ses ballasts entièrement ­pleins, et ses caisses de réglage, d'assiette et de compensation, partiellement remplies. Au cours de la navigation en surface, on s'efforce de corriger très fréquemment les variations de poids qui se produisent, en ajoutant ou en enlevant de 1'eau dans ces caisses, de façon que le sous-marin puisse plonger inopinément et se trouver néanmoins en ce moment correctement pesé.

On voit donc déjà qu'un sous-marin comprendra essentiellement ( fig3) : ­

• Une coque A réservée au logement des divers appareils du bord et au logement de l'équipage, dans laquelle l'eau de mer ne pénètre pas. On la désigne usuellement sous le nom de "coque épaisse".

• Des ballasts B (en hachures sur la fig. 3) qui sont les intervalles entre la coque épaisse (résistante) et la coque extérieure (non résistante).

• Des caisses de réglage, d'assiette ou de compensation C que l'on peut remplir partiellement d'eau, pouvant être :

• soit résistante si elles sont à l'extérieur de la coque épaisse,

• soit non résistantes si elles sont à l'intérieur de la coque épaisse.

• Des appendices qui peuvent être des volumes analogues à la coque épaisse (kiosque K, tubes lance torpilles extérieur, sas) ou des appendices analogues à ceux des bâtiments de surface (quille Q, ligne d'arbre, hélices, gouvernail, etc.…)

• Des superstructures S à l'intérieur desquelles la mer peut entrer librement à la faveur d'ouvertures O, l'air se dégageant par d'autres ouvertures O'.

FLOTTABILITE (fig.4)

• On appelle flottabilité d'un sous-marin la différence entre son déplacement en plongée et son déplacement en surface. Cette flottabilité est évidemment égale au poids d'eau introduit dans les ballasts à la prise de plongée.

Par conséquent, la flottabilité d'un sous-marin bien pesé en plongée est nulle,

• Le coefficient de flottabilité d'un sous-marin est le rapport de sa fiottabi1ité à son déplacement en plongée. C'est donc un chiffre inférieur à l'unité; il est exprimé en pourcentage.

• Exemple : pour un "NARVAL" :

Déplacement en surface ………..1636 tonnes

Déplacement en plongée ………..1909 tonnes

Donc flottabilité = 1909 tonnes – 1636 tonnes = 273 tonnes

Coefficient de flottabilité  f = 273 tonnes / 1909 tonnes = 0,14  ou  14%

2°) Principe de Pascal.

- a) Rappelons d'abord que la pression p est la force qui s'exerce sur chaque cm² d'une surface pressée.

L'unité de pression est le kilog par cm² (kg/cm²).

L'effort total ou force F qui s'exerce sur toute la surface pressée est :

F = p (kg/cm²) X S (cm²)

Elle s'exprime en kilogs.

• Le principe de Pascal peut s'exprimer ainsi :

• Les liquides exercent une pression sur chaque cm² de paroi des récipients qui les renferment.

• La pression est toujours normale (c'est-à-dire perpendiculaire) à la surface pressée.

• La pression est égale au poids d'une colonne de liquide qui aurait pour base l'unité de surface       (1 cm²) et pour hauteur du centre de la surface pressée à la surface du liquide.

 c) Expérience du tonneau de Pascal (fig5) :

Soit un tonneau rempli d'eau surmonté d'un tube vertical. Si l'on verse de l'eau dans le tube, le poids de la colonne d'eau exerce une pression sur les parois du tonneau.

Au début, le tonneau reste étanche. Si l'on continue de verser de l'eau dans le tube, le tonneau se met à fuir. Si l'on augmente encore la hauteur d'eau, il crève.

• d) Pression sur les corps immergés :

La pression qui s'exerce sur chaque cm² de la surface du corps et d'autant plus grande que la hauteur d'immersion h est grande.

Cette pression est égale à 1 kg par 10 mètres d'immersion puisqu'une colonne d'eau de 1 cm² de section et de 10 mètres de hauteur à un volume de 1000 cm3 est pèse donc 1000 grammes ou 1 kilog (densité de l'eau égale à 1).

Par exemple les pressions en fonctions de l'immersion sont les suivantes

10 mètres   =      1 kg /cm²

25 mètres   =   2,5 kg/cm²

50 mètres   =     5 kg /cm²

200 mètres =   20 kg /cm²

• e) Effort supporté en plongée par une paroi :

C'est l'effort total supporté par toute la surface de la paroi. Il sera d'autant plus grand que la surface sera grande et la pression sera élevée puisque :

F (kg) = p (kg/cm²)  X  S (cm²)

Exemple : Soit un panneau de sous-marin de diamètre 80 cm, quel effort supporte t-il si le sous-marin est immergé à 50 mètres ?

La surface du panneau est S = ?   X  D²  /  4 

Donc S = 3,14 X 80 X 80 /  4   =  5024 cm²

L'effort total sera donc :

F kg = 5 kg X 5024 cm² = 25120 kg soit 25 tonnes environ.

3°) REMARQUES SUR LES PRINCIPES.

• a) Le principe d'Archimède ne parle pas de la profondeur. Si un sous-marin est équilibré, stoppé à 20 mètres puisque le changement de profondeur, il le sera encore à 50 ou 200 mètres puisque le changement de profondeur ne modifie ni le poids ni le volume (donc la poussée).

• b) Le principe de Pascal ne parle pas de l'inclinaison de la paroi par rapport à la verticale. Toutes les pressions dues à la hauteur de l'eau au dessus de la coque tendent à l'écrasement quelle que soit l'inclinaison des parois sur lesquelles elles s'exercent. Mais ces pressions n'ont pas à être considérées pour la pesée du sous-marin qui dépend seulement di poids du bâtiment et de la poussée de l'eau sur lui.

• c) Le principe de Pascal sert de base à la construction des coques de sous-marins qui doivent être capables de résister à la pression, pour toutes les profondeurs où le sous-marin doit aller.

Nul à bord ne doit ignorer ni oublier le principe de Pascal qui lui indique que l'eau de mer tend toujours à envahir le bateau, et avec une force d'autant plus grande qu'on navigue plus profondément.

Il faut donc plongée :

1 – Isoler de la mer les récipients non résistants situés à l'intérieur de la coque épaisse : (soutes à combustible intérieures par exemple)

Ces récipients cèderaient lorsque la pression sur les parois deviendrait trop grande par suite de l'augmentation de pression due à l'immersion.

2 – Equilibrer avec la pression de la mer les récipients non résistants situés à l'extérieur de la coque épaisse (ballasts, soutes extérieures à combustible) (fig6)

Ces capacités sont en plongée en communication constante avec la mer, pour éviter l'écrasement des parois. La pression étant alors la même extérieurement et intérieurement, les parois peuvent être construites en tôle mince.

• d) Alourdissement dû à la profondeur :

En réalité la coque n'est jamais complètement indéformable : le volume du sous-marin diminue légèrement sous l'effet de la pression croissant avec la profondeur.

De plus, les poches d'air qui restent toujours dans les ballasts et les superstructures sont comprimées par l'eau à mesure que le bâtiment s'enfonce; leur volume diminue et est remplacé par de l'eau qui alourdit le sous-marin.

Donc, si le sous-marin s'enfonce, son volume et par suite la poussée diminuent un peu, en même temps le poids augmente un peu, il s'enfoncera davantage. Au contraire, si le sous-marin remonte un peu, le mouvement tendra à s'accentuer par la décompression de la coque (ce qui augmentera la poussée) et des poches d'air (qui refoulent un peu de l'eau des ballasts, ce qui allège le bâtiment).

Nota : L'alourdissement dû à la compression de la coque est par exemple d'environ 600 litres par 50 mètres d'augmentation d'immersion pour un "NARVAL".