CONFERENCE VII

La pesée du sous-marin - Les caisses de pesée

1.- PRINCIPES DE LA PESEE - NECESSITE DES CAISSES. On a vu que le sous-marin en plongée doit être en flottabilité nulle pour être bien manoeuvrant en profondeur. Il suffira alors d'une faible action de 1a part de ses barres de plongée pour le faire soit monter, soit descendre. Autrement dit, pour que le sous-marin soit "BIEN PESE", son poids doit toujours être le plus exactement possible égal à la poussée qu'il reçoit de la part de l'eau.

Mais : 1) D'une part, ce poids varie constamment. Au cours d'une croisière le sous-marin : - s'allège lorsqu'il consomme des torpilles, des vivres, de l'eau douce, de l'huile, etc... - s'alourdit lorsqu'il consomme du combustible. En effet, le gas-oil de densité 0,85 est remplacé dans les soutes extérieures et les ballasts soutes au fur et à mesure qu'il est consommé, par de l'eau de mer de densité 1,02, ce qui a pour effet d'alourdir le sous-marin. - enfin, les poids en plus ou en moins n'étant pas forcément au centre du bâtiment, leur répartition sur la longueur du sous-marin se modifie constamment et modifie donc la pesée en assiette.

2) D'autre part, la poussée que le sous-marin reçoit de l'eau varie aussi. En effet le principe d'Archimède nous a appris que la poussée est égale au poids d'un volume d'eau de mer égal au volume du sous-marin. Or le poids de cette eau varie en fonction de sa densité. La densité de l'eau de mer se modifie : - d'une région à l'autre (par exemple en moyenne 1,005 en Baltique et 1,028 en Méditerranée). - Au voisinage des estuaires de fleuves où l'apport d'eau douce réduit ta densité de l'eau de mer dans de fortes proportions. - Avec les saisons, la température et la profondeur. Il en résulte des variations importantes de poussée sur la coque du sous-marin : une augmentation de O,OOI de la densité de l'eau de mer augmente de I,6 tonne la poussée qui s'exerce sur un "NARVAL" (soit 24 tonnes de.poussée en plus en passant de la densité 1,014 à 1,029).

3) Aussi, ces variations de poids et de poussée doivent être compensées au fur et à mesure qu'elles se produisent afin que le sous-marin puisse plonger à tout instant et se trouver à coup sûr en poids apparent nul et en assiette 0 (c'est-à-dire en inclinaison longitudinale nulle). D'où la NECESSITE d'avoir d'abord DES CAISSES, pouvant être â volonté plus ou moins remplies d'eau de mer. C'est le dosage de l'eau dans ces caisses qui constitue ce que l'on appelle FAIRE LA PESEE du bâtiment Ce dosage est dégrossi avant l'appareillage par le calcul des poids embarqués et l'examen des tirants d'eau. II est fignolé ensuite à la plongée au vu des tendances que manifeste le sous-marin (lourd ou léger en poids, lourd ou léger de l'avant ou de l'arrière en assiette). Les caisses dont on se sert alors sont : - Les caisses de réglage agissant sur le poids. - Les caisses d'assiette agissant sur l'assiette.

4) Les lests. a) Lest fixe : Lorsqu'on fait les plans du sous-marin, on détermine une fois pour toute son volume et donc la poussée qu'il recevra de la part de l'eau. II est plus difficile par contre de prévoir quel sera son poids exact lorsqu'il sera achevé. Pour couvrir cette marge d'erreur possible, on réserve une certaine partie du poids sous forme de lest fixe (plomb coulé dans la quille : voir CF. n° 4), que l'on rajoute à la fin de la construction.

b) Lest Mobile : Au cours de la vie du sous-marin, il arrive que l'on soit forcé de modifier son poids (débarquement de matériel périmé, embarquement de matériel nouveau ou en essais). On compense alors cette variation de poids momentanée en ajoutant ou en enlevant du lest mobile (gueuses de plomb placées dans des mailles de 1a quille prévues à cet effet ou en cales).

c) Lest de compensation : C'est un lest mobile qui remplace en service courant du temps de paix des poids supplémentaires qui seraient embarqués pour une croisière de guerre. A la prise de la tenue de mobilisation, ce lest de compensation est débarqué et remplacé par le matériel de poids équivalent prévu (torpilles de combat, vivres, IR 8). En particulier, on remplace souvent les torpilles de combat par de fausses torpilles lestées de plomb stockées aux postes des torpilles de réserve (NARVAL). NOTA : La position basse des lests fixe et mobile améliore de plus la stabilité du sous-marin.

5) Remarques.

a) Le volume à donner aux caisses de pesée est déterminé par calcul : - d'une part à partir des variations totales de poids devant être compensées au cours d'une croisière. - d'autre part par les densités limites d'eau de mer que pourra rencontrer le sous-marin (pratiquement de 1,008 à 1,029). II est à noter qu'au cours d'une croisière, au fur et à mesure que le sous-marin s'allège (par consommation de torpilles, de vivres, d'huile, etc...), il s'alourdit (par consommation de combustible extérieur). Sans cette circonstance heureuse, i1 faudrait donner aux caisses de pesée des volumes beaucoup plus importants.

b) Repos sur une couche : Dans les mers chaudes en été, la densité de l'eau croit souvent avec la profondeur. Si le sous-marin est pesé un peu lourd et donc a tendance à couler, la poussée augmente (par la densité) et le fait remonter. La plongée statique (c'est-à-dire stoppée) devient un équilibre stable. Le sous-marin est dit "posé sur une couche", ce qui est très avantageux pour économiser l'électricité.

II.- CAISSES DE REGLAGE

1) But. Les caisses de réglage ou REGLEURS servent à corriger les variations de poids ou de poussée du sous-marin. Elles permettent donc, en les remplissant partiellement d'eau de mer, d'effectuer la "PESEE EN POIDS" du bâtiment.

2) Description.

a) Emplacement : Parce qu'elles doivent régler la pesée en poids du sous-marin sans modifier la pesée en assiette, on les place au centre du bâtiment, à peu près à l'aplomb du centre de poussée statique. - Sur les anciens sous-marins ("CREOLE", VII et IX) elles sont accolées à 1a coque épaisse en abord du poste Central à l'intérieur des ballasts (Fig. 43). Il y en a 2 de chaque bord. - Sur les "NARVAL" ce sont de longs cylindres en forme de banane galbés pour épouser la forme de la coque extérieure. Il y a 4 régleurs (2 de chaque bord superposés), complètement séparés de la coque épaisse (voir planche 1). Cette disposition est meilleure que la précédente dans laquelle la coque épaisse sur sa portion AB pouvait travailler exagérément sous l'effet de la pression intérieure au régleur, et même se déformer.

b) Construction. Etant extérieurs à 1a coque épaisse, ils doivent être résistants. Leur construction est donc analogue à celle de la coque épaisse. La tôle est armaturée par des couples intérieurs. Sur les "NARVAL" les régleurs étant très longs (15 mètres), l'eau se précipiterait de I'AV à l'AR et inversement suivant la pointe du bâtiment. Les carènes liquides influeraient ainsi sur l'assiette du sous-marin. C'est pourquoi chaque régleur est partagé en son milieu par une cloison plane verticale en 2 demi caisses AV et AR (Fig. 44). Un tuyau ouvert à ses 2 extrémités, fait office de siphon entre le haut d'une demi caisse et le bas de l'autre.

Les régleurs sont munis de portes de visite ou de bouchons autoclaves permettant l'accès d'un homme. c) Nous allons décrire l'installation des régleurs des "NARVAL". Celle des "CREOLE" et des allemands n'en diffère que par quelques détails. L'installation est conçue pour répondre à la triple nécessité d'effectuer les mouvements d'eau : - soit par chasse d'air HP ou purge d'air, - soit par pompe (pompe d'assèchement milieu), - d'un poste de commande unique (ce poste des mouvements d'eau est situé auxiliaires Milieu). Elle comprend donc (Fig. 45)

1 - Un circuit d'eau de mer pour le remplissage et la vidange, avec : - une prise d'eau directe à 1a mer crépinée munie de 2 sectionnements; - un compteur (du type à hélice); - une traverse à 4 départs munis de sectionnements R1, R2, R3, R4 permettant la mise en communication de chacun des 4 régleurs, soit avec la mer, soit avec le circuit assèchement; - une aspiration à la traverse de la boite de distribution d'assèchement milieu avec sectionnement et filtre (évitant l'envoi dans les régleurs des saletés du circuit assèchement).

2 Un circuit de chasse et purge comprenant : - une clarinette de chasse HP aux régleurs distribuant l'air à 250 kg à partir du collecteur d'air HP vers les régleurs au moyen des sectionnements de chasses particulières Cl, C2, C3, C4. - des purges p l, p2, p3, p4 aboutissant dans un silencieux commun et de là vers la cale. - un tuyautage commun chasse purge par régleur servant soit à envoyer de l'air HP dans le régleur (régleur en vidange), soit à le purger quand il est en pression (régleur en remplissage). - chaque tuyautage chasse purge aboutit à la partie supérieure du régleur dans un silencieux à chicanes pour amortir les bruits de chasse ou de purge d'air.

3 Des organes de contrôle et de sûreté comprenant pour chaque régleur : - un manomètre duplex comportant, sur le même cadran : - une aiguille rouge (asservie à la pression à l'intérieur du régleur), - un secteur noir (asservi à la pression extérieure). - un indicateur de niveau à distance électrique commandé par un flotteur (dans le régleur) oscillant autour d'un axe. - une soupape de sûreté différentielle fonctionnant sous la différence de pression entre le régleur et la mer. Le ressort de cette soupape la laisse cracher pour une pression dans le régleur égale à la pression d'immersion plus 20 kg/cm2. Il importe en effet de ne pas faire éclater Le régleur par chasse d'air HP supérieure à la pression intérieure pour laquelle le régleur a été construit.

4 Au poste Central d'autres indicateurs de niveau à distance et d'autres manomètres duplex permettent au Maître de quart de contrôler la bonne exécution des mouvements d'eau. Ces mouvements sont ordonnés par trans¬metteurs d'ordre,

3) Les organes que nous venons de décrire sont employés de la façon suivante :

a) Manoeuvre à l'air : Ce procédé a l'avantage d'être rapide. Il présente l' inconvénient de consommer de l'air comprimé, de créer à l' intérieur du sous-marin des surpressions quand on purge les régleurs et d'être bruyant: 1 On à l'habitude de disposer de chaque bord un régleur en "remplissage" et l'autre "en vidange". - Le régleur mis en "remplissage" a sa purge ouverte; il suffit donc de le mettre en communication avec la mer pour que l'eau y pénètre et alourdisse ainsi le bâtiment. - Le régleur mis en "vidange" a sa purge fermée et est maintenu par chasse d'air HP à une pression légèrement supérieure à la pression d'immersion; il suffit donc de le mettre en communication avec la mer pour que l'eau s'en évacue et allège ainsi le bâtiment. On voit donc que par la seule manoeuvre de l'ouverture du sectionnement particulier du régleur considéré (la prise d'eau générale étant déjà ouverte) on peut à volonté et très rapidement, alourdir ou alléger le sous-marin. Ayant de chaque bord un régleur en remplissage et 1 autre en vidange, on choisit le régleur dans lequel on effectue le mouvement d'eau de façon à garder le bâtiment en gîte voisine de zéro.

2 A l'ordre "CHASSEZ X LITRES" (voir Fig. 37). - Choisir un des 2 régleurs en vidange (par exemple le 4). - Vérifier sur le manomètre duplex que sa pression est supérieure à celle de la mer (aiguille rouge en dehors du secteur noir). - Lire le niveau sur l'indicateur. - ouvrir R4. - Fermer R4 lorsque les X litres sont passés dans le compteur. - Vérifier que le nouveau niveau correspond bien à l'ancien moins X litres. Nota : Attention à ne pas ouvrir R4 avant d'avoir vérifié le manomètre duplex. Si la pression dans le régleur était inférieure à celle de la mer, on aurait une entrée d'eau dans le régleur et le bâtiment s'alourdirait au lieu de s'alléger.

3 A l'ordre "ADMETTRE X LITRES" - Choisir un des 2 régleurs en remplissage (par exemple le 1). - Lire le niveau sur l'indicateur. - Ouvrir R1. - Fermer R1 lorsque les X litres sont passés dans le compteur. - Vérifier que le nouveau niveau correspond bien à l'ancien plus X litres. b) Manœuvre par pompe d'assèchement. Ce procédé est moins rapide mais plus discret. Les mouvements s'effectuent à l'ordre "Pompez X litres", au moyen de la pompe d'assèchement milieu et de la boite de distribution d'assèchement correspondante. Il faut évidemment fermer la prise d'eau des régleurs et ouvrir la purge d'air du régleur considéré.

4) Régleurs en gas-oil. Sur les anciens sous-marins une paire de régleurs peut être utilisée en soutes à combustible supplémentaires en situation "surcharge" (voir service du combustible). Leur prise de gas-oil est alors greffée sur le tuyautage remplissage vidange. Nota : Les "S" ont des régleurs intérieurs à la coque épaisse et non résistants. On ne peut donc y effectuer que des mouvements à la pompe.

III.- CAISSES D'ASSIETTE.

1) But. Les caisses d'assiette permettent de rectifier la pesée en assiette, c'est-à-dire de ramener le centre de gravité du bâtiment sur la verticale du centre de poussée; il est à noter à ce sujet que si 1a position du centre de gravité du sous-marin varie avec la disposition des poids mobiles à bord, celle du centre de poussée varie également avec la vitesse du bâtiment, la position de ses barres et les conditions de sa propulsion. Les caisses d'assiette doivent donc permettre une rectification rapide de la pesée en assiette. Elles peuvent aussi servir dans une certaine mesure à aider la pesée en poids. Pour diminuer l'importance des mouvements d'eau à effectuer, on éloigne au maximum les caisses d'assiette les unes des autres pour augmenter leur bras de levier: On les place donc dans les calottes extrême AV et extrême AR de la coque épaisse. 2) Circuit d'assiette sur les "CREOLE" (Fig. 46). a) il comprend 1 caisse à l'AR et 1 caisse à l'AV résistantes réunies par : - un collecteur d'air dit de "chasse et purge" (à la partie supérieure); - un collecteur d'eau appelé collecteur d'assiette (à la partie inférieure).

b) - On trouve sur chaque caisse d'assiette les organes suivants : - une monture de niveau, - une soupape de sûreté et un manomètre, - une porte de visite, - les caisses peuvent être mises en communication avec l'assèchement et l'épuisement.

c) Les mouvements d'eau d'une caisse à l'autre peuvent s'effectuer : - A l'air par mise en pression d'une caisse (avec de l'air à 40 kg) et purge d'air de l'autre, au moyen des robinets combinateurs du collecteur chasse et purge. L'eau de la caisse en pression est transvasée par le collecteur d'assiette dans la caisse mise en purges - Par pompe : le mouvement d'eau s'effectue à l'aide de la pompe de 30 T des auxiliaires et de la boite d'inversion à commande unique (Fig. 46). Le sectionnement 3 doit être fermé et les caisses mises en purge d'air.

3) Circuit d'assiette sur les VII et IX. Le principe est le même que celui des "CREOLE". Les caisses ne sont pas résistantes étant intérieures à la coque épaisse (dans les cales des postes AV et AR). Une boîte avec manoeuvre unique permet la disposition rapide du collecteur d'assiette pour mouvements d'eau par pompe ou par chasse et purge (Fig. 47).

Une pièce en H se déplace verticalement entraînée par sa tige de manœuvre ; elle peut occuper 3 positions : - Position haute (celle du schéma) ; les compartiments 1 et 2 sont en communication, ce qui met la caisse AV au refoulement de la pompe tandis que par le compartiment 3, la caisse AR est à l'aspiration. - Position basse ; 2 et 3 communiquent mettant la caisse AR au refoulement de la pompe, tandis que le 1 est en communication par l'intérieur de la pièce en H qui est creuse avec l'aspiration. - Position milieu : tous les compartiments communiquent ce qui permet le passage de l'eau indifféremment dans les 2 sens pour les mouvements par chasse et purge. Un index entrainé par une crémaillère de la tige de manoeuvre indique les 3 positions définies ci-dessus.

4) Circuit d'assiette sur les "NARVAL". Les installations que nous venons de décrire présentent 2 inconvénients : - les mouvements par pompe sont lents et quelquefois impossibles avec une forte pointe. - les mouvements par chasse et purge dépensent beaucoup d'air (il faut en effet à chaque inversion de sens du mouvement d'eau purger une caisse et gonfler l'autre à l'air). Avec le "MORILLOT" le problème a été résolu en installant 2 paires de caisses. L'ensemble forme ainsi deux groupes indépendants réunis chacun par un collecteur d'assiette et un collecteur de chasse et purge. Une paire de caisses est disposée pour les mouvements vers l'AV, tandis que l'autre est disposée pour les mouvements vers l'AR. Les installations sont complètement indépendantes l'une de l'autre. C'est aussi la disposition adoptée sur les "NARVAL" et que nous allons décrire (Fig. 48)• - Les 2 caisses AR (N° I et 2) sont l'une derrière l'autre. - Les 2 caisses AV (N° 3 et 4) sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal du sous-marin. Elles sont séparées par le compensateur AV (lui-même dans taxe). Les caisses d'assiette n'étant jamais en communication avec la mer n'ont pas besoin d'être résistantes. Cependant comme on effectue les mouvements d'eau par mise en pression des caisses avec de l'air comprimé à 6 kg/cm 2, elles sont construites en tôle épaisse et sont dites semi résistantes. L'installation comprend a) 2 collecteurs d'assiette reliant chacun une paire de caisses AV et AR. Chacun des collecteurs est muni aux auxiliaires milieu d'un compteur avec 2 sectionnements (AV et AR). Entre ces 2 sectionnements, sur chaque collecteur d'assiette, est piqué un tuyautage que l'on peut relier par flexible è la boite de distribution d'assèchement milieu pour effectuer 1e remplissage initial ou la vidange des caisses d'assiette par la pompe d'assèchement.

b) 2 collecteurs de chasse et purge reliant les mêmes paires de caisses. Ils aboutissent à la partie supérieure des caisses par un silencieux à chicanes (pour amortir les bruits de chasse ou de purge d'air). Aux auxiliaires milieu chacun des collecteurs reçoit : - une arrivée d'air à 25 kg/cm2 avec une soupape de réglage, un manomètre et une soupape de sûreté tarée à 7 kg/cm2. - un combinateur chasse-purge (robinet permutateur) permettant de mettre pour chaque paire de caisses : - soit la caisse AV en pression et la caisse AR en purge, - soit 1a caisse AR en pression et la caisse AV en purge. - un silencieux commun de purge d'air. Les mouvements sont effectués en mettant en pression à 6 kg/cm² une des caisses pendant que l'autre est en purge. c Des organes de contrôle : chaque caisse possède : - Un indicateur de niveau à distance électrique avec répétiteurs aux postes des mouvements d'eau et au Central. - Une monture de niveau (sur la caisse) qui n'est utilisée que pour vérifier les niveaux et isolée en service courant.

5) Mouvements d'assiette (sur les "NARVAL"). Les mouvements s'effectuent uniquement à l'air. Pour disposer par exemple la paire de caisses 2 et 4 et son collecteur d'assiette 2 pour les mouvements vers l'avant, il faut : - Disposer le combinateur chasse purge 2 en position : "Chasse vers la caisse n°2" - "Purge de la caisse n° 4". - ouvrir la soupape d'arrivée d'air à 25 kg jusqu'à ce que le manomètre indique 6 kg/cm2. - Ouvrir un des 2 sectionnements de compteur, par exemple Cl. - A l'ordre "X litres vers l'AV" reçu du Central par transmetteur d'ordre, il suffit d'ouvrir C2 jusqu'à ce que X litres soient passés dans le compteur. L'air de la caisse n° 4 se purge dans le silencieux par le combinateur. Les commandes des mouvements d'assiette sont aux auxiliaires milieu à côté de celles des mouvements de régleurs. C'est le poste des mouvements d'eau.

IV- CAISSES DE COMPENSATION l)

- But. On appelle caisses de compensation ou compensateurs des caisses spéciales qui servent à compenser les mouvements de poids dus aux lancements de torpilles et au remplissage et à la vidange des tubes. Ces caisses n'existent pas sur les "CREOLE" puisque sur ces sous-marins on ne remplit pas les tubes d'eau avant le lancement d'une torpille. Par contre il y en a sur les allemands et les "NARVAL". Sur les "NARVAL" par exemple, avant de lancer une torpille, on remplit le tube d'eau de mer. Le sous-marin s'alourdirait donc d'un poids d'eau d'environ 700 litres (différence entre le volume du tube : 2.000 litres et le volume de la torpille : 1300 litres). Pour un lancement avec les 6 tubes AV cela occasionnerait un déséquilibre important dans la pesée (6x 700 = 4.200 litres). - On remplit donc les compensateurs, avant l'appareillage, d'une certaine quantité d'eau et c'est cette eau que l'on envoie dans le tube autour de la torpille au lieu de la prendre à l'extérieur. Ainsi on ne modifie pas le poids du sous-marin. - Enfin, lorsque la torpille est lancée et la porte AV du tube refermée, on vide l'eau du tube dans le compensateur, afin de pouvoir recharger le tube avec une torpille de réserve. On voit que le poids du sous-marin n'est toujours pas modifié.

2) Conditions à remplir. a) Pour que l'assiette du sous-marin ne soit pas non plus modifiée par un mouvement d'eau entre compensateur et tube et inversement, i1 faut placer les compensateurs au voisinage des tubes.

b) Puisque, avant de lancer une torpille, on fait passer 700 litres d'un compensateur dans le tube, il faut que ces compensateurs contiennent au moins 6 x 700 = 4.200 litres à l'appareillage du sous-marin (pour les "NARVAL". c) Puisque, après chaque lancement d'une torpille, on vide l'eau du tube dans les compensateurs, il faut qu'ils puissent contenir au moins un poids total égal au poids des torpilles de réserve (14 torpilles pour les "NARVAL").

3) Réalisation. Les compensateurs sont : - soit dans les cales. Ils ne sont pas alors résistants. - soit a l'extérieur. On les construit alors résistants.

Les mouvements d'eau entre compensateurs ainsi qu'entre tubes et compensateurs se font par mise en pression avec de l'air BP (2 kg/cm2 sur les "NARVAL" de la capacité à vidanger pendant que la capacité à remplir est mise en purge (robinets doubles de remplissage et d'assèchement). A titre d'exemple, la disposition des 4 compensateurs des "NARVAL" est donnée sur la figure 49.

V.- CAISSES DE PLONGEE RAPIDE.

On appelle caisses de plongée rapide ou RAPIDES des caisses spéciales destinées à déséquilibrer brusquement la pesée du sous-marin en provoquant un alourdissement brutal facilitant la rapidité de la prise de plongée ou celle d'un changement d'immersion. Les sous-marins modernes ("MORILLOT", "NARVAL") n'ont pas de rapides. Pour ces sous-marins, destinés à naviguer le plus souvent en plongée, la rapidité de plongée n'a plus en effet la même importance qu'autrefois. Par contre, les "CREOLE" et les VII et IX ont 2 caisses de plongée rapide (1 de chaque bord) placées un peu en avant du centre de poussée pour faire plonger le bateau en assiette négative. Elles sont donc sur l'avant des régleurs et construites de façon analogue. L'installation type des rapides est la suivante (Fig. 50).

- 2 portes de remplissage à la mer (une par caisse) manoeuvrées à bras de l'intérieur.

- 1 tuyautage de purge avec 2 soupapes particulières et une soupape générale donnant dans un silencieux à travers un voyant. - une chasse HP (avec 2 sectionnements et manomètre) aboutissant souvent dans le tuyautage de purge. - des purges basses (robinets témoins) ou des montures de niveau permettant de connaître le niveau d'eau dans le rapide pendant la chasse et d'arrêter cette chasse avant d'avoir produit une bulle risquant de faire repérer le sous-marin à la surface.