Sous-marin

Un sous-marin est un bateau capable de plonger, de naviguer sous l'eau et de remonter quand son équipage le décide, en faisant entrer de l'eau dans des réservoirs pour s'alourdir et en la chassant pour s'alléger. Cornelis Drebbel essaya dans la Tamise, à partir de 1620 environ, le premier dont on rapporte qu'il passa sous l'eau : une barque à rames pontée, rendue étanche par du cuir graissé.

Ce que c’est

Un sous-marin est un navire qui peut plonger sous la surface, naviguer sous l’eau et revenir en surface quand son équipage le décide. Un bateau flotte parce qu’il pèse moins que l’eau qu’il déplacerait s’il était entièrement immergé. Pour plonger, un sous-marin doit devenir aussi lourd que cette eau, ou un peu plus, et pour remonter il doit redevenir plus léger, sans changer de forme. Il y parvient en laissant entrer de l’eau dans des réservoirs, puis en la chassant.

Il lui faut aussi une coque qui reste étanche et ne s’écrase pas sous l’eau qui presse plus fort à mesure qu’il descend, un moyen d’avancer et de se diriger sous l’eau, et de l’air pour son équipage. Les premiers sous-marins étaient mus à la rame ou à la force des bras et des jambes, n’emportaient que l’air enfermé à bord et ne restaient au fond que quelques heures au plus. Les suivants marchèrent avec des moteurs et des batteries, et un sous-marin nucléaire fabrique son propre air et peut rester en plongée bien plus longtemps.

Le Brandtaucher, construit à Kiel en 1850 par Wilhelm Bauer avec les ateliers de Schweffel & Howaldt, était un sous-marin ancien mû par des hommes. Sa coque de tôles rivetées, en forme de phoque replet, avait de petites fenêtres, une écoutille sur le dessus, une hélice et un gouvernail à l’arrière. À l’intérieur, deux hommes marchaient dans deux roues aussi hautes qu’un homme, qui faisaient tourner l’hélice, tandis qu’un troisième gouvernait. Pour plonger, on laissait entrer l’eau au fond de la coque, et des pompes à bras manœuvrées par des leviers la vidaient ensuite. Un poids de fonte qui pouvait glisser d’avant en arrière tenait le bateau d’aplomb. Les sources divergent sur le métal : tôle de fer pour la plupart, acier pour le Deutsches Museum.

Comment ça marche

Le poids du sous-marin et celui de l’eau qu’il déplace décident s’il monte ou s’il coule. En surface, ses ballasts sont pleins d’air. Sur beaucoup de bâtiments modernes, ces réservoirs se trouvent entre la coque résistante intérieure, qui abrite l’équipage, et une coque extérieure plus mince. Chaque ballast a des purges en haut et des ouvertures en bas.

Pour plonger, on ouvre les purges au sommet des ballasts : l’air s’échappe et la mer entre par en dessous.

Pour plonger, l’équipage ouvre les purges. L’air s’échappe vers le haut, l’eau entre par les ouvertures du bas, et le bateau s’enfonce jusqu’à peser à peu près autant que l’eau qu’il déplace. On règle ensuite de plus petites caisses d’assiette, à l’avant et à l’arrière, en pompant de l’eau de l’une à l’autre ou vers la mer, pour qu’il ne monte ni ne descende et qu’il reste horizontal. Les barres de plongée, de courts ailerons à l’avant ou sur le kiosque et à l’arrière, inclinent le bateau vers le haut ou vers le bas quand il avance, un peu comme le feraient des ailes. Pour faire surface, on ferme les purges et l’on chasse dans les ballasts de l’air comprimé, emporté dans des bouteilles résistantes. Il expulse l’eau par les ouvertures du bas et le bateau remonte.

L’eau presse d’autant plus fort que le bateau descend : environ une atmosphère de plus tous les 10 m d’eau de mer. La coque intérieure doit résister à cette pression sur chaque centimètre carré, et sa section est ronde parce qu’un cylindre ou une sphère répartit la charge régulièrement. Son épaisseur et son matériau fixent la profondeur que le bateau peut atteindre. L’eau qui circule librement à bord est un danger en soi : elle court vers l’extrémité la plus basse et aggrave l’inclinaison. C’est ce qui arriva au Brandtaucher lors de sa plongée du 1er février 1851, quand l’eau entra, courut vers l’arrière et que le poids d’assiette glissa avec elle.

Un moteur qui puise son air dans l’atmosphère ne peut pas tourner dans une coque fermée sous l’eau. Les premiers bateaux utilisaient la force musculaire. À partir de 1900 environ, la plupart eurent en surface un moteur à essence, puis un diesel, qui chargeait aussi les batteries, et sous l’eau un moteur électrique. À partir de la Seconde Guerre mondiale, le schnorchel, un tube d’admission d’air et un tube d’échappement dressés au-dessus des vagues, permit de faire tourner les diesels en plongée, à l’immersion périscopique. Un réacteur nucléaire n’a besoin d’aucun air, et l’air de l’équipage est alors produit à bord.

Comment faire

En soufflant dans le tuyau, on chasse l’eau par les trous du dessous, et la maquette remonte.

Une bouteille en plastique fait une maquette de ballast qui fonctionne. Prenez une bouteille propre avec son bouchon, quelques pièces de monnaie ou rondelles plates, du ruban adhésif imperméable, de la pâte à modeler et un tuyau souple en plastique ou une longue paille. Demandez à un adulte de percer une rangée de petits trous sur un côté de la bouteille avec la pointe d’une paire de ciseaux ou une petite chignole à main. Collez les pièces le long du même côté. Ce côté deviendra le dessous : le lest le maintient en bas, et les trous laissent l’eau entrer et sortir par le fond.

Percez dans le bouchon un trou tout juste assez large pour le tuyau, enfilez-le et colmatez le tour avec de la pâte à modeler. Enfoncez le tuyau assez loin pour que son extrémité intérieure touche la paroi supérieure de la bouteille, là où l’air s’accumulera. Revissez le bouchon.

Posez la bouteille, trous vers le bas, dans une baignoire, une bassine profonde ou un bac transparent rempli d’eau, et laissez l’eau entrer par les trous pendant que l’air s’échappe par le tuyau. La bouteille se remplit et coule. Soufflez alors doucement dans le tuyau. L’air se rassemble en haut, l’eau est chassée par les trous du dessous et la maquette remonte. Laissez ressortir l’air par le tuyau et elle coule de nouveau. Ajoutez ou retirez des pièces jusqu’à ce que la bouteille vide flotte et que la bouteille pleine coule tout juste. Déplacer une pièce vers le bouchon ou vers le fond fait pencher la maquette, comme le ferait un poids d’assiette.

Sécurité : travaillez dans une eau qui ne dépasse pas la profondeur d’une bassine ou d’une baignoire, et surveillez toujours les jeunes enfants près de l’eau. Laissez la découpe du plastique à un adulte. Soufflez dans le tuyau, mais n’y aspirez jamais d’eau. Éloignez les appareils électriques de l’eau. Ne construisez jamais rien pour emmener une personne sous l’eau, et n’enfermez jamais personne dans un récipient clos dans l’eau ou près de l’eau.

Histoire et évolution

En 1578, l’Anglais William Bourne décrivit dans un livre d’inventions un bateau qui coulerait et remonterait en changeant de volume, grâce à des parties rentrées et sorties par des vis et rendues étanches avec du cuir. Il n’en donna aucun dessin, et le bateau ne fut jamais construit. L’inventeur néerlandais Cornelis Drebbel, au service de Jacques Ier à Londres, réalisa le premier bateau dont on rapporte qu’il passa sous l’eau. De 1620 à 1624 environ, il l’essaya dans la Tamise : une barque à rames pontée, rendue étanche par du cuir graissé. Des témoins l’ont décrite, mais aucun dessin ni aucune note de Drebbel ne subsiste, et sa construction exacte reste inconnue.

En 1776, pendant la guerre d’indépendance américaine, le sergent Ezra Lee conduisit dans le port de New York la Turtle monoplace de David Bushnell. Son pilote faisait tourner deux hélices à la main ou au pied, laissait entrer l’eau au fond de la coque par une vanne pour plonger et la rejetait à la pompe pour remonter. Sa tentative contre le vaisseau amiral britannique HMS Eagle échoua. Le 1er février 1851, lors d’une plongée d’essai dans le port de Kiel, le Brandtaucher de Wilhelm Bauer coula par l’arrière, par 15 à 18 m de fond selon les récits. Bauer et ses deux compagnons, le charpentier Friedrich Witt et le forgeron Wilhelm Thomsen, attendirent des heures pendant que l’eau entrait, jusqu’à ce que la pression intérieure égale celle du dehors et qu’ils puissent ouvrir l’écoutille et remonter à la nage. La coque fut relevée en 1887 ; elle est conservée au musée d’histoire militaire de la Bundeswehr, à Dresde.

Le Holland de 1900 marchait au moteur à essence en surface et au moteur électrique en plongée.

Le 17 février 1864, le H. L. Hunley confédéré fut le premier sous-marin à couler un navire de guerre ennemi, l’USS Housatonic, et disparut peu après avec son équipage. Le Holland VI de John Holland, lancé en 1897, marchait en surface avec un moteur à essence, qui chargeait aussi ses batteries, et sous l’eau avec un moteur électrique. La marine des États-Unis l’acheta le 11 avril 1900 et l’arma en octobre sous le nom d’USS Holland. Les moteurs diesel remplacèrent ensuite l’essence dans les sous-marins américains. Le 17 janvier 1955, l’USS Nautilus, premier sous-marin mû par un réacteur nucléaire, signala qu’il faisait route à la propulsion nucléaire.