Comment fonctionnent les sous-marins

Submersion et remontée à la surface

Un sous-marin peut flotter sur l’eau car le poids de l’eau déplacée est égal au poids de l’engin. La force ascendante que l’eau exerce sur le navire est connue sous le nom de force de flottaison. La clé pour contrôler la plongée et la remontée à la surface d’un sous-marin, est de contrôler la flottabilité.
Les sous-marins sont équipés de ballasts et de réservoirs de déclenchement qui peuvent être remplis d’eau ou d’air. Pour que le sous-marin soit assis à la surface, les ballasts doivent être vides ; pour descendre, l’air contenu dans les réservoirs est remplacé par de l’eau. La densité du sous-marin devient alors supérieure à celle de l’eau et il s’immerge. Il y a une réserve d’air comprimé à bord qui est utilisée à la fois pour le maintien de la vie et pour remplir les ballasts.

La vitesse de descente est en outre aidée par un ensemble de plans de plongée ou « ailes » sur le dessus du sous-marin. L’angle des ailes est contrôlé, influençant ainsi l’angle de descente.

Pour maintenir le sous-marin à niveau à n’importe quelle profondeur, le sous-marin maintient un équilibre entre l’air et l’eau dans les réservoirs triples, de sorte que la densité globale soit égale à celle de l’eau environnante. Les avions de plongée aident également à maintenir la profondeur du sous-marin constante. Le gouvernail situé à l’arrière de l’engin aide à le diriger.

Alimentation électrique

Les sous-marins nucléaires utilisent des réacteurs nucléaires, des turbines à vapeur et des réducteurs pour entraîner l’arbre d’hélice principal. L’énergie électrique est également utilisée pour faire fonctionner les équipements, celle-ci est faite à partir de moteurs diesel et de réacteurs nucléaires. Les batteries peuvent également être utilisées pour l’énergie électrique, et elles peuvent être chargées à l’aide d’un moteur diesel ou d’un réacteur nucléaire.

Les sous-marins nucléaires ont un avantage sur les sous-marins diesel car ils peuvent rester immergés pendant des semaines. Les moteurs diesel ne peuvent être utilisés que lorsque le sous-marin fait surface, ou du moins utilise un tuba, pour recharger les batteries. Une fois les batteries chargées, le sous-marin peut descendre en utilisant l’énergie électrique. Parce que le carburant nucléaire dure beaucoup plus longtemps que le carburant diesel, les sous-marins nucléaires peuvent rester sous l’eau ou en mer pendant de longues périodes, sans avoir à faire escale pour se ravitailler en carburant.

Navigation

Les sous-marins naviguent en utilisant un système de positionnement global lorsqu’ils sont en surface, cependant, cela ne fonctionnera pas lorsque le navire est immergé. Sous l’eau, les embarcations utilisent des systèmes de guidage inertiels qui suivent le mouvement du navire à partir d’un point de départ fixe en utilisant des gyroscopes. Ces systèmes sont très complexes et difficiles à utiliser, et en même temps très précis. Ils sont précis jusqu’à 150 heures à la fois.
Pour localiser les cibles, les sous-marins utilisent un sonar passif. Cela fonctionne en émettant des ondes sonores à travers l’eau et en laissant les ondes sonores se réfléchir sur la cible et revenir ; en connaissant la vitesse du son dans l’eau et le temps que l’onde sonore a pris pour revenir, les sous-marins peuvent calculer la distance à la cible. C’est la même technique qu’utilisent les chauves-souris, les dauphins et les baleines. Ces systèmes peuvent également aider à recalibrer les systèmes de guidage inertiels.

Alimentation en air

L’oxygène est fourni soit par des réservoirs comprimés, soit par un générateur d’oxygène, qui fonctionne par électrolyse. L’oxygène peut être libéré soit par périodes tout au long de la journée, soit chaque fois qu’un ordinateur détecte que le niveau d’oxygène est bas. Le dioxyde de carbone doit également être éliminé de l’air. Cela peut se faire chimiquement en utilisant de la chaux sodée dans des « épurateurs ». Le dioxyde de carbone est piégé et éliminé de l’air par des réactions chimiques. L’humidité est éliminée par un déshumidificateur, cela empêche l’accumulation de condensation à l’intérieur du navire.

Alimentation en eau

La plupart des sous-marins peuvent prendre de l’eau de mer et la transformer en eau douce par un processus de distillation. L’installation de distillation des sous-marins peut produire de 10 000 à 40 000 gallons d’eau par jour. Cette eau est principalement utilisée pour le refroidissement des équipements et pour l’usage personnel des équipages.