Un sous-marin est un navire capable de se déplacer soit en surface, soit sous l'eau. Il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent uniquement à la surface, et des bathyscaphes qui se déplacent principalement selon l'axe vertical.
Généralités
La plupart des sous-marins sont des navires de guerre. L'usage civil du sous-marin concerne, pour l'essentiel, la recherche océanographique et l'exploitation pétrolière ; son emploi à des fins touristiques ou de transport commercial reste anecdotiqueL'Allemagne a toutefois utilisé le transport sous-marin pour des approvisionnements stratégiques pendant la guerre.. Confronté aux problématiques de l'absence d'apports externe d'air à l'immersion, il a suscité l'emploi d'innovations propulsives, malgré leur coût, par exemple la propulsion nucléaire. Ces nouveaux modes de propulsion ont permis des avancées sans précédent de puissance et d'énergie disponibles, tout en améliorant la furtivité. D'autres thématiques essentielles contribuent au caractère spécialisé de ce moyen de déplacement, comme la réception d'informations visuelles quasi nulle (en phases discrètes d'opérations militaires) et les échanges limités d'informations avec l'extérieur, y compris un commandement supérieur.
L'immersion maximaleIl s'agit de l'immersion maximale de consigne, l'immersion d'écrasement étant bien supérieure ; pour les sous-marins militaires, l'immersion maximale est de l'ordre des 2/3 de l'immersion calculée d'écrasement. d'un sous-marin militaire est de quelques centaines de mètres. D'une centaine de mètres pendant la Seconde Guerre mondiale, elle est passée à environ pour la plupart des sous-marins actuels. Dans le domaine militaire, ces performances de plongée sont classifiées, au même titre que la forme des hélices ou la signature acoustique du navire, pour des raisons de protection du secret. Les sous-marins étant généralement conçus avec des matériaux et des épaisseurs de coques proches, leur immersion maximale se situe entre , pour les plus petits sous-marins à moteur Diesel, à plus de pour les SNLE les plus imposants. Le record dans le domaine est attribué au K-278 Komsomolets, à . Celui-ci est un sous-marin principalement expérimental, conçu entre autres pour ce genre de records ; une telle immersion n'est aucunement praticable en patrouille courante. Elle atteint plusieurs milliers de mètres pour les sous-marins de recherche océanographique et peut atteindre le fond de la fosse des Mariannes () pour les bathyscaphes, dont c'est la principale caractéristique.
Ce domaine militaire vit un bouillonnement technologique international, une concurrence intense, liés à l'adaptation au sous-marin des révolutions énergétiques récentes, avec des dispositifs dépourvus d'air atmosphérique : batteries plus performantes, piles à combustible, oxygène liquide, réserves d'hydrogène, par exemple. Ces évolutions se concrétisent par des sous-marins anaérobies, avec l'exemple français des contrats d'exportation des classe Scorpène. Le coût élevé de la technologie propulsive nucléaire limite son usage à un cercle restreint de nations ; les technologies récentes sont accessibles à un plus grand nombre. Le format, la compacité, l'autonomie de navigation sans « reprendre la vue » sont nettement améliorés. Les phases de navigation proches de la surface (au périscope et schnorchel) sont indiscrètes, altérant brutalement la furtivité des sous-marins. Ce développement technique entraîne des bouleversements. L'un d'eux est que ces nouveaux sous-marins militaires présentent des signatures thermiques et acoustiques très atténuées (ceux à propulsion nucléaire, même à très faible vitesse, sont technologiquement bruyants par le refroidissement du cœur). Ces nouveaux sous-marins constituent pour ceux, antérieurs, chargés de la dissuasion nucléaire, une nouvelle menace forte.
Histoire
Développement
En 1624, le scientifique hollandais Cornelis Drebbel essaie avec succès une série d'embarcations semi-submersibles, apparentées au concept de cloche de plongée, dans la Tamise, en réponse à une commande du roi Jacques d'Angleterre.
En 1641, Jean Barrié lance à Saint-Malo le , selon des plans de Marin Mersenne. Ce vaisseau métallique à avirons, qui embarque jusqu'à quatre personnes, est équipé d'un sas en cuir afin de faciliter son but premier : la chasse aux épaves.
En 1690, à Marbourg en Allemagne, le Français Denis Papin élabore deux prototypes. Le premier modèle, semi-submersible, est un parallélépipède de fer très renforcé et hermétique, dans lequel le savant compresse de l'air à l'aide d'une pompe. Un baromètre permet de mesurer la pression d'air à l'intérieur. Une fois la pression de l'air équivalente à celle de l'eau, les trous au fond du bateau s'ouvrent, pour y puiser ou pour rejeter un complément d'eau à l'aide d'une grosse seringue. Après un essai fructueux de mise sous pression à terre, cette machine est détruite par accident en tombant d'une grue, juste avant sa mise à l'eau. Vers 1692, un deuxième modèle est construit par Denis Papin, qui y apporte plusieurs améliorations : la coque, en forme de tonneau, résiste cette fois naturellement à la pression de l'eau et ne nécessite donc plus l'emploi d'air comprimé. L'air y circule à la pression d'air extérieure, grâce à une pompe à air centrifuge et à deux tuyaux de cuir maintenus à la surface de l'eau par une vessie flottante. Une pompe à eau permet de faire entrer, ou sortir, le dernier complément de lest, pour plonger ou refaire surface. La profondeur de plongée s'évalue grâce à un baromètre qui mesure la pression de l'eau à l'extérieur. Ce deuxième submersible avance des prétentions militaires : un homme peut se tenir dans le cylindre horizontal et sortir un bras au-dehors par le trou, une fois ce deuxième cylindre mis sous air comprimé grâce à la pompe. Avec ce bateau, Papin, accompagné d'un acolyte courageux, effectue au moins une plongée fructueuse.
En 1775, l'Américain David Bushnell met au point un prototype appelé Turtle (ou en français « bateau-tortue ») construit entièrement en bois. Pour avancer, le pilote, seul à bord, tourne une manivelle actionnant une hélice. Pour plonger, il ouvre des vannes pour remplir les ballasts ; pour remonter, il en évacue l'eau à l'aide d'une pompe.
En 1797, l'ingénieur américain Robert Fulton construit le Nautilus, en acier recouvert de cuivre. Long de , il est propulsé par une hélice actionnée à la main par les trois membres d'équipage. Il est équipé d'une charge explosive qu'il fixe sous les navires ennemis et déclenche à distance. Fulton propose son invention à la France, puis à la Grande-Bretagne qui la refusent tour à tour.
En 1811, le Nautile sous-marin des frères Coëssin, construit en bois et propulsé par quatre rameurs, est assemblé et testé au Havre. Ses nombreux défauts font abandonner le projet.
En , Brutus de Villeroi essaie un submersible avec coque en acier et de de long en baie de Noirmoutier.
En 1834, Pierre-Marie Touboulic, de Brest, fait des sur la Loire. Le médecin Petit en fait à Amiens..
En 1844, après avoir inventé une cloche de plongée équipée d'un système de purification de l'air dans un milieu hermétiquement clos, le docteur français Prosper-Antoine Payerne (1806-1886) conçoit le premier sous-marin complet, avec un système capable de régénérer l'air. Baptisé le Belledonne., il est conçu avec des tôles de d'épaisseur et doté d'un gros moteur à hélices. Sa forme se rapproche de celle d'un œuf, il mesure de long, de large et pèse près de . En 1846, les premiers essais du sous-marin sont réalisés dans la Seine devant un public de . Par la suite, le Belledonne est utilisé pour la réalisation de travaux portuaires.
Le , en Espagne, Narcís Monturiol i Estarriol plonge dans le port de Barcelone pour effectuer les premiers essais de lIctíneo I, engin qu'il a conçu et fabriqué.
En France, le vice-amiral Siméon Bourgois et l'ingénieur Charles Brun mettent au point en 1863 le Plongeur, premier sous-marin propulsé par un moteur à air comprimé. Long de , il déplace et embarque sept membres d'équipage. Son rayon d'action et sa vitesse restent limitées, son plus grave défaut est sa forte instabilité.
Le , pendant la guerre de Sécession, le , un sous-marin confédéré propulsé par une hélice manuelle, devient le premier sous-marin à couler un navire ennemi, le , au large de Charleston, en l'éperonnant pour y fixer une charge explosive déclenchée par un filin à distance de sécurité. Il disparaît en mer sans pouvoir regagner la côte, coulé au moment où il éperonnait un autre navire, sa charge ayant explosé.
En 1884, le Polonais Stefan Drzewiecki conçoit le premier sous-marin à propulsion électrique, autonome pendant une longue durée..
Le premier sous-marin opérationnel à usage militaire est le « sous-marin Peral » (submarino Peral ), conçu et présenté à l'Armada espagnole en 1885 par l'ingénieur militaire espagnol Isaac Peral y Caballero. Il est mis à flot le . Mesurant de longueur pour un poids de , il pouvait accueillir un équipage de . La profondeur de plongée était de , pour une vitesse de , 10 en surface. Propulsé par un double moteur électrique de . Sa distance franchissable était d'environ / . L'armement était constitué d'un lance-torpilles (capacité de trois torpilles). Les essais d'attaques de nuit furent couronnés de succès, ce qui ne fut pas le cas des essais en plein jour, le sous-marin se révélant facilement détectable. Le projet fut abandonné en 1892, les nouvelles autorités militaires ne croyant pas au concept. Laissé à l'abandon, il est récupéré et restauré en 1929 et est toujours visible à Carthagène (Espagne).
Le deuxième sous-marin opérationnel (à quelques semaines près) est le Gymnote de 1887, construit par les ingénieurs Français Henri Dupuy de Lôme et Gustave Zédé. Long de , large de 1,80, tirant d'eau à de déplacement en surface pour 31,166 en plongée, il est propulsé par un moteur électrique de , atteint en surface, 3,9 en plongée. Il est manœuvré par un équipage de cinq à sept hommes. Il est armé de deux torpilles et son rayon d'action est de en surface, mais seulement le tiers en plongée).
Faisant face aux fortes oppositions administratives et hiérarchiques, les lieutenants de vaisseau Baudry Lacantinerie, Darrieus, Daveluy, Violette, entre autres, y mettent au point les premiers périscopes, compas gyroscopiques et autres équipements.
En 1899, deux sous-marins militaires français, successeurs du Gustave-Zédé, Le Français et l'Algérien, sont construits grâce aux fonds récoltés par une souscription nationale organisée par le journal Le Matin..
À la fin du , le perfectionnement de la torpille conduit au développement des torpilleurs puis, en réaction, des contre-torpilleurs, alors que les sous-marins restent difficiles à détecter et à détruire.
En 1900, l'ingénieur français Maxime Laubeuf construit le Narval et obtient la faveur de la marine de l'époque. C'est le premier sous-marin équipé d'une propulsion mixte : machine à vapeur en surface, moteur électrique en plongée ; il est équipé d'un périscope et d'une double coque, la coque de pression intérieure et la coque extérieure, hydrodynamique mais non étanche, avec divers équipements comme les ballasts entre les deux. Tous les types ultérieurs suivront cette conception fondamentale, jusqu'aux sous-marins nucléaires.