Articles Tagués ‘sous-marin’

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Pour ceux qui – et j’en suis – sont des fervents fans du film de John Mac Tiernan « A la poursuite d’Octobre Rouge », tiré du livre de Tom Clancy et décrivant la défection d’un commandant de l’Octobre Rouge, sous-marin nucléaire russe de dernière génération muni d’un nouveau système de propulsion silencieux appelé « la chenille », voici une nouvelle intéressante et qui relance la course aux armements sous-marins.

En matière de propulsion sous-marine innovante, peu de pays comptent. Il y a bien évidemment les Etats-Unis et la Russie, la Grande Bretagne, la France, mais aussi, et c’est une nouveauté, la Chine qui annonce une technologie révolutionnaire susceptible de rendre les sous-marins de l’Empire du milieu virtuellement indétectables par les techniques conventionnelles.

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Baptisé IEPS pour Integrated Electrical Propulsion System, et comme son nom l’indique, il s’agit d’un système de propulsion électrique silencieuse, fondée sur le principe de l’hydrojet. Pour être précis, il s’agit d’un « rim-driven pump-jet », que l’on pourrait traduire (je ne suis pas un expert) par « turbine à hydrojet sans axe ». En gros, les pales sont encapsulées dans un anneau, il n’y a pas d’axe, c’est l’anneau qui constitue le rotor du moteur électrique. Il est entouré d’un autre anneau, qui constitue le stator, le complexe rotor/stator étant étanche et scellé.

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Les avantages : une maintenance facilitée car le propulseur comporte moins de composants mouvants, une conception compacte, mais surtout une réduction drastique de la cavitation et des vibrations, donc de l’empreinte sonore. Le Graal de la propulsion sous-marine militaire, donc. Nota: comme on me l’a justement reproché, j’ai trop simplifié dans la version initiale de l’article: la cavitation hydrodynamique est donc la formation de bulles de vapeur dans l’eau par l’action mécanique de l’hélice (théorème de Bernoulli), soit la vaporisation de l’eau par la baisse de pression générée par le mouvement (en gros, la pression du liquide est abaissée au-dessous de sa pression de vapeur saturante, ce qui amène le liquide à ébullition). Les bulles étant transitoires, puisque leur apparition élimine les conditions qui leur ont donné naissance, cela amène à l’implosion des bulles de vapeur, ce qui crée une onde de choc notamment sonore, aisément repérable au sonar.

Ce n’est pas en soi un nouveau concept : les premiers propulseurs de ce type ont été mis sur le marché en 2010 notamment par des sociétés allemandes ou néerlandaises, comme « pods » auxiliaires de propulsion. Dans le cas chinois, le système IEPS est à la fois un système de propulsion, et un système de génération d’énergie électrique. Selon l’Etat-Major de la Marine Chinoise (PLAN), l’objectif d’IEPS était également de pouvoir emporter à bord le système d’armes « high-energy radio-frequency » (HERF), une arme à énergie dirigée qui nécessite une puissance électrique importante pour fonctionner.

Ce qui différencie la solution chinoise des systèmes préexistants, en tout cas d’après leurs (rares) annonces, c’est la performance – ce type de systèmes étant jusqu’alors peu efficaces, et limités à une propulsion auxiliaire. Visiblement, la Chine semble avoir injecté des financements suffisants (un sujet sensible chez nous en ce moment, comme quoi la recherche…) pour disposer d’un système véritablement efficace, en maîtrisant la complexité de sa conception.

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Les ingénieurs américains travaillent sur de tels systèmes depuis environ 20 ans mais s’orientent sur des principes différents, comme les moteurs de type « permanent magnet » (moteur à aimant permanent) développés par General Dynamics, ou à superconducteurs (high-temperature superconducting (HTS) synchronous motors) développés par General Atomics et American Superconductors. Le destroyer de classe Zumwalt dont nous avons parlé notamment dans cet article utilise un tel moteur à induction, ainsi que les sous-marins de la classe Virginia ou de type 212 (avant les futurs Columbia – américain, ci-dessous – et Dreadought – anglais – prévus pour 2031).

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La Chine compte équiper du système IEPC ses futurs sous-marins nucléaires lanceurs d’engins, de type Tang-Class 096 – voir ci-dessous la comparaison entre le type 096 en haut et son prédécesseur le 094 en bas.

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Ce sont des bestioles capables de lancer 24 missiles balistiques intercontinentaux  JL-3. La Chine compte également équiper ses sous-marins nucléaires d’attaque de type 095.

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La Chine a ainsi construit la plus grande base de sous-marins en Asie, à Yulin, avec une volonté de l’utiliser (elle comporte un tunnel sous-marin) pour envoyer discrètement ses engins en échappant à la surveillance satellite – d’où le besoin d’un système de propulsion furtif.

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Toutefois, les experts – notamment américains – semblent sceptiques sur la véracité des déclarations chinoises ; sans toutefois expliquer clairement pourquoi. Il est clair que si la Chine a réussi à développer un tel système de propulsion électrique haute performance furtive, il s’agirait d’un avantage stratégique conséquent. Ce qui amène aujourd’hui les Etats-Unis, en particulier, à considérer une accélération de leur programme de détection et de lutte sous la mer, afin de détecter, pister et identifier ces nouvelles menaces… tout en soulignant (et c’est un peu amusant)… le risque de collision accidentelle avec un sous-marin chinois « trop furtif ». On croit rêver.

Si le programme est réel, et les progrès confirmés, les sous-marins chinois équipés pourraient connaître leur premier déploiement opérationnel en 2020.

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Je sors un peu des nouvelles aéronautiques malgré la tenue du salon du Bourget (qui fut… chaud)  pour vous rafraîchir et m’intéresser au monde sous-marin, et en particulier à celui de la propulsion des drones sous-marins. Car l’essor actuel des véhicules robotisés cache également une difficulté majeure : assurer l’énergie nécessaire à leur propulsion, en particulier lorsqu’il s’agit de véhicules sous-marins. En effet, les drones sous-marins ou UUV (underwater unmanned vehicles) nécessitent de plus grosses batteries que leurs homologues aériens, avec une difficulté majeure : aujourd’hui, des batteries Lithium-ion de grosse capacité ont la fâcheuse tendance à prendre feu inopinément. Surtout en présence d’air, ou d’eau (voir le film ci-dessous).

Il y a donc un véritable enjeu à disposer de batteries plus compactes, mais restant puissantes, et plus endurantes afin d’assurer un rayon d’action important pour les UUV.

Une spin-off du MIT (Massachussetts Institute of Technology), baptisée OWP pour Open Water Power pourrait être sur la bonne voie – ils en sont en tout cas convaincus. Leur solution ? Une batterie reposant sur l’utilisation de l’aluminium…et de l’eau de mer.

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Le principe est le suivant : la batterie (qui est en fait une pile à combustible) repose sur trois éléments : une anode en alliage d’aluminium actif et de nickel, un électrolyte alcalin et une cathode à émission d’hydrogène. Pas de risque d’incendie ici; il n’y a pas de lithium. Et tant mieux car une fois immergée, l’eau de mer est injectée à l’intérieur de la batterie.

L’anode est  essentiellement constituée d’aluminium et d’autres métaux non toxiques qui ont deux effets : permettre la réaction avec de l’eau de mer, tout en inhibant la corrosion de l’anode elle-même (faible réactivité en présence d’eau salée). L’image ci-dessous montre la structure de l’anode, en microscopie électronique à balayage (anode partiellement corrodée).

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La cathode maintenant : elle permet de décomposer l’eau de mer en ions hydroxydes et en hydrogène gazeux. Plusieurs variantes de la cathode existent. La première photo montre la surface (en microscopie électronique à balayage) d’une cathode composée de platine plaqué sur du titane :

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La seconde image présente une cathode constituée de nickel plaqué sur du carbone.

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L’image ci-dessous montre l’électrolyte (en l’occurrence l’eau de mer), avec les bulles d’hydrogènes générées par la réaction.

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Pour les plus chimistes d’entre vous, voici le principe global de la batterie.

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Les avantages : des produits résiduels non toxiques, mais surtout une efficacité accrue (voir ci-dessous)

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Avec comme conséquence un rayon d’action des UUV dotés de telles batteries augmenté d’un facteur 10. A titre d’illustration, l’image ci-dessous montre le rayon d’action d’un système classique (en rouge) et d’un système théorique muni d’une batterie OWP (en noir) dans le cas d’usage d’un drone réalisant des opérations dans le domaine pétrolier et gazier, dans le golfe du Mexique. Edifiant. Et ceci sans tenir compte du fait qu’une mission pourra elle-même durer plus longtemps, en particulier en travaillant en grande profondeur.

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Les premiers contrats d’OWP ont été signés avec le ministère de la défense américain, et concernent essentiellement l’adaptation de cette technologie à des systèmes UUV emportés par des plongeurs-démineurs. Comme le dit la société elle-même, les meilleurs cas d’usage concernent des UUV menant des missions longues, ne nécessitant pas une trop grosse force de propulsion sous-marine. Ce qui en fait une technologie de choix pour des missions de reconnaissance ou de renseignement…

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Un avion ? Un oiseau ? Un insecte ? Il faut dire que le nouveau bâtiment construit par la DARPA, et baptisé « Sea Hunter » la semaine dernière à Portland, intrigue. Il s’agit en fait du résultat du projet de conception d’une plate-forme robotisée anti-sous-marine « Anti-Submarine Warfare Continuous Trail Unmanned Vessel » ou ACTUV.

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L’idée consiste à développer un drone chasseur de sous-marin, capable d’opérer dans une zone littorale donnée en toute autonomie. Construit par LEIDOS (ex société SAIC), le Sea Hunter est un engin capable de détecter un sous-marin diesel, de foncer sur sa cible avec une vitesse de pointe de 27 nœuds (50 km/h environ) pour identifier et reconnaître le submersible. L’engin n’est pas armé : l’objectif est de traquer et débusquer les sous-marins suspects, et de passer, le cas échéant, le relais à d’autres intercepteurs qui restent en contact avec le Sea Hunter par liaison satellitaire.

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Pour ce faire, le Sea Hunter est équipé de deux pods sonars actifs/passifs à moyenne fréquence capables de délimiter la zone de recherche. Une fois celle-ci identifiée, ce sont deux sonars haute fréquence situés sur la coque qui prennent le relais pour affiner la détection, puis enfin un réseau de magnétomètres et un sonar final de très haute fréquence permettent de déterminer la signature acoustique de la cible.

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Mais ce qui est impressionnant, c’est que malgré son apparence de trimaran High-Tech, rien n’est prévu pour accueillir la moindre présence humaine à bord :  des coursives très étroites ne servant que pour la maintenance, pas de quartiers pour un équipage, et même les rares panneaux de contrôle prévus sur le pont ne sont là que pour permettre, le temps des tests à la mer, aux ingénieurs de monter à bord. Le navire de 40m de long ne fait que 3,5m de large : c’est un robot flottant. Mais il y a quand même une climatisation à bord. Pas pour des marins : pour refroidir les serveurs C4N qui constituent le « cerveau » du Sea Hunter.

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Et ce cerveau ne se limite pas à la chasse : même en cas de perte de contact, et à partir des données radar et images (il est muni de caméras) le Sea Hunter est capable de poursuivre en toute autonomie sa mission, en respectant les règles de navigations COLREGS anti-collision (International Regulations for Preventing Collisions at Sea) et ce de manière adaptative. En gros, s’il croise un autre navire, il est capable, en fonction des caractéristiques identifiées de ce dernier et selon la régulation, d’estimer qui doit céder le passage (évidemment, en dernier recours, un système anti-collision prend le relais automatiquement).

Capable de se maintenir par force 7, le Sea Hunter pèse un peu plus de 100 tonnes et peut patrouiller jusqu’à 9000 milles nautiques à une vitesse de 15 nœuds. Le Sea Hunter est conçu pour chasser en meute : plusieurs robots peuvent ainsi patrouiller une même zone de manière collaborative.

Pour un coût de construction de 20 millions de $ et un coût d’opération d’environ 20 000$ par jour, il s’agit donc d’une arme impressionnante et performante, qui vient donc d’effectuer ses premiers essais à la mer. Et plus qu’un insecte ou un navire, le ministre délégué de la Défense américain Robert Work compare cet engin (je n’invente rien) à un « oiseau de proie Klingon ».

UGS1Allez, pour changer de l’image du week-end, une petite nouveauté dans le domaine des véhicules sous-marins autonomes. La société Huntington Ingalls’ Undersea Solutions Group vient en effet de présenter son nouveau mini sous-marin, le Proteus. Il s’agit d’un véhicule capable d’évoluer de manière autonome comme un UUV (unmanned underwater vehicle) ou de recevoir un équipage, par exemple pour véhiculer des nageurs de combat.

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Il s’agit d’un sous-marin électrique, dont la batterie délivrant 296kWh lui permet de disposer d’un rayon d’action maximal de 700nm (environ 1300 km) à une vitesse de 10 nœuds. Le Proteus est développé par HIUSG, Battelle, et BlueFin Robotics.

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Le Proteus porte à son bord six stations à air permettant d’accueillir des plongeurs. Toutes les commandes sont numériques, sur le mode « fly-by-wire », il est doté de stations Iridium en sus des moyens radio traditionnels, et porte 4 caméras et un sonar de 300kHz. En mode autonome, le Proteus peut être utilisé pour différentes missions : transport de charge utile, inspection sous-marine, ou installation de charges diverses sur le plancher sous-marin. La vision ci-dessous présente le concept.

En revanche, en comparaison des drones aériens, le Proteus doit être piloté en automatique : on ne peut le diriger manuellement à distance, en raison du délai induit par la communication sous-marine.

Pour des missions de renseignement, d’autres sous-marins autonomes existent, et en particulier, le Ghost Swimmer, un requin robotisé étonnant, développé au sein de la cellule d’innovation rapide (CRIC) de l’US Navy dans le cadre d’un projet baptisé SilentNemo.

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Ce projet a pour objectif de développer des systèmes d’inspiration biomimétique, à destination de la Marine Américaine. Le CRIC est un centre créatif, lancé en 2012, permettant d’imaginer des produits novateurs, et un concept dont la France pourrait s’inspirer, modulo… le budget nécessaire à son fonctionnement. La video ci-dessous présente l’étonnante nage du GhostSwimmer.