Comment marche un sous-marin nucléaire ?

Les sous-marins nucléaires comme le Sous-marin Nucléaire Lanceur d’Engins (SNLE) Le Redoutable relève de nombreux défis technologiques leur permettant :

• de plonger et de remonter à la surface,
• d’assurer leur propulsion,
• d’assurer la vie d’une centaine de sous-mariniers pendant plusieurs semaines.

Comment plonge et remonte un sous-marin nucléaire ?

Lorsqu’il est en plongée, le sous-marin nucléaire doit en permanence rester en équilibre.

Cela signifie que son poids doit correspondre à la poussée d’Archimède, soit au poids du volume d’eau de mer qu’il déplace.

Le sous-marin nucléaire dispose donc de réservoirs qui peuvent être remplis d’eau ou d’air, de manière à régler le poids du sous-marin.

On distingue trois types de réservoirs :

• Les ballasts

Ce sont 2 réservoirs annulaires disposés dans la double coque. L’un est situé à l’avant et l’autre à l’arrière du sous-marin.

Lorsque le sous-marin est en plongée, les deux ballasts sont remplis d’eau de mer. Pour la remontée en surface, la vidange des ballasts est réalisée en envoyant de l’air comprimé à 250 bar pour chasser d’eau.

• Les régleurs

Ils permettent d’affiner l’équilibre entre le poids du sous-marin et la poussée d’Archimède.

Ce réglage est nécessaire car la densité de l’eau de mer n’est pas constante. Elle dépend entre autres de la salinité et de la température.

Et puis, au cours d’une mission qui peut durer jusqu’à 70 jours, le poids du sous-marin militaire est amené à varier en raison notamment de l’élimination de déchets.

• Les caisses d’assiette

Ce sont 2 réservoirs d’eau douce, l’un situé à l’avant et l’autre à l’arrière, communicant entre eux.

Le transfert d’eau d’une caisse d’assiette à l’autre permet de compenser la répartition des charges à l’intérieur du sous-marin nucléaire (déplacement de l’équipage…) et ainsi d’assurer une assiette nulle, c’est à dire l’horizontalité du bâtiment.

Comment produit-on de l’énergie à bord d’un sous-marin nucléaire ?

Les sous-marins nucléaires comme le Sous-marin Nucléaire Lanceur d’Engins (SNLE) Le Redoutable a besoin d’une grande quantité d’énergie pour :

• assurer sa propulsion,
• produire de l’électricité, de l’eau potable et de l’oxygène nécessaires à la vie de l’équipage.

Pour produire cette énergie, le sous-marin nucléaire est équipé d’une centrale nucléaire embarquée, fonctionnant selon les mêmes principes qu’une centrale nucléaire « classique ».

Quel sont les intérêts essentiels du combustible nucléaire ?

• Il ne nécessite pas d’apport d’oxygène pour produire de l’énergie. Le sous-marin nucléaire n’a donc pas besoin de remonter régulièrement à la surface, au contact de l’air atmosphérique. Cela augmente donc la discrétion du sous-marin nucléaire.
• Il représente un très faible encombrement par rapport à son équivalent énergétique en pétrole : 1 g d’Uranium 235 produit autant d’énergie que 1,850 tonne de pétrole !

Le sous-marin nucléaire dispose d’une autonomie quasi illimitée.

La centrale nucléaire du SNLE Le Redoutable est basée sur la fission d’atomes d’uranium 235.

Cette réaction de fission consiste à casser des noyaux d’uranium 235 sous l’impact de neutrons, ce qui libère une très grande quantité d’énergie.

La réaction de fission donne naissance à de nouveaux composés (produits de fission), mais également à de nouveaux neutrons (en moyenne, la fission d’un atome donne naissance à 2,5 neutrons).

Si elle n’est pas maîtrisée, la réaction nucléaire s’emballe car un neutron produit à son tour 2,5 neutrons, qui produisent eux-mêmes 2,5 x 2,5 = 6,25 neutrons, etc.

Le contrôle de la réaction est effectué au moyen de « croix ou barres de contrôle » contenant un produit neutrophage qui absorbe les neutrons produits en excès par la réaction.

La réaction nucléaire se produit dans la cuve contenant de l’eau sous pression (circuit primaire).

D’où le nom de Réacteur à Eau Pressurisée : REP en français (ou PWR-Pressure Water Reactor en anglais).

Le dégagement de chaleur produit par la réaction échauffe l’eau du circuit primaire, qui, circulant à l’aide de Pompes Primaires (P.P.) vaporise l’eau du circuit secondaire dans l’échangeur.

C’est la vapeur d’eau du circuit secondaire qui permet d’assurer :

• la propulsion du sous-marin : l’entraînement de l’hélice via la turbine ;
• la production d’électricité : l’entraînement du turboalternateur.

L’ensemble fonctionne en circuit fermé, c’est-à-dire qu’après être passée dans le turboalternateur ou dans la turbine, la vapeur du circuit secondaire est condensée et retourne à l’échangeur.

Comment le sous-marin nucléaire connaît-il sa position ?

Lorsqu’il est en plongée, le sous-marin a besoin de connaître sa position. Il dispose pour cela de plusieurs moyens, souvent complémentaires.

• Le périscope est le moyen classique de positionnement des sous-marins.

Il a l’avantage de permettre de se situer par rapport à des points fixes : côtes, étoiles la nuit. Seul inconvénient : cela implique que le sous-marin soit proche de la surface, donc facilement repérable.

• Le sonar actif permet au sous-marin de se repérer par rapport au fond de l’océan.

Il consiste à émettre des ondes sonores qui sont réfléchies par le fond.

La mesure du temps nécessaire à ces ondes pour revenir au sous-marin et la connaissance de la célérité du son dans l’eau de mer permet de calculer la distance du sous-marin par rapport au fond.

Cette technique présente l’inconvénient, pour un sous-marin militaire, d’émettre des ondes sonores et donc de nuire à sa discrétion.

• Les centrales inertielles (ou centrales à inertie) sont des appareils basés sur l’utilisation de gyroscopes, de capteurs d’accélération et de vitesse angulaire.

Elles permettent de calculer en temps réel à partir de ces mesures, l’évolution du vecteur vitesse et de la position du sous-marin, ainsi que de son attitude : roulis, tangage, cap.

• Le GPS est utilisé par le sous-marin lorsqu’il est proche de la surface (immersion périscopique).

Le système GPS fonctionne grâce à une constellation de 24 satellites tournant à plus de 19000 km au-dessus de la Terre.

Ils transmettent en continu leur position dans l’espace ainsi que l’heure précise. Ils révolutionnent autour de la Terre en 12 heures.

En se positionnant par rapport à 3 satellites, le sous-marin peut connaître de façon très précise sa longitude et sa latitude.

Comment sont produits l’eau et l’oxygène à bord d’un sous-marin nucléaire ?

Cette eau sert à la vie quotidienne des sous-mariniers : boisson, douche, lavabo… Elle est également indispensable au fonctionnement du sous-marin :

• chaufferie,
• propulsion,
• circuits de refroidissement,…

Les eaux usées ne sont pas recyclées. Elles sont recueillies dans des caisses qui, une fois pleines, sont évacuées vers l’extérieur par pompage ou par chasse selon le type de sous-marin.

La production d’oxygène est réalisée par électrolyse d’eau douce.

L’oxygène est produit par électrolyse de l’eau et diffusé dans la ventilation du bord.

Le principe consiste à appliquer une différence de potentiel entre deux électrodes plongeant dans de l’eau rendue conductrice par l’adjonction d’hydroxyde de potassium.

La réaction produit du dihydrogène et du dioxygène.

Le dioxygène est diffusé dans le circuit de ventilation du sous-marin.

L’dihydrogène est évacué en continu à l’extérieur, il se dissout dans l’eau de mer.

Pour éliminer le dioxyde de carbone rejeté naturellement par les membres d’équipage, l’air du sous-marin passe en permanence dans une installation qui récupère le dioxyde de carbone ainsi que d’autres polluants comme le monoxyde de carbone, les fréons…

L’efficacité de cette installation permet de maintenir la composition de l’atmosphère de bord identique à celle que l’on respire dans des lieux non pollués sur terre.

L’air du bord est pur et contrôlé en continu. Il est également interdit de fumer sur les sous-marins français.

Comment le sous-marin nucléaire communique-t-il ?

En règle générale, le Sous-marin Nucléaire Lanceur d’Engins (SNLE), sauf extrême urgence ou catastrophe, doit rester totalement silencieux sur le plan des liaisons radio. Les ordres de patrouille sont donnés au Commandant avant le départ.

Cependant, la réception de messages intervient dans deux situations précises :

• recevoir les ordres et plus généralement communiquer avec l’état-major, puisqu’il s’agit d’un bâtiment militaire ;
• recevoir des nouvelles hebdomadaires des familles.

Le SNLE dispose pour cela du PC radio.

Le PC Radio est armé en permanence par un homme de quart : le transmetteur, surnommé le « Trans ».

Il faut en effet être aux écoutes 24/24h car des ordres surnommés « TRAM » peuvent être envoyés, à tout moment, par l’état-major.

Le PC Radio est toujours fermé pour protéger le matériel des perturbations électromagnétiques du bord.

C’est un local « classifié », donc secret, dans lequel seules quelques personnes habilitées peuvent pénétrer.

Comme de nombreux espaces à bord du Redoutable, le local radio est petit et rempli de nombreux équipements.

Les informations transmises par l’état-major au PC Radio concerne :

• la situation internationale, surtout si celle-ci peut déboucher sur l’emploi de la force de dissuasion ;
• l’évolution de la situation tactique ;
• la présence de navires ennemis ou alliés dans la zone de patrouille.

La réception au PC Radio, une fois par semaine, de nouvelles des proches : les « familigrammes ».

« Le famili entretient la bonne humeur. On imagine même pas recevoir les mauvaises nouvelles » – Officier à bord d’un SNLE Type Le Redoutable

Le familigramme est un court message de 20 mots transmis par un proche (40 mots à partir de 2002).

Le sous-marinier ne peut en recevoir qu’un seul par semaine.

« Ces vingt mots sont primordiaux. Ils occupent une place prépondérante pendant la patrouille. Quand je les lis, je sais que ma femme a fait des brouillons pendant des heures. » – Officier-marinier à bord d’un SNLE Type Le Redoutable.

Le familigramme est contrôlé par le Commandant en second avant d’être distribué afin de ne pas perturber le travail du sous-marinier.

De leur côté, les sous-mariniers ne peuvent pas donner de nouvelles à leurs proches car le sous-marin pourrait être repéré.

Exemple de « familligramme » reçu par un sous-marinier :

NOUS SOMMES EN BONNE SANTÉ – HUBERT TRAVAILLE BIEN ET PARLE BEAUCOUP DE TOI – PARTONS DEMAIN UNE SEMAINE EN NORMANDIE – BONNES NOUVELLES LAURE MÉMERE NICOLE MICHELINE – RECOIS TENDRES PENSÉES – BAISERS – AGNES-

« Le famili, c’est le contact ! On essaie de ne pas trop l’attendre. On sait qu’il est filtré, qu’il n’y aura pas grand-chose dedans mais on l’attend. » – Officier-marinier à bord d’un SNLE Type Le Redoutable.

Découvrez le dossier sur le premier Sous-marin nucléaire lanceur d’engin (SNLE) Le Redoutable.