Les sous-marins naviguent sous la mer, mais le bruit constitue un facteur de risque pour la détection de l'ennemi. Voici comment les sous-marins réduisent leur niveau sonore et accomplissent leurs missions en toute discrétion.
Les gens s'amusent sur une plage ensoleillée. Les bruits des enfants qui courent, des adultes qui discutent et des chansons qui sortent des haut-parleurs remplissent l'espace. Les baigneurs se prélassent au chaud soleil d'été, jouent au ballon dans le sable ou lisent un livre sous un parasol. Loin d'eux, dans les eaux profondes et sombres, un objet nage immobile. Il s'agit d'un fantôme de la mer, d'un sous-marin.
Un sous-marin est littéralement un navire militaire qui peut se déplacer sous l'eau, remplir ses réservoirs d'eau de mer pour ajuster son poids, se dégonfler et se gonfler pour plonger et remonter. Les sous-marins sont utilisés pour se déplacer sous l'eau afin de repérer les ennemis et d'attaquer des cibles. Ils ont été utilisés pour la première fois au combat pendant la guerre d'indépendance américaine dans les années 1700 et ont évolué rapidement au cours de deux guerres mondiales pour atteindre leur état actuel.
La caractéristique la plus importante dont un sous-marin a besoin pour remplir son rôle est la furtivité, c'est-à-dire la capacité à rester indétectable par les navires ennemis. Dans les profondeurs de l'océan, où les objets ne peuvent pas être jugés visuellement, les sous-marins s'appuient sur les ondes sonores pour détecter leur environnement, et tout bruit généré par un sous-marin est immédiatement visible par les navires ennemis à proximité. Par conséquent, en réponse au développement du sonar, des technologies de réduction du bruit ont été développées, mais les sources de bruit sont nombreuses et même avec la technologie moderne, il reste difficile d'éliminer complètement le bruit.
Il existe quatre principales sources de bruit dans les sous-marins : le bruit mécanique, le bruit du compartiment, le bruit hydrodynamique et le bruit de l'hélice. Cela peut être facilement compris en imaginant un sous-marin en mouvement. Pour que le sous-marin puisse se déplacer, de nombreuses machines doivent fonctionner, ce qui génère du bruit mécanique, et l'équipage vivant à l'intérieur du sous-marin génère également inévitablement du bruit, qui est le bruit du compartiment. Lorsque le sous-marin se déplace dans l'eau, l'eau autour de la coque crée un bruit hydrodynamique dû au mouvement irrégulier de l'eau, et les hélices qui tournent pour avancer contribuent également au bruit.
Mais la principale source de bruit est la rotation des hélices. Le bateau est propulsé vers l'avant par la réaction de l'hélice poussant l'eau stagnante à grande vitesse. Cela crée un espace vide entre l'eau et l'hélice, et la différence de pression fait apparaître l'air dissous dans l'eau sous forme de bulles. Ce phénomène est appelé cavitation et peut être observé dans les boissons gazeuses de tous les jours. Lorsque le couvercle est ouvert, la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la canette fait que la boisson gazeuse et l'espace vide à l'intérieur libèrent des bulles. Lorsque ces bulles sont à nouveau pressurisées, elles éclatent et font du bruit, suffisamment fort pour être détecté par les ennemis à proximité. De plus, lorsque l'hélice tourne, la fréquence du vortex qui l'entoure augmente, et lorsque la fréquence du vortex est égale à la fréquence naturelle de l'hélice, les vibrations et le bruit augmentent, et on parle alors de « chant ». Tous les objets ont leur propre fréquence naturelle et émettent des sons en conséquence, et cela est dû au principe de résonance, qui augmente l'énergie lorsqu'une force de la même fréquence est appliquée de l'extérieur. En tant que telles, les hélices génèrent beaucoup de bruit, mais elles sont nécessaires au fonctionnement, donc réduire le bruit causé par leur fonctionnement est un enjeu important.
Plusieurs technologies sont en cours de développement pour résoudre ce problème. La première façon d’éliminer le bruit de l’hélice est de retirer l’hélice et d’installer un jet d’eau à la place. Un jet d'eau est un dispositif de propulsion qui aspire l'eau depuis une entrée au fond du bateau et pousse le bateau vers l'avant en libérant l'eau d'un drain situé à l'arrière du bateau. Ceci est efficace pour réduire le bruit car il n’y a pas de cavitation due au manque d’hélices, mais cela reste inefficace pour les gros navires et plus coûteux que la propulsion. La seconde consiste à modifier la forme de l'hélice. L'exemple le plus couramment utilisé sur les navires est une hélice à forte inclinaison. L'idée est de modifier la forme des pales à mesure que l'eau circule à travers l'hélice afin de supprimer les vibrations et le bruit. Il faut cependant faire attention à ne pas trop changer les lames, car cela pourrait provoquer du bruit. Une autre option consiste à appliquer un système de prairie à l'hélice. Il s'agit d'une technique qui consiste à percer de petits trous dans les pales de l'hélice et à y souffler de l'air pour créer un film d'air, qui agit comme une sorte de mur empêchant le son généré autour des pales de se propager sous l'eau. Nous développons et appliquons également la méthode Anti-Singing Edge, qui coupe le bout de l'aile et fixe un autre matériau pour supprimer la génération de bruit afin de réduire le phénomène de chant.
Outre la réduction du bruit, d'autres technologies sont nécessaires pour maintenir la furtivité du sous-marin. Par exemple, la surface du sous-marin peut être recouverte de matériaux spéciaux insonorisants pour empêcher la réflexion des ondes sonores. Il est également important de concevoir l'extérieur du sous-marin de manière à ce qu'il présente une zone à faible réflexion radar afin qu'il soit moins exposé à la détection radar.
La guerre silencieuse entre les nations utilisant des sous-marins se poursuit aujourd’hui. La marine américaine a récemment commandé un sous-marin robotisé pour capturer les sous-marins de fabrication russe opérant dans les eaux territoriales américaines, et la Russie s’empresse de construire une nouvelle génération de sous-marins équipés des dernières technologies qui les rendront pratiquement silencieux. Ces sous-marins se recherchent et se surveillent constamment, et leur importance ne cesse de croître. Et la technologie de réduction du bruit continuera de progresser jusqu’à ce qu’elle devienne complètement silencieuse.
