Sous-marin nucléaire

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Contexte

Un sous-marin nucléaire est un navire propulsé par l'énergie atomique qui se déplace principalement sous l'eau, mais aussi à la surface de l'océan. Auparavant, les sous-marins conventionnels utilisaient des moteurs diesel qui nécessitaient de l'air pour se déplacer à la surface de l'eau et des moteurs électriques alimentés par batterie pour se déplacer en dessous. La durée de vie limitée des batteries électriques signifiait que même le sous-marin conventionnel le plus avancé ne pouvait rester immergé que quelques jours à faible vitesse, et seulement quelques heures à vitesse maximale. En revanche, les sous-marins nucléaires peuvent rester sous l'eau pendant plusieurs mois. Cette capacité, combinée à une technologie d'armement avancée, fait des sous-marins nucléaires l'un des navires de guerre les plus utiles jamais construits.

Historique

La première proposition sérieuse d'un navire conçu pour voyager sous l'eau a été faite par le mathématicien anglais William Bourne en 1578. Bourne a suggéré d'utiliser deux coques, l'une en bois et l'autre en cuir, mais cet appareil n'a jamais été réellement construit. Le premier sous-marin fonctionnel a été construit par l'inventeur néerlandais Cornelis Drebbel en 1620. Utilisant une conception similaire à celle proposée par Bourne, cet appareil était propulsé sous la surface de la Tamise par huit rames en bois.

Au début du XVIIIe siècle, plusieurs petits sous-marins ont été construits en utilisant des conceptions similaires. En 1747, un inventeur inconnu a suggéré d'attacher des sacs en peau de chèvre à un sous-marin. Remplir les sacs avec de l'eau abaisserait le sous-marin et éjecter de l'eau des sacs le soulèverait. Le même concept de base est utilisé dans les ballasts modernes.

Le sous-marin a été utilisé pour la première fois dans la guerre pendant la Révolution américaine. La Tortue, conçu par l'étudiant de Yale David Bushnell, a tenté d'attacher un explosif à un navire de guerre britannique, mais n'a pas réussi à pénétrer le revêtement en cuivre de la coque du navire. En 1801, l'inventeur américain Robert Fulton construisit le Nautilus, un sous-marin construit de feuilles de cuivre sur des nervures de fer. Le Nautile, qui pouvait transporter un équipage de quatre personnes, réussit à couler des navires lors d'essais, mais fut rejeté par la France et l'Angleterre. Fulton travaillait sur un sous-marin à vapeur pouvant transporter une centaine d'équipages lorsqu'il mourut en 1815.

Pendant la guerre de Sécession, Horace L. Hunley a financé la construction de sous-marins pour la Confédération. Le troisième de ces navires, le H. L. Hunley, attaqué et coulé le navire de l'Union Housatonic le 17 février 1864, mais fut lui-même détruit dans l'explosion qui en résulta.

À la fin du XIXe siècle, de nombreux sous-marins ont été construits aux États-Unis et en Europe. Les méthodes de déplacement du sous-marin ont évolué des hélices manuelles aux moteurs à vapeur, aux moteurs à essence et aux moteurs électriques. Des sous-marins utilisant des moteurs diesel pour les déplacements en surface et des batteries électriques pour les déplacements sous-marins ont été utilisés avec succès pendant la Première et la Seconde Guerre mondiale.

Le développement de l'énergie nucléaire après la Seconde Guerre mondiale a révolutionné la technologie des sous-marins. Sous la direction de Hyman Rickover, ingénieur et officier de la marine américaine, les inventeurs américains Ross Gunn et Philip Abelson ont conçu le Nautilus, le premier sous-marin nucléaire lancé en 1954. En 1959, certains sous-marins nucléaires, appelés sous-marins stratégiques, étaient utilisés pour transporter des missiles à tête nucléaire. D'autres sous-marins nucléaires, appelés sous-marins d'attaque, ont été conçus pour couler les navires et sous-marins ennemis. Les sous-marins stratégiques et les sous-marins d'attaque sont devenus un élément essentiel des forces navales du monde entier. La première utilisation d'un sous-marin nucléaire en combat actif a eu lieu en 1982, lorsque le sous-marin d'attaque britannique Conqueror a coulé le navire argentin General Belgrano pendant le conflit des îles Falkland.

Robert Fulton

Robert Fulton, mieux connu pour son travail dans la technologie des bateaux à vapeur, est né à Little Britain, en Pennsylvanie, en 1765. Enfant, Fulton aimait construire des appareils mécaniques. Son intérêt s'est tourné vers l'art à mesure qu'il grandissait, et bien qu'il ait réussi à subvenir à ses besoins grâce à ses ventes de portraits et de dessins techniques, la réponse générale que son travail a reçue a été décevante et l'a convaincu de se concentrer sur ses compétences en ingénierie.

En 1797, alors qu'il faisait des recherches sur les canaux à Paris, en France, Robert Fulton est devenu fasciné par la notion de "bateau plongeant", ou sous-marin, et a commencé à en concevoir un basé sur les idées de l'inventeur américain David Bushnell. Fulton a approché le gouvernement français, alors en guerre avec l'Angleterre, avec la suggestion que son sous-marin pourrait être utilisé pour placer des mines de poudre sur le fond des navires de guerre britanniques. Après quelques persuasion, les Français acceptèrent de financer le développement des bateaux et, en 1800, Fulton lança le premier sous-marin, le Nautilus, à Rouen.

Le navire de forme ovale de 24,5 pi (7,5 m) de long naviguait au-dessus de l'eau comme un navire normal, mais le mât et la voile pouvaient être posés à plat contre le pont lorsque le navire était immergé à une profondeur de 25 pi (7,6 m) par remplir d'eau sa quille creuse en métal. Le plan de Fulton était d'enfoncer une pointe de la tourelle métallique dans le fond d'un navire ciblé. Une mine à libération prolongée attachée à la pointe a été conçue pour exploser une fois que le sous-marin était hors de portée. Bien que le système ait fonctionné lors des essais, les navires de guerre britanniques étaient beaucoup plus rapides que le sloop utilisé dans les expériences et ont ainsi réussi à échapper au sous-marin plus lent. Les Français ont cessé de financer le projet après l'échec de la tentative de bataille, mais les Britanniques, qui considéraient la technologie prometteuse, ont amené Fulton à leurs côtés. Malheureusement, encore une fois, le sous-marin a bien fonctionné lors des tests, mais s'est avéré insatisfaisant dans les situations pratiques. Après son échec à la bataille de Trafalgar (1805), les Britanniques abandonnent eux aussi le projet.

Après ces expériences, l'intrépide Fulton s'est tourné vers un nouveau domaine d'exploration :la vapeur. Grâce à ses contacts à Paris, Fulton a rencontré Robert Livingston (1746-1813), le ministre américain des Affaires étrangères en France qui possédait également un monopole de 20 ans sur la navigation à vapeur dans l'État de New York. En 1802, les deux décident de former un partenariat commercial. L'année suivante, ils ont lancé un bateau à vapeur sur la Seine qui était basé sur la conception de leur compatriote américain John Fitch.

Fulton est revenu à New York plus tard en 1803 pour continuer à développer ses conceptions. Après quatre ans de travaux, Fulton lance le Clermont, un navire à vapeur avec une vitesse de près de cinq milles à l'heure. Le partenariat entre Fulton et Livingston a prospéré, et Fulton avait enfin obtenu un succès reconnu.

La persistance de Fulton et sa foi en ses idées ont aidé les bateaux à vapeur à devenir une source majeure de transport sur les rivières des États-Unis et ont entraîné une réduction significative des coûts de transport intérieurs.

Matières premières

Le principal matériau utilisé dans la fabrication d'un sous-marin nucléaire est l'acier. L'acier est utilisé pour fabriquer la coque intérieure qui contient l'équipage et tous les rouages ​​du sous-marin, ainsi que la coque extérieure. Entre les deux coques se trouvent les ballasts, qui prélèvent de l'eau pour faire couler le sous-marin et éjectent de l'eau pour faire monter le sous-marin.

Un sous-marin typique.

En plus de l'acier, diverses parties d'un sous-marin nucléaire sont fabriquées à partir d'autres métaux, tels que le cuivre, l'aluminium et le laiton. Le verre et le plastique sont d'autres matériaux utilisés pour fabriquer les milliers de composants qui composent un sous-marin nucléaire entièrement équipé. L'équipement électronique comprend des semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium. Le réacteur nucléaire qui alimente le sous-marin dépend de l'uranium ou d'un autre élément radioactif comme source d'énergie.

Le processus de fabrication

Préparation à la fabrication

• 1 Étant donné que les sous-marins nucléaires ne sont fabriqués qu'à des fins militaires, la décision de les construire est prise par un gouvernement national. Aux États-Unis, la Division de la guerre sous-marine de la Marine est chargée de demander qu'un groupe de sous-marins, appelé vol, soit fabriqué.
• 2 La Marine accepte les offres de milliers d'entreprises pour fabriquer les nombreux composants qui composent un sous-marin nucléaire. La coque du sous-marin est généralement fabriquée par la division des bateaux électriques de la General Dynamics Corporation. (L'Electric Boat Company d'origine a fabriqué les premiers sous-marins utilisés par la marine américaine en 1900.)
• 3 Le financement des sous-marins nucléaires est inclus dans le budget de la défense présenté par le Président au Congrès. S'il est approuvé, le processus de fabrication commence. Le réacteur nucléaire est fourni par le projet de réacteur naval du gouvernement. Les méthodes utilisées pour fabriquer ces réacteurs nucléaires sont étroitement surveillées et la divulgation serait considérée comme une atteinte à la sécurité nationale.

Réalisation de la coque

• 4 Les plaques d'acier, d'environ 2 à 3 pouces (5,1 à 7,6 cm) d'épaisseur, sont obtenues auprès des fabricants d'acier. Ces plaques sont coupées à la bonne taille avec des chalumeaux à acétylène.
• 5 Les plaques d'acier coupées sont déplacées entre de gros rouleaux métalliques sous des tonnes de pression. Les rouleaux, chacun d'environ 28 pouces (71,1 cm) de diamètre et environ 15 pieds (4,6 m) de long, sont installés de sorte qu'un rouleau repose sur deux autres. Lorsque la plaque d'acier se déplace sous le rouleau supérieur et sur les deux rouleaux inférieurs, elle se plie en une courbe. La plaque est roulée d'avant en arrière jusqu'à l'obtention de la courbure souhaitée.
• 6 Les plaques d'acier incurvées sont placées autour d'un gabarit en bois qui dessine la forme de la coque. Ils sont ensuite soudés ensemble à la main pour former une section de la coque. La section est soulevée par une grue et placée à côté d'une autre section. Les deux sections sont roulées lentement sous une soudeuse automatique, qui les scelle ensemble. Les sections rotatives se déplacent plusieurs fois sous la soudeuse, ce qui donne un joint extrêmement résistant.
• 7 Les sections soudées sont renforcées en soudant des nervures d'acier incurvées en forme de T autour d'elles. Ceux-ci sont fabriqués par chauffage La fabrication d'un sous-marin est très complexe et utilise à la fois des processus manuels et automatisés. De grandes tôles d'acier sont laminées et soudées dans la forme des coques intérieure et extérieure. L'échafaudage est érigé pendant la fabrication afin que l'accessibilité reste libre. Chaque aspect de la fabrication est vérifié par des mesures d'inspection et de contrôle de la qualité. Par exemple, les composants en acier soudés sont inspectés aux rayons X. Les tuyaux sont remplis d'hélium afin de vérifier les fuites. En conséquence, le programme des réacteurs navals est considéré comme ayant le meilleur dossier de sécurité de tous les programmes d'énergie nucléaire. barres d'acier jusqu'à ce qu'elles soient suffisamment molles pour se plier. Des marteaux automatiques frappent les extrémités de la barre, produisant une courbe correspondant à la coque.
• 8 Souder plusieurs sections ensemble produit une coque intérieure. Le même processus est répété pour former une coque extérieure. La coque intérieure est soudée à des nervures en acier qui sont ensuite soudées à la coque extérieure. Les nervures en acier séparent les deux coques, laissant de la place aux ballasts qui contrôlent la profondeur du sous-marin. La coque extérieure ne s'étend que jusqu'au fond et sur les côtés de la coque intérieure, permettant au sous-marin de rester debout.
• 9 Pendant ce temps, des plaques d'acier sont soudées en place à l'intérieur de la coque intérieure afin de diviser le sous-marin en plusieurs compartiments étanches. Les ponts en acier et les cloisons sont également soudés en place. Les cordons de soudure extérieurs sont polis par des meules à grande vitesse, ce qui les rend lisses. Non seulement cela améliore la surface de peinture, mais cela donne également au sous-marin une surface profilée qui subit peu de friction pendant le voyage. La coque est ensuite peinte avec des couches de revêtements protecteurs.

Finition de l'extérieur

• 10 Les composants externes tels que les gouvernails et les hélices sont fabriqués à l'aide de diverses techniques de travail des métaux. Une méthode importante utilisée pour de nombreux composants métalliques est le moulage au sable. Ce procédé consiste à réaliser un modèle en bois ou en plastique de la pièce souhaitée. Le modèle est ensuite entouré de sable durci et serré, maintenu dans un moule. Les moitiés du moule sont séparées, ce qui permet de retirer le modèle. La forme de la pièce souhaitée reste comme une cavité dans le sable durci. Le métal en fusion est versé dans la cavité et laissé refroidir, ce qui donne la pièce souhaitée.
• 11 La coque est entourée d'échafaudages, permettant aux ouvriers d'accéder à toutes les parties de celle-ci. Les composants externes sont soudés ou fixés d'une autre manière. Certains composants, tels que les équipements de sonar, sont fixés à la coque puis recouverts de tôles d'acier lisses afin de réduire les frottements lors des déplacements sous-marins.

Finition de l'intérieur

• 12 Le gros équipement est placé dans la coque intérieure au fur et à mesure de sa construction. Des équipements plus petits sont introduits dans la coque intérieure une fois celle-ci terminée. Le sous-marin est lancé avant qu'une grande partie de l'équipement intérieur ne soit installé. Après la cérémonie de lancement, le sous-marin est remorqué jusqu'à un quai d'aménagement, où les travaux d'aménagement intérieur se poursuivent. Des composants vitaux tels que des périscopes, des tubas, des moteurs et des équipements électroniques sont installés. Des équipements pour le confort de l'équipage, tels que des réfrigérateurs, des cuisinières électriques, des climatiseurs et des machines à laver sont également installés à cette occasion.
• 13 Le réacteur nucléaire commence à fonctionner alors que le sous-marin entame ses premiers essais en mer. L'équipage est formé lors d'une croisière sur l'océan Atlantique. Les armes sont lancées et testées, souvent dans les eaux au large de l'île d'Andros aux Bahamas. Le sous-marin est officiellement mis en service lors d'une cérémonie qui change sa désignation de « Precommissioning Unit » (PCU) à « United States Ship » (USS). Le sous-marin subit ensuite une croisière d'essai avant d'entrer en service actif.

Contrôle qualité

Le rôle vital qu'il joue dans la défense nationale, le fait que la vie de son équipage dépend de son bon fonctionnement et les dangers inhérents à son réacteur nucléaire font que le contrôle qualité est plus important pour un sous-marin nucléaire que pour presque tout autre produit manufacturé. Avant le début de la construction, les matériaux qui seront utilisés pour construire divers composants sont inspectés pour détecter tout défaut structurel. Auparavant, lorsqu'un nouveau design pour un sous-marin nucléaire était proposé, un modèle à l'échelle était construit pour voir si des améliorations pouvaient être apportées. Des dessins à l'échelle du nouveau design ont été réalisés, puis développés en modèles de papier pleine grandeur qui ont permis d'étudier de près les petits détails. Une maquette grandeur nature de l'intérieur a été réalisée afin de donner aux constructeurs la possibilité d'ajuster l'emplacement des composants afin d'économiser de l'espace ou de les rendre plus facilement accessibles. Actuellement, la modélisation, la modification et la simulation de conception sont toutes améliorées par l'utilisation d'ordinateurs.

Lorsque les plaques d'acier sont coupées et laminées pour former la coque, elles sont inspectées pour s'assurer que toutes les dimensions sont précises à un seizième de pouce (0,16 cm) près ; les pièces plus petites peuvent nécessiter une précision d'un dix millième de pouce (0,00025 cm) ou moins. Le soudage correct de tous les composants en acier est inspecté aux rayons X. Les tuyaux sont inspectés en les remplissant d'hélium et en vérifiant les fuites. Chaque instrument est testé pour s'assurer qu'il fonctionne correctement. En particulier, le réacteur nucléaire subit des tests rigoureux pour s'assurer qu'il est sûr. En raison de ces précautions, le programme des réacteurs navals est considéré comme ayant le meilleur dossier de sécurité de tous les programmes d'énergie nucléaire.

Une fois le sous-marin mis en service, il subit une croisière d'essai pour voir comment il fonctionnerait en temps de guerre. La vitesse et la manœuvrabilité du sous-marin sont testées pour s'assurer qu'il répond aux exigences nécessaires.

Sous-produits/Déchets

La plus grande préoccupation concernant les déchets produits par les sous-marins nucléaires concerne les déchets radioactifs produits par les réacteurs nucléaires. Bien que les déchets produits par un sous-marin nucléaire soient bien inférieurs à ceux produits par une plus grande centrale nucléaire, des problèmes similaires d'élimination existent. Le programme des réacteurs navals a un excellent bilan en matière de stockage sûr des déchets radioactifs. Certains écologistes, cependant, ont exprimé leur inquiétude quant à la possibilité que des matières radioactives soient libérées si un sous-marin nucléaire est coulé par accident ou au cours d'opérations militaires.

Le futur

Les sous-marins nucléaires devraient rester un élément essentiel des systèmes de défense navale pendant de nombreuses années à venir. Les conceptions futures comprendront de nouvelles façons d'améliorer les capacités de vitesse et de profondeur des sous-marins nucléaires. La recherche conduira également à une meilleure capacité à détecter les navires ennemis tout en restant non détectés. Avec la disparition de l'Union soviétique, entraînant une réduction des budgets de défense, la marine américaine est confrontée au défi de réduire le coût des sous-marins nucléaires tout en conservant leur efficacité. Avec cet objectif à l'esprit, le programme New Attack Submarine a été conçu dans les années 1990, dans le but de remplacer le gros et coûteux Seawolf attaquer les sous-marins avec des sous-marins nucléaires plus petits, moins chers, mais tout aussi efficaces.