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Accueil du site > Tribune Libre > De l’acoustique sous-marine à l’espionnage, il n’y a (...)

De l’acoustique sous-marine à l’espionnage, il n’y a qu’un pas d’hélice

« Je ne sais pas si c'est un sous-marin russe ou un cachalot malade » (le Chant du loup 2019). L'hélice marine brevetée en 1832 par Fréderic Sauvage a marqué une étape décisive dans la propulsion. Les filets d'eau passant par le plan de l'hélice reçoivent une accélération qui crée une poussée dirigée en sens inverse ; le passage de l'eau crée une dépression sur la face avant de la pale et une surpression sur sa face arrière. La dépression peut en certains points atteindre la tension de vapeur d'eau et libérer des poches gazeuses, cavitation à l'origine de vibrations et de bruits indésirables. Avec une pale large, la valeur de la dépression est plus faible qu'avec une pale étroite. C'est la valeur du pas (distance théorique franchie par l'hélice en une révolution) qui détermine l'angle d'attaque des pales, donc la dépression et la surpression sur leurs faces. Le pas optimal d'une hélice à une vitesse donnée étant invariable, on ne peut agir que sur le nombre de tours de machine et sur son sens de rotation pour ajuster la vitesse avant ou battre en arrière. La forme de la coque au passage de l'hélice interfère avec l'écoulement des filets d'eau entre les pales et la coque du sous-marin en marche, l'hélice tourne dans un milieu dont la vitesse est inférieure à celle du bâtiment.

 La détection du passage d'un sous-marin peut reposer sur des hydrophones, des magnétomètres, des gravimètres, des mesures altimétriques satellitaires (la masse d'eau déplacée par le SM génère selon sa profondeur d'immersion et son tonnage une " bosse " en surface) et sur la détection du sillage (travaux soviétiques). Le Système Obnarujenia Kilvaternovosleda, Colossus par exemple, repose sur des mesures physico-chimiques de l'eau : radioactivité, particules métalliques dissoutes (zinc des anodes, nickel) et les traces d'hydrogène pour pister un sous-marin nucléaire. La localisation d'un bâtiment en plongée requiert le calcul d'une « solution », c'est à dire de définir : une estimation horizontale angulaire (direction) - une autre verticale (profondeur) - une information sur la distance - sa vitesse et de son cap, informations appartenant au domaine de l'acoustique sous-marine, discipline apparue au début du XIX° siècle.

Beudat, désireux de déterminer la célérité (vitesse d'une onde mécanique) du son dans l'eau de mer fait amarrer deux navires dans la rade de Marseille séparés d'une distance connue, quand le marteau frappe la cloche immergée, un signal visible de l'autre navire est déclenché tandis qu'un homme, la tête plongée sous l'eau annonce la perception du son. Il établit ainsi la célérité du son dans l'eau de mer à 1500 mètres. En 1826, Colladon et Sturm l'établir à 1435 m/sec pour une eau douce à 8°C en utilisant une cloche pesant 65 kilogrammes immergée entre Rolle et Thonon distants de 13 kilomètres. L'observateur attendait la perception du son au moyen d'un cornet hydro-acoustique en forme de conque dont l'ouverture était obturée par une membrane ; principe du stéthoscope inventé par Laennec en 1815 dérivé d'une constatation de Léonard de Vinci : « Si tu arrêtes ton bateau et que tu mettes la tête d'une sarbacane (tuyau) dans l'eau et l'autre extrémité à l'oreille, tu entendras les navires très éloignés de toi ».

Arago suggéra à Colladon une expérience visant à déterminer la distance maximum à laquelle un son pouvait être encore perçu. Cette proposition qui ne retint pas l'attention de l'intéressé fut réalisée en 1838 sous l'égide de l'Amirauté des États-Unis sur les côtes de Virginie. Bonny-Castle détermina une distance de quelques milles. Colladon en contesta le résultat, il immergea en 1841 une cloche de 500 kilogrammes par 15 mètres de fond dans le lac Léman entre Promenthoux et Grand-Veau, le son en fut perçu à 35 kilomètres. Colladon déclara que le son pouvait se propager sur une centaine de kilomètres dans des circonstances favorables. Se basant sur l'observation des cercles concentriques générés après le jet d'une pierre dans l'eau qui croisent comme le carré du rayon, il énonça : « L'intensité d'un rayonnement décroît sans cesse à partir du centre ; elle est, en un point quelconque, en raison inverse du carré de la distance  ».

Un homme fit le rapprochement avec le principe consistant à la vue de l'éclair à égrener les secondes écoulées pour en connaître la distance, transposé à l'estimation de la profondeur d'un lac ou d'un océan. Le principe du sondage par le son était né. Les premiers essais furent effectués en tirant une balle à la surface de l'eau (Procédé Marti) principe que l'on retrouve dans la prospection sismique pétrolière. Connaissant la vitesse de propagation du son dans l'eau et l'intervalle de temps entre l'émission et la réception du signal, ont en déduit la profondeur (C.t / 2). L'eau n'est pas un milieu homogène, la célérité varie selon la température, la salinité, la turbidité (particules en suspension), la pression, sans oublier la topographie du fond qui peut amortir, canaliser ou réfléchir le son. Les différences sont certes faibles, mais voici un exemple qui aide à en saisir l'importance. Une frégate de lutte ASM repère un sous-marin distant de 100 nautiques (1 MN = 1.852 m) filant 25 nœuds, le son a mis 107 secondes pour atteindre les hydrophones, durée pendant laquelle le bâtiment a déjà parcouru une distance de 1367 mètres ! Le «  défilement » consiste a relever un contact et à en déterminer l'angle après un laps de temps déterminé (vitesse angulaire). Exemple, l'opérateur relève un contact dans le 105 et au 110 après cinq minutes, le défilement est de 1° minute. Autre phénomène, l'effet Doppler (1842). Vous entendez la sirène d'une ambulance se déplaçant à 50 km/h (14 m/sec), la note sera altérée dans le même rapport (1/24 de la vitesse du son) et la fréquence perçue sera plus haute ou plus basse selon que la source sonore placée sur le véhicule se rapproche ou qu'il s'éloigne.

Après le naufrage du Titanic (1912), un météorologue anglais proposa d'utiliser les échos sonores pour détecter les icebergs. Le 27 avril 1914, l'américain Fessendem réussi à détecter un iceberg distant de 2 nautiques. En 1915, l’ingénieur russe Constantin Chilowsky suggéra l’emploi d’ultrasons d’une fréquence de 15 à 40 KHz pour le sondage sous-marin et la détection des submersibles. Les propriétés piézoélectriques du quartz avaient été découvertes en 1880 par Pierre et Jacques Curie. Une lame de quartz taillée dans le plan de l'axe optique soumise à des pressions ou des étirements génèrent une tension, l'effet est réversible. Une lame de quartz taillée pour résonner sur une fréquence soumise à un courant va vibrer sur sa fréquence, et soumis à une vibration mécanique délivrer une impulsion électrique. Le transducteur en contact avec l'eau convertit l'énergie électrique en vibration, l'onde réfléchit par le fond ou un obstacle est captée en retour. Le transducteur concentre l'énergie en un faisceau dont l'ouverture angulaire est d'autant plus petite que ses dimensions sont grandes. La précision d'un sonar actif repose sur la mesure du temps (impulsions d'une dizaine à plusieurs centaines de millisecondes).

En 1917, le professeur P. Langevin fut chargé d’en étudier la faisabilité. Le 26 février 1918, un premier appareil délivrant une puissance de 100 watts permettait d’obtenir un écho sur un navire distant de 800 mètres. Cette même année voyait la mise au point de l’hydrophone, un microphone sous-marin capable de recueillir puis d’amplifier les bruits de moteur, d’hélice, des pompes et les bruits de la vie marine qui forment un bruit de fond permanent. Le 16 mars 1918, le contre-torpilleur Dunois grenadait un U-boot repéré et localisé grâce à un hydrophone. L’utilisation conjointe de l’échomètre et de l’hydrophone obligeait le navire à stopper ses machines et à réduire toutes ses sources de bruits, on remorqua l’échomètre loin derrière le bâtiment (flûte). Des années plus tard, des micros suspendus à des bouées et reliés à des postes d’écoute situés à terre furent immergés dans les détroits.

En 1924, un aviso parvint à détecter un S-M à 1500 mètres. Les Anglais parlaient d'Asdic (Allied Submarine Detection investigations committee), l’acronyme SONAR pour Sound navigation and ranging sera popularisé par les Américains. Les sous-marins allaient devoir se réfugier dans les profondeurs et profiter de la bathythermie qui affecte la propagation des sons (réflexion, réfraction, diffraction), du profil bathymétrique du fond capable de s'opposer à toute détection en renvoyant la réflexion d'échos multiples sur les parois rocheuses, et éviter les thermoclines qui forment un « chenal sonore » conduisant les sons à très grande distance.

A partir de 1942, les U-boote disposèrent d'un leurre anti-asdic. Un cylindre fermé semblable à une boîte de conserve remplie à mi-hauteur d'hydrure de calcium qui formait au contact de l'eau de mer des bulles de dihydrogène faisant tinter le cylindre pendant une vingtaine de minutes (1 gramme de CaH2 libère 1 litre de gaz) délivrant ainsi une fausse cible. De nos jours, des leurres remorqués émettent des sons semblables au bruit de fond rencontré dans l'océan afin de masquer la signature sonore du SM (rapport S/B) !

Les sources sonores d'un sous-marin sont nombreuses et variées : pompes, tuyauterie, clapets, système de réfrigération des ordinateurs, bouilleur, condenseur, etc. Un sous-marin nucléaire comporte plus d'un million de pièces, soit dix fois plus qu'un appareil long courrier ! La moindre vibration capable de se répercuter à la coque recouverte de sorbothane (matériau anechoïde) pour absorber les bruits internes et amortir les pings des sonars adverses fait l'objet de ponts acoustiques (silicone) contribuant à réduire l'« index de la cible ». Selon le niveau ou nature de la menace, l'équipage respecte la consigne « silence patrouille » ou « super silence » (la plus draconienne). Pour fixer les idées, un sous-marin silencieux correspond à un niveau sonore d'environ 60 dB, celui d'un SM très silencieux à 30 dB, et le fond sonore de l'océan peut dépasser une centaine de dB, de quoi saturer la bande d'écoute étalée sur cinq octaves échelonnée de 10 à 1280 Hz (10-80, 80-160, etc.). L'opérateur peut en cas de doute, basculer sur une série de « filtres de menace » afin de déceler une fréquence particulière qui a été identifiée et archivée pour lever le doute (pitch du film le Chant du loup).

Le commandant du submersible doit connaître son environnement en permanence, si l'écoute passive permet d'entendre un autre bâtiment éloigné, elle ne renseigne pas sur l'environnement. Les fonds des mers et océans ne sont pas que de vastes plaines, le plateau continental est entaillé de gorges et de reliefs capables d'éventrer la coque d'un bâtiment. Le sous-marin est aveugle, il doit faire appel à des sonars dont les bips caractéristiques peuvent trahir sa présence. Le sous-marin adverse cherche souvent à venir se placer dans les baffles, zones arrières sourdes du S-M pisté, obligeant son commandant à venir abattre régulièrement (changement de cap d'environ 60°).

En 1983, la flotte des sous-marins soviétiques est la première au monde avec 75 SNLE et 360 SNA. La surprise survient en 1984 avec le K-284 type Akula à moteur électrique. Les Soviétiques sont parvenus à construire des hélices « sabre » et ont renoncé au double arbre ! Comment ont-ils acquis la technologie ? L’affaire Farewell avait révélé l'année précédente les domaines d'intérêt de l'espionnage soviétique. Le pillage ne faisait aucun doute et les contrôles du « Comité de coordination pour le contrôle des échanges multilatéraux » créé en 1950 avaient échoué. L'usinage de ce type d'hélice nécessitait une fraiseuse numérique CNC-300 Toshiba à cinq axes gérée par des logiciels de la firme norvégienne Kongsberg Vaapenfabrikk, matériels placés sous embargo du COCOM à la rubrique « exportations à double usage ».

En 1988, une filiale de Machines françaises lourdes fut soupçonnée d'en avoir violé les accords. Le porte-parole du Pentagone déclara : « L’enquête porte sur le détournement présumé de dizaines de machines de fraisage très sophistiquées pour les utilisateurs militaires de l’Union soviétique. (...) Nous croyons que les machines ont été utilisées dans le programme de chasse MiG soviétique. » Si le COCOM a disparu, le matériel dual fait toujours l'objet de l'attention des douanes et des Armées : DGA, DPSD, SGDSN, etc. La technologie française suscite bien des convoitises. Un spécialiste chinois a rapporté dans le numéro 8 d'Ordnance Industry Science & Technologie : « Un seul sous-marin nucléaire "coule" la moitié du groupement tactique d'un porte-avions » faisant référence à la pénétration du Safir au sein du dispositif de protection du porte-avion Theodore Roosevelt lors d'un exercice conjoint !

Un épais rideau de fumée a tout simplement remplacé le rideau de fer et enfumé les consciences... Le 16 septembre 2018, la police fédérale helvétique a interpelé un diplomate russe repéré par la DGSI à Marseille en 2016 ! "Sergueï" servait de relai à deux agents itinérants du GRU appartenant à l'unité 26165, eux même interpellés au mois d'avril 2018 à la Haye. Selon une évaluation du Service de Renseignement de la Confédération (SRC) : « Plus d'un quart des diplomates russes accrédités en Suisse sont des espions ». Les autorités françaises s'inquiètent d'une présence asiatique à proximité des centres de transmission chargés de communiquer avec les sous-marins nucléaires. La vente de la branche énergie Alsthom à GE a permis le transfert aux USA du savoir-faire des turbines équipant les SMN ! Pire ! l'accord ITAR bloque la vente de tout matériel français contenant un composant américain... L'espionnage humain n'a jamais disparu et la France est un véritable mille feuilles pour les agents de l'étranger : visas et infiltrations facilités, locations "airB&B" pour les appartements conspiratifs et planques, essor de nouveaux moyens de communication, délitement de la loyauté nationale, naïveté, etc. Un soupçon sur une personne physique ou morale, voire des agissements ? assistance-dgsi@interieur.gouv.fr 

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10 réactions à cet article    


  • Aita Pea Pea Aita Pea Pea 26 juillet 10:18

    Bon article intéressant. Merci.


    • devphil30 devphil30 26 juillet 12:22

      Merci pour cet article de qualité


      • Zolko Zolko 26 juillet 13:22

        Article interressant, mais qui ne mentionne pas la révolution qu’a apporté la découverte des sous-marins Suédois à propulsion à moteur Stirling, qui a su déjouer toutes les détections d’un groupe naval US, a pu se glisser à l’intérieur de la formation et aurait pu couler n’importe quel navire :

         
        https://en.wikipedia.org/wiki/Gotland-class_submarine

         

        Presque aussi éfficace que les sous-marins nucléaires, mais infiniment moins coûteux. 


        • sls0 sls0 26 juillet 16:43

          @Zolko
          Un soumarin classique en électrique c’est un moteur électrique, une ligne d’arbre et un hélice à chiader au niveau vibratoire.
          Un nuc c’est des pompes en plus, des organes de régulation pour la vapeur, de la vapeur, une turbine. Plein de choses avec une signature anormale sous l’eau.
          Le nuc c’est mieux pour la dissuasion, il reste des mois sur zone stratégique.


        • sls0 sls0 26 juillet 16:51

          On parle d’espions russes ou chinois, les américains n’ont pas besoin d’espions, ils ont Macron.

          Maintenant ils ont tout les spectres vibratoires des composants de nos soumarins, même s’il ne sont pas bruyants avec leurs signatures on les retrouve.


          • pemile pemile 26 juillet 17:02

            @Desmaretz Gérard

            Quid de la pompe-hélice (hydroréacteur) qui équipe le SNA Suffren ?


            • sls0 sls0 27 juillet 02:54

              @pemile
              Les australiens sont partant pour acheter l’équivalent en diesel/batteries. Le problème c’est justement l’hélice, elle est secret défense.
              Elle doit avoir de sacrées performances au niveau cavitation ce qui donne un avantage énorme pour un soumarin.
              La cavitation c’est surtout à basse pression.
              Un hydroréacteur c’est une pompe hélico-centrifuge, c’est pour des basses pression et gros débit. Une helice carénée.
              Dans une pompe la cavitation c’est surtout à l’aspiration où il y a peu de pression et où on est pas loin de la courbe de vaporisation. Ensuite la pression augmente dans la volute et on s’éloigne de la courbe de vaporisation.
              Une hélice de bateau cavite aussi en sortie où il y a décollement des filets d’eau qui fait que l’on approche de la courbe de vaporisation.
              Pour éviter de la cavitation en sortie il faut une légère surpression qui éloignera de la courbe de vaporisation, le canénage de l’hélice le permet mais il faut le plus laminaire possible ou moins turbulement.
              L’hélice et le carénage doivent avoir un dessin optimal qui à certainement été étudié ici : https://www.canal-u.tv/video/cerimes/la_cavitation_le_defi.9265
              3 ou 4 photos sous différents angles permettent de reproduire une forme en 3D, on comprend la discrétion.
              Très bon rendement, très discret mais pour un arrêt brutal c’est pas top, le reverse là dessus c’est pas top.
              Il y a peut être une hybridation avec ce système : https://youtu.be/2v4R7AFSnIo
              C’est un peu de la spéculation de ma part, je connais les pompes et la cavitation et il y a des logiciels pour les hélices. Je connais un peu mais pas assez pour affirmer.
              Le jour où quelqu’un a des photos de l’hélice carénée il pourra les vendre plus cher que celles de Brigitte à poil. Dans 10 ans je ne dis pas, l’avance technologique sera peut être comblée.


            • Desmaretz Gérard Desmaretz Gérard 27 juillet 05:55

              @sls0 Et pemile bjr, peu d’informations sur un sujet aussi ’’sensible’’ et rien dans le dossier presse consacré au Suffren. Voir le logiciel heliciel.com. poignée de main virtuelle


            • mmbbb 27 juillet 09:43

              @Desmaretz Gérard pour info le SA francais Saphir remplace par le SUFREN a ete invite a jouer a la gueguere avec la marine américaine . Il avait su dejouer les offensives des contremesures electroniques de la marine amercaine et a pu couler virtuellement le PA Roosevelt . Ce sous marin est d ancienne generation .


            • mmbbb 27 juillet 09:47

              @sls0 lors de l inauguration du SUFREN par Macron durant ce mois, l hélice a ete soigneusement recouverte d une bache . 

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