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Sous-marins : La bataille des AIP est engagée

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Pas moins de 450 sous-marins sont désormais en service dans le monde. Parmi eux, 70 unités côtières et mini-sous-marins, 250 bâtiments hauturiers à propulsion conventionnelle et 130 sous-marins nucléaires.

Considérée comme stratégique pour défendre les intérêts maritimes, l’arme sous-marine connait un essor considérable, des programmes portant sur une centaine de nouveaux bateaux étant actuellement dénombrés. Aujourd’hui, une marine sur cinq dispose de sous-marins et cette tendance va s’amplifier avec l’accession de nouveaux pays à cette capacité, comme dernièrement le Vietnam.

Réduire la vulnérabilité en augmentant l’autonomie en plongée

Cette prolifération s’accompagne du développement de nouvelles technologies rendant les sous-marins conventionnels beaucoup plus performants. C’est le cas en particulier de la propulsion anaérobie (Air Independent Propulsion – AIP), qui permet d’accroître significativement l’autonomie en plongée et donc de solutionner une contrainte majeure : l’obligation de revenir très régulièrement vers la surface pour faire tourner les moteurs diesels afin de recharger les batteries utilisées en immersion. Des périodes d’indiscrétion pendant lesquelles les bâtiments sont vulnérables.

 

Sous-marin en immersion périscopique (© : MARINE NATIONALE)

Sous-marin en immersion périscopique (© : MARINE NATIONALE) 

 

16 à 28 marines équipées d’ici 2030

Alors que les AIP équipaient entre 2001 et 2010 25% des sous-marins commandés, la proportion va passer à plus de 60% entre 2011 et 2020. Et d’ici 2030, les constructeurs estiment que 95% des nouveaux projets intègreront un AIP. De ce fait, d’une seule marine équipée en 2000, elles étaient 11 en 2015 et devraient être, selon les estimations, de 16 à 28 dans une quinzaine d’années.

On comprend donc mieux pourquoi les AIP sont un enjeu crucial pour les constructeurs de sous-marins. Car c’est là que va se jouer la bataille pour les futures commandes et, des technologies développées, dépendront le maintien, l’émergence, le développement ou le déclin des industriels.

C’est pourquoi les projets d’AIP se multiplient, avec sur la décennie à venir huit acteurs probables sur ce marché, contre trois seulement au début des années 2000.

 

Sous-marin suédois du type Gotland (© : MICHEL FLOCH)

Sous-marin suédois du type Gotland (© : MICHEL FLOCH) 

 

Les précurseurs suédois et allemands

Historiquement, ce sont les Suédois qui ont été précurseurs dans ce domaine avec le système Stirling (moteur à combustion externe) mis en service à partir de 1996 par Kockums sur les sous-marins du type Gotland. Les Allemands, de leur côté, ont été les premiers à travailler sur les piles à combustible, qui permettent, en faisant réagir de l’hydrogène et de l’oxygène, de produire de l’électricité. Siemens a, dans cette optique, développé en partenariat avec HDW un système de propulsion en circuit fermé fonctionnant avec des piles à combustible grâce à l’embarquement d’une réserve d’oxygène liquide (cryogénique) et d’hydrures externes, les sous-marins ayant une double coque. Cette architecture a été adoptée pour la première fois sur les bâtiments allemands du type 212, dont la tête de série a débuté ses essais en 2003 pour une admission au service actif deux ans plus tard. Depuis, cette première génération d’AIP basée sur l’emploi de piles à combustible a équipé les cinq autres sous-marins de ce type, ainsi que les bâtiments vendus à l’export par TKMS (Italie, Grèce, Corée du Sud, Turquie, Israël).

 

L'U35, dernier sous-marin allemand du type 212 (© : TKMS)

L'U35, dernier sous-marin allemand du type 212 (© : TKMS) 

Sous-marin sud-coréen du type 214 (© : DR)

Sous-marin sud-coréen du type 214 (© : DR) 

 

La France et les piles à combustible de seconde génération

Le Français DCNS, de son côté, a d’abord imaginé une propulsion anaérobie reprenant le concept d’une chaufferie nucléaire, la source chaude étant remplacée par de la combustion d’éthanol. Intégré dans un tronçon de coque de 9 mètres de long, le module, baptisé MESMA, a été vendu au Pakistan, qui s'est doté de ses trois Agosta 90B en 2002. Alors que ce système avait été également imaginé pour les nouveaux Scorpene, l’éthanol étant dans ce cas remplacé par du gazole, DCNS a décidé à son tour de s’orienter vers les piles à combustible. A cet effet, le groupe a développé un système innovant, dit de seconde génération, qui a nécessité plus de 10 ans de recherche et de tests. Il est lui aussi intégré dans une section de coque et présente la particularité de produire directement à bord l’hydrogène à partir d’un carburant classique, en l’occurrence du gazole. Alors qu’un système à terre à l'échelle 1 fonctionne sur le site d’Indret depuis plus de trois ans, le FC-2G est maintenant proposé au neuvage ou en refit sur tous les sous-marins d’un diamètre au moins égal à 6 mètres (voir notre reportage sur le sujet).

 

Sous-marin du type Scorpene (© : DCNS)

Sous-marin du type Scorpene (© : DCNS) 

 

Nouveau système développé en Allemagne

Les Allemands, qui n’entendent pas se faire technologiquement distancer, ont quant à eux entrepris de développer un nouveau système de piles à combustible. Cet AIP, sur lequel peu d’informations sont disponibles, est en train d’être intégré pour essais, à terre, sur le site de Kiel. Leur objectif est, comme pour les Français, de produire cette fois l’hydrogène à bord plutôt que de recourir aux hydrures, qui posent des problèmes de poids, d’encombrement mais aussi d’usure et de ravitaillement. Les Allemands s’orienteraient vers l’utilisation du méthanol.

Les projets russes et chinois

Pendant ce temps, les Russes et les Chinois ont également entrepris de développer des AIP. Mais les annonces sont contradictoires et l’on ne sait pas si les technologies étudiées portent sur la première ou la seconde génération de piles à combustible. Alors que les Chinois souhaitent équiper les nouvelles unités du type Yuan, les Russes ont rencontré d’importantes difficultés avec leur premier sous-marin doté d’un système anaérobie. Le Sankt Petersburg (type Lada), officiellement mis en service en 2010, n’est pas opérationnel et sert finalement de bâtiment d’expérimentation. Face aux retards, problèmes techniques et résultats manifestement peu probants, la marine russe, qui avait interrompu provisoirement la construction de ses deux sisterships, s’est d’ailleurs résolue à faire réaliser des Kilo supplémentaires.

 

Le Sankt Pertersburg russe (© : COLLECTION FLOTTES DE COMBAT)

Le Sankt Pertersburg russe (© : COLLECTION FLOTTES DE COMBAT) 

 

Le S80 espagnol

Les Espagnols ont eux aussi décidé de recourir aux piles à combustible pour les quatre nouveaux S80 réalisés par Navantia. Des bateaux qui accusent un important retard suite à la nécessité de les allonger en raison de leur masse trop importante. Pour les équiper, le système UTC Power avec piles à combustible à base d'oxygène et d'éthanol a été retenu. Un système qui doit encore, comme ses bâtiments porteurs, prouver sa fiabilité au regard des problèmes de sécurité et notamment incendie qui se sont produits. 

 

Le futur S80 espagnol (© : NAVANTIA)

Le futur S80 espagnol (© : NAVANTIA) 

 

La Corée du sud veut son propre système

La Corée du sud constitue aussi un nouvel entrant dans ce domaine, le pays ayant annoncé son intention de développer son propre AIP doté de piles à combustible dans le cadre du programme de sous-marins océaniques du type KSS III. La tête de série de ces bâtiments de 3700 tonnes en plongée, les premiers de conception nationale après la réalisation sous licence de modèles allemands, vient d’être mise sur cale par DSME en vue d’une livraison à partir de 2020. Mais là aussi, des informations contradictoires circulent, l’emploi de nouvelles batteries utilisant la technologie lithium-ion étant également évoquée.

Les nouvelles batteries lithium-ion

L’un n’empêche pas l’autre mais le recours à un parc conséquent de batteries de ce type représente aussi une alternative possible aux AIP. DCNS le propose d’ailleurs, comme pour le MESMA et le FC-2G, sous forme de module de coque. Dans ce cas, il s’agit d’augmenter significativement les réserves en énergie du bâtiment, qui peut opérer jusqu’à une semaine en plongée (contre deux à trois suivant l’emploi opérationnel pour le FC-2G) pour un sous-marin Scorpène.

Le recours aux batteries lithium-ion constitue en tous cas une rupture technologique pour la mobilité des bâtiments, offrant de nouvelles possibilités tactiques. En plus de l’autonomie accrue, cette technologie est en effet plus adaptée aux montées en puissance, aux variations de puissance et aux décharges complètes. Ses capacités sont telles que ces batteries de nouvelle génération développées en France permettent à un sous-marin d’évoluer en immersion à la vitesse de 12 nœuds pendant 24 heures, une performance encore jamais atteinte. 

Les batteries lithium-ion semblent aussi intéresser les Japonais, qui ont choisi pour leurs derniers sous-marins du type Soryu, mis en service depuis 2008, des moteurs Stirling, que les Suédois sont en train d’améliorer, en particulier dans le cadre de leur programme de deux nouveaux sous-marins (A26).

 

Sous-marin japonais du type Soryu (© : COLLECTION FLOTTES DE COMBAT)

Sous-marin japonais du type Soryu (© : COLLECTION FLOTTES DE COMBAT) 

 

Vers une révolution dans l’emploi opérationnel des sous-marins

La bataille pour le développement des AIP les plus fiables et performants est donc engagée entre les grands constructeurs de sous-marins. Alors que le marché export est essentiellement axé sur des bâtiments de 1500 à 2500 tonnes, ces technologies complexes sont l’une des clés qui permettront de  révolutionner la guerre sous la surface des océans. Les systèmes anaérobies répondent en effet au défaut historique des sous-marins conventionnels que constituent les retours réguliers vers la surface. Sans atteindre l’autonomie théoriquement illimitée d’une propulsion nucléaire, les AIP offrent  un avantage considérable en termes de discrétion, l’un des atouts premiers d’un sous-marin. A ce titre, la seconde génération de piles à combustible, comme le FC-2G de DCNS, s’annonce comme une avancée opérationnelle majeure.

Le champ d’action des sous-marins évoluera aussi avec d’autres innovations, comme le recours aux drones, sous, sur et au-dessus de l’eau, permettant d’accroître considérablement l’acquisition d’informations. Enfin, alors que les senseurs sont sans cesse perfectionnés, les capacités militaires des sous-marins conventionnels augmentent significativement, avec la multiplication du nombre et du type d’armes embarquées. Ainsi, en plus des traditionnelles torpilles et mines, se sont ajoutés au fil du temps les missiles antinavire et, aujourd’hui, les missiles de croisière, sans oublier de nouvelles solutions pour la défense contre les aéronefs de lutte anti-sous-marine. Et bien entendu des capacités accrues en matière d’opérations spéciales.

C’est aussi sur ces axes de développement que les constructeurs feront la différence pour séduire les marines désireuses de s’équiper d’une nouvelle génération de sous-marins. 

 

Scorpene (© : DCNS)

Scorpene (© : DCNS)