Piles à combustible de nouvelle génération et batteries lithium-ion viennent s’ajouter au système anaérobie MESMA. DCNS dévoile à l’occasion d’Euronaval sa nouvelle gamme de solutions pour augmenter significativement l’autonomie en plongée des sous-marins conventionnels. Historiquement, il s’agit du talon d’Achille de ces bâtiments par rapport à leurs homologues dotés d’une propulsion nucléaire. Les sous-marins classiques sont, en effet, contraints de remonter régulièrement vers la surface pour faire fonctionner leurs moteurs diesels et, ainsi, recharger leurs batteries, qui assurent les besoins du bâtiment en électricité et fournissent la puissance nécessaire à la propulsion. Afin d’alimenter les moteurs en air, le sous-marin utilise un schnorchel, qui émerge à peine de la surface, et rejette les gaz d’échappement sous l’eau. Malgré toutes les précautions prises, cette opération engendre irrémédiablement des indiscrétions susceptibles d’être détectées par l’adversaire via des senseurs visuels, électromagnétiques, infrarouges ou acoustiques.
Les systèmes sont intégrés dans une section de coque indépendante (© DCNS)
Le MESMA
Pour répondre à cette problématique, des systèmes anaérobies ont vu le jour ces dernières années afin de permettre aux sous-marins de rester plus longtemps en plongée. Le premier AIP développé par DCNS est le MESMA, opérationnel depuis 2008 sur les sous-marins pakistanais du type Agosta 90B. Ce système fonctionne suivant le même principe que la propulsion nucléaire, la source chaude étant remplacée par de l’éthanol (Agosta 90B) ou du gasoil (Scorpene), ce dernier disposant donc d’un seul type de carburant pour le MESMA et ses moteurs diesels. La combustion crée des gaz qui cèdent leurs calories à de l'eau et la transforment en vapeur. Celle-ci se détend dans une turbine, qui fait tourner les alternateurs. Le comburant, ne pouvant être de l'air, est remplacé par de l'oxygène, stocké en bouteilles sous forme cryogénique. Afin d'éviter que les gaz d'échappement, rejetés en mer, impactent la discrétion acoustique du bâtiment, un système dilue les bulles de CO2 dans l’eau. Selon DCNS, le MESMA permet de doubler l'autonomie en plongée, soit deux semaines à faible vitesse.
Le MESMA est intégré dans une section de coque (© DCNS)
Section de coque d'un Agosta 90B abritant un MESMA (© DCNS)
Les piles à combustible de seconde génération
En plus du MESMA, DCNS dévoile aujourd’hui une innovation technologique majeure. Après une dizaine d’années de recherches, menées dans le plus grand secret, le groupe français a mis au point une nouvelle génération de piles à combustible (Fuel Cell de seconde génération - FC-2G). Comme le MESMA, ce système est proposé sous forme de module autonome, logé dans un tronçon de coque long de 8 mètres intégré au sous-marin dès l’origine ou ajouté après refonte. Adaptable à tout bâtiment d’un diamètre d’au moins 6 mètres, comme le Scorpene et le SMX Ocean, le module FC-2G n’impacte pas les performances globales du bateau, qu‘il s’agisse notamment de ses capacités d’immersion et de sa discrétion acoustique. La réalisation sur son site de Nantes-Indret d’un démonstrateur à taille réelle, cumulant aujourd’hui plusieurs années de tests et des milliers d’heures de fonctionnement, permet à DCNS de garantir une autonomie en plongée de trois semaines.
Le démonstrateur testé sur le site d'Indret (© DCNS)
Technologiquement, le système mis au point par DCNS comprend deux innovations principales. La première est que l’hydrogène servant au fonctionnement des piles à combustible est fabriqué à bord à partir du carburant via un processus chimique de reformage. Celui-ci permet de produire de l’hydrogène à partir du diesel, les gaz d’échappement résultant étant rejetés hors du sous-marin en toute discrétion, puisqu’ils se dissolvent instantanément dans l’eau. En parallèle, DCNS a conçu un système breveté permettant d’injecter de l’azote au niveau de l’arrivée d’oxygène, dans des proportions telles que l’on obtient de l’air. Celui-ci est alors injecté dans les piles à combustible où il réagit avec l’hydrogène pour produire de l’électricité et de l’eau, qui est rejetée.
Ainsi, le FC-2G de DCNS constitue un atout considérable par rapport aux systèmes existants, où l’hydrogène est stocké dans des réservoirs à hydrures extérieurs, posant des problèmes de poids et de ravitaillement. Les piles à combustible actuellement en service utilisent, de plus, de l’oxygène pur, qui a pour inconvénient d’engendrer une forte usure, les filtres et membranes devant être remplacés très régulièrement. Le nouveau système français offre ainsi, selon ses concepteurs, un temps d’utilisation entre chaque maintenance majeure environ cinq fois supérieur à celui de ses concurrents étrangers.
Les batteries lithium-ion
Enfin, DCNS présente de nouvelles batteries basées sur la technologie lithium-ion, qui augmente significativement leurs capacités, avec une autonomie pouvant atteindre une semaine en plongée. A l’instar du MESMA et du FC-2G, ces batteries sont intégrées dans une section de coque indépendante, le sous-marin pouvant conserver son architecture électrique d’origine. Les diesels permettent toujours de recharger les batteries, qui alimentent directement le moteur électrique de propulsion. Il est aussi possible de garder, en complément, des batteries classiques au plomb, qui sont alors utilisées dans leur usage optimal - à charge constante - pour l’alimentation du réseau électrique hors propulsion. En plus de l’autonomie accrue, la technologie lithium-ion 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 permettent à un sous-marin d’évoluer en immersion à la vitesse de 12 nœuds pendant 24 heures, une performance encore jamais attente.
