La plupart des sous-marins modernes sont équipés de centrales diesel-électriques. De tels dispositifs présentent des inconvénients caractéristiques, c'est pourquoi une recherche d'alternatives pratiques et rentables est effectuée. Comme le montre la pratique, le niveau moderne de la technologie permet de créer des centrales électriques efficaces pour les sous-marins non nucléaires, et nous parlons de systèmes d'architectures différentes.
Problèmes et solutions
Le principal inconvénient des sous-marins diesel-électriques est la nécessité de recharger régulièrement les batteries au moyen d'un générateur diesel. Pour ce faire, le sous-marin doit flotter à la surface ou se déplacer à la profondeur du périscope - ce qui augmente la probabilité d'être détecté par l'ennemi. Dans le même temps, la durée de plongée sur batteries ne dépasse généralement pas plusieurs jours.
Une alternative évidente au diesel est une centrale nucléaire, mais son utilisation n'est pas toujours possible et justifiée en raison de la complexité et du coût élevé. À cet égard, depuis plusieurs décennies, la question de la création de centrales électriques indépendantes de l'air (VNEU) avec les caractéristiques souhaitées et sans les inconvénients des systèmes diesel-électriques a été étudiée. Un certain nombre de nouvelles technologies de ce type ont été mises en service avec succès et la mise en service d'autres est prévue dans un proche avenir.
En général, il existe plusieurs approches pour la création de VNEU. La première consiste à reconstruire le générateur diesel à l'aide d'un moteur différent moins gourmand en air entrant. La seconde propose la production d'électricité à l'aide de la soi-disant. réservoirs de carburant. Le troisième est d'améliorer les batteries, incl. jusqu'au rejet de sa propre génération.
L'alternative de Stirling
Le premier sous-marin non nucléaire doté d'un VNEU à part entière, mis en service en 1996, était le navire suédois Gotland. Ce sous-marin avait une longueur de 60 m et un déplacement de 1600 tonnes, et emportait également 6 tubes lance-torpilles de deux calibres. Sa centrale électrique a été construite sur la base d'un diesel-électrique standard et complétée par de nouveaux composants.
Le fonctionnement en surface et la production d'électricité sont assurés par deux moteurs diesel MTU 16V-396 et une paire de générateurs Hedemora V12A/15-Ub. L'hélice dans tous les modes est entraînée par un moteur électrique. En position immergée, le sous-marin, au lieu de diesels, démarre un moteur Stirling de type Kockums v4-275R, utilisant du carburant liquide et de l'oxygène liquéfié. La réserve de ce dernier permet de rester sous l'eau jusqu'à 30 jours sans avoir besoin de remonter. De plus, le moteur Stirling est moins bruyant et ne démasque pas non plus le sous-marin.
Trois nouveaux sous-marins ont été construits selon le projet Gotland; les deuxième et troisième bâtiments ont été mis en service en 1997. Au début des années 2000, un projet avec le code Södermanland a été mis en œuvre. Il prévoyait la modernisation de deux sous-marins diesel-électriques de type Västergötland avec l'installation de VNEU du projet Gotland. Le Japon s'est intéressé aux développements suédois. Sous licence, elle assemble des VNEU pour des sous-marins de type "Soryu". En raison de leurs grandes dimensions et de leur déplacement, les sous-marins japonais embarquent quatre moteurs v4-275R à la fois.
Turbines sous-marines
Lors du développement du projet Scorpène, les constructeurs navals français ont proposé leur propre version de VNEU basée sur un moteur alternatif. Une telle installation, appelée Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), a été proposée à des clients potentiels pour une utilisation sur des sous-marins nouvellement construits.
Le projet MESMA a proposé un moteur à turbine à vapeur spécial alimenté à l'éthanol et à l'air comprimé. La combustion du mélange alcool-air était censée produire de la vapeur pour la turbine entraînant le générateur. Il a été proposé que les produits de combustion sous forme de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau sous haute pression soient rejetés par-dessus bord sur toute la plage de profondeurs d'exploitation. Selon les calculs, le sous-marin Scorpène avec VNEU MESMA pourrait rester sous l'eau jusqu'à 21 jours.
L'usine MESMA a été proposée à différents clients. Par exemple, il était prévu de l'utiliser dans le projet Scorpène-Kalvari pour l'Inde. Cependant, l'usine pilote a montré des performances insuffisantes et l'intérêt pour le projet a été fortement réduit. En conséquence, les nouveaux sous-marins diesel-électriques français sont toujours équipés de moteurs diesel - bien que les développeurs aient déjà annoncé une nouvelle modernisation avec l'introduction d'autres solutions prometteuses.
En 2019, les constructeurs navals russes ont annoncé le développement d'un VNEU fondamentalement nouveau basé sur un moteur à turbine à gaz à cycle fermé. Il comprend des réservoirs d'oxygène liquéfié: il s'évapore et est fourni au moteur. Il est proposé de congeler et de jeter les gaz d'échappement uniquement lorsqu'ils font surface dans une zone sûre. Un VNEU similaire est en cours de développement dans le cadre du projet P-750B.
Pile à combustible
À la fin des années 90, l'Allemagne avait créé sa propre version de VNEU. En 1998, la construction a commencé sur le sous-marin de tête du nouveau projet Type 212, équipé d'un système similaire. Le projet allemand impliquait l'utilisation du système Siemens SINAVY, qui combine un moteur électrique et des piles à combustible à hydrogène. Pour les déplacements en surface, un groupe électrogène diesel a été retenu.
Le complexe SINAVY comprend des piles à combustible Siemens PEM échangeuses de protons à base d'hydrure métallique provenant d'un réservoir d'oxygène liquéfié. Pour plus de sécurité, des conteneurs d'hydrure métallique et d'oxygène sont situés dans l'espace entre les boîtiers robustes et légers. Pendant le fonctionnement du VNEU, l'hydrogène obtenu à partir de l'hydrure métallique, ainsi que l'oxygène, sont acheminés vers des membranes et des électrodes spéciales, où du courant est généré.
L'autonomie du sous-marin "212" atteint 30 jours. Un avantage important de VNEU SINAVY est l'absence presque totale de bruit pendant le fonctionnement à des performances suffisamment élevées. En même temps, il est difficile à fabriquer et à utiliser, et présente également d'autres inconvénients.
Six 212 sous-marins ont été construits pour la marine allemande. En 2006-2017. quatre de ces navires sont entrés en service dans la flotte espagnole. Sur la base de "212", le projet "214" a été créé, qui prévoit la préservation du VNEU existant. Ces sous-marins sont très populaires sur le marché international. Commandes reçues de quatre pays pour plus de 20 bateaux. 15 navires ont déjà été construits et livrés aux clients.
Il convient de noter que le VNEU basé sur les piles à combustible n'est pas développé uniquement en Allemagne. Parallèlement au projet MESMA en France, une variante du sous-marin Scorpène utilisant des piles à combustible a été développée. Ce sont ces sous-marins qui ont été vendus à l'Inde. Maintenant, des éléments d'une nouvelle génération sont créés. Auparavant, il avait été signalé que ses piles à combustible étaient en cours de développement en Russie. VNEU de ce type a déjà passé des tests au banc, et à l'avenir, il sera testé sur un navire expérimental.
Sous-marin alimenté par batterie
L'apparition de moteurs et de moyens de production fondamentalement nouveaux n'exclut pas la nécessité de développer davantage les technologies et les unités existantes. Ainsi, les accumulateurs de types déjà connus et maîtrisés conservent une valeur élevée. Dans des projets prometteurs, ils sont même considérés comme la seule source d'énergie pour tous les systèmes.
Des processus curieux sont observés dans la construction navale japonaise. Le Japon a été l'un des premiers pays à maîtriser VNEU avec un moteur Stirling, mais en 2015 et 2017. deux sous-marins du projet Soryu modifié ont été posés sans de tels systèmes. Un espace pour les batteries standard et les unités VNEU a été réservé aux batteries lithium-ion modernes. De ce fait, la durée de plongée a été doublée par rapport aux batteries de la génération précédente.
Depuis 2018la construction des sous-marins du nouveau projet Taigei, initialement développé à l'aide d'une installation diesel-électrique et de batteries lithium-ion, est en cours. Le navire de tête du nouveau projet a déjà été mis à l'eau et deux autres coques sont en construction depuis l'année dernière. Au total, il est prévu de construire sept sous-marins avec une mise en service à partir de 2022.
Il existe de nombreux projets de sous-marins ultra-petits, équipés uniquement de batteries. A l'avenir, cette architecture pourra trouver une application dans les "grands" projets. Récemment, les constructeurs navals français ont présenté le projet de concept SMX31E, qui combine bon nombre des décisions les plus audacieuses. En particulier, le sous-marin n'a reçu que des batteries avec leur placement dans tous les volumes disponibles, incl. entre les corps durables et légers. Les batteries doivent être chargées à la base avant de prendre la mer.
On estime que lorsqu'il est complètement chargé, le SMX31E pourra rester immergé pendant 30 à 60 jours, en fonction de la vitesse de conduite et de la consommation d'énergie totale. Dans le même temps, il est prévu d'assurer la pleine opérabilité de tous les appareils, complexes, etc. standard et supplémentaires.
En pleine évolution
Ainsi, au cours des dernières décennies, il y a eu des progrès significatifs dans le domaine des VNEU pour les sous-marins non nucléaires. Diverses variantes de ces systèmes avec certaines caractéristiques et avantages ont été développées, testées, introduites dans des projets et mises en service. Cependant, même les dernières installations indépendantes de l'air présentent certains inconvénients. Ils restent complexes et coûteux, tant à fabriquer qu'à exploiter.
Malgré les avantages en termes de caractéristiques tactiques et techniques, les non-sous-marins avec VNEU ne peuvent pas encore supplanter les sous-marins diesel-électriques d'architecture "traditionnelle". De plus, ces derniers développent et utilisent également les technologies et composants les plus modernes. Un exemple frappant d'une telle concurrence entre différentes classes est le développement de la flotte de sous-marins japonais, qui est revenue au schéma diesel-électrique à un nouveau niveau technique.
Apparemment, la concurrence entre les installations indépendantes de l'air et les installations diesel-électriques se poursuivra dans un avenir prévisible - et il n'y a pas encore de favori clair. Dans le même temps, il est évident que les marines du monde sont les gagnants. Ils ont la possibilité de choisir la meilleure option pour la centrale électrique qui répond le mieux à toutes les exigences.
