Batteries lithium-ion : un long voyage dans la flotte sous-marine

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Batteries lithium-ion : un long voyage dans la flotte sous-marine
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Le 5 mars 2020, le 11e sous-marin de la série Soryu a été lancé dans la ville japonaise de Kobe. Le bateau fera partie des forces navales japonaises sous la désignation SS 511 Oryu. Le nouveau sous-marin diesel-électrique japonais est devenu le premier sous-marin de combat au monde à recevoir des batteries lithium-ion, et il est également devenu le premier sous-marin de sa série.

Selon les experts, grâce à l'utilisation de nouveaux types de batteries rechargeables, enregistrés depuis longtemps dans les smartphones, les Japonais pourront abandonner l'utilisation non seulement des batteries plomb-acide traditionnelles sur les sous-marins, mais également des moteurs Stirling indépendants de l'air.. Il s'agit d'un événement très curieux et important pour la flotte sous-marine, car même les centrales électriques indépendantes de l'air elles-mêmes sont devenues à un moment une véritable percée pour les bateaux diesel, évitant aux sous-marins de remonter souvent à la surface en naviguant. Soit dit en passant, la Russie n'a toujours pas un seul sous-marin en série équipé d'une centrale électrique indépendante de l'air.

Lancé un nouveau sous-marin japonais avec des batteries lithium-ion est déjà le 11e bateau de la série. Par ailleurs, la flotte japonaise compte 11 sous-marins de classe Oyashio (dont deux bateaux-écoles), qu'il est également difficile d'attribuer aux anciens modèles, puisque les bateaux ont été conçus dans les années 1990, et le dernier d'entre eux a été transféré à la flotte en 2008 année. On sait déjà que bientôt la flotte japonaise recevra un autre sous-marin du projet Soryu (bateau SS 512) avec des batteries lithium-ion, après quoi le Japon procédera à la construction de sous-marins d'un nouveau projet, jusqu'ici connu sous le nom de 29SS (le premier sous-marin SS 513). Au total, la flotte japonaise comprend désormais 22 sous-marins, dont le plus ancien est entré en service en 1998.

Premier sous-marin à batteries lithium-ion

La cérémonie d'inauguration des Forces maritimes d'autodéfense japonaises du premier sous-marin de combat à batterie lithium-ion SS 511 Oryu s'est tenue à Kobe le 5 mars 2020. La cérémonie a eu lieu au Kobe Shipyard & Machinery Works, propriété de Mitsubishi Heavy Industries, une grande entreprise qui couvre une grande variété de domaines industriels au Japon. Le nouveau bateau est devenu le 11e d'une série de bateaux du type "Soryu", et un total de 12 de ces navires seront construits, les deux derniers d'entre eux avec des batteries lithium-ion. La construction du bateau SS 511 Oryu a commencé en mars 2015, le bateau a été mis à l'eau le 4 octobre 2018.

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On sait que la construction du 11e bateau a coûté aux contribuables japonais un montant dépassant le coût de n'importe lequel des dix bateaux construits du même projet. Il est rapporté que le coût de construction du sous-marin SS 511 était de 64,4 milliards de yens (environ 566 millions de dollars, selon d'autres sources, le bateau a coûté encore plus - 66 milliards de yens). En tout cas, c'est un quart de plus que le coût du dixième sous-marin SS 510 Shoryu (51,7 milliards de yens ou 454 millions de dollars). Presque toute la différence de coût entre les dixième et onzième bateaux de la série repose sur le coût des nouvelles batteries lithium-ion, ainsi que sur la refonte de l'ensemble du système électrique d'accompagnement du sous-marin et la modification de la conception.

Le douzième des bateaux Soryu prévus devrait entrer dans la flotte en 2021. Le bateau SS-512 a déjà été mis à l'eau, c'est arrivé en novembre de l'année dernière. Pour les années à venir, les deux bateaux équipés de batteries lithium-ion deviendront un véritable terrain d'essai pour tester les batteries et leur fonctionnement dans des conditions réelles d'exploitation, y compris dans des conditions proches du combat. Les résultats des tests sont très importants, car ils permettront aux amiraux japonais d'ajuster les programmes de construction et de développement de la flotte de sous-marins, ainsi que de développer un projet de sous-marins d'attaque de prochaine génération.

Le SS 511 Oryu défie les sous-marins traditionnels

Il convient de noter que la marine japonaise élabore depuis longtemps des projets d'utilisation de batteries lithium-ion dans les sous-marins. L'apparition du SS 511 Oryu était l'aboutissement d'une recherche et d'un développement qui se poursuivirent pendant plusieurs décennies. On sait que les concepteurs japonais ont commencé les premiers travaux dans ce sens en 1962, et la première batterie lithium-ion conçue pour être placée à bord d'un sous-marin était prête en 1974.

Malgré ces succès, les premières batteries étaient loin d'être idéales, ne répondaient pas aux exigences opérationnelles spécifiées et ne convenaient pas aux militaires à bien des égards. Dans le même temps, ces batteries rechargeables étaient très chères pendant longtemps. Cela se superposait au danger plus élevé de telles batteries, qui étaient sujettes à une combustion spontanée et à des explosions, ce qui à bord du sous-marin était semé d'un véritable désastre. Les risques associés et les prix élevés, couplés à une technologie pas encore suffisamment « mature », ont contraint les amiraux japonais à se tourner vers les centrales électriques indépendantes de l'air (VNEU). En 1986, il a été décidé de développer et de construire des sous-marins avec le système Stirling VNEU, en se concentrant sur l'expérience suédoise réussie.

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Pourtant, le jour est arrivé pour les batteries lithium-ion à bord des sous-marins. Les nouvelles technologies peuvent modifier considérablement l'ensemble de la flotte de sous-marins. De nombreux experts classent déjà ces bateaux diesel-électriques dans les sous-marins de cinquième génération. Parallèlement, afin de passer à l'utilisation de nouvelles batteries d'accumulateurs, les concepteurs japonais ont dû revoir en profondeur le projet de bateaux de type "Soryu". Tout d'abord, les nouvelles batteries ont nécessité une refonte du projet pour maintenir la stabilité et le lestage des bateaux, car les batteries plomb-acide installées sur les 10 premiers sous-marins de la série sont nettement plus lourdes que les batteries lithium-ion. De plus, une partie du poids des nouveaux sous-marins "s'est envolé" à cause du démantèlement des moteurs Stirling.

Au cours des travaux, les ingénieurs ont dû revoir complètement l'ensemble du système d'alimentation à bord du SS 511 Oryu. De plus, des générateurs diesel plus puissants ont été installés sur le sous-marin, conçus pour recharger les batteries. De plus, les concepteurs ont dû retravailler les tubas, cela est nécessaire pour augmenter le volume d'alimentation en air et en même temps pour éliminer les gaz d'échappement, car le taux de charge des batteries lithium-ion est nettement supérieur à celui des batteries plomb-acide standard.

Déjà aujourd'hui, les batteries de stockage lithium-ion offrent aux sous-marins une durée de fonctionnement sous-marin comparable à celle des bateaux utilisant VNEU. Et à l'avenir, les caractéristiques techniques de ces bateaux ne feront que croître. Dans le même temps, la grande capacité des batteries permet aux sous-marins de se déplacer sous l'eau pendant longtemps à une vitesse élevée - environ 20 nœuds. La longue durée de la course sous-marine à grande vitesse est un indicateur très important pour les sous-marins. Cela peut aider lors de l'attaque d'une cible de surface et lors de l'esquive des attaques ennemies. Plus tôt le bateau quitte la zone dangereuse, mieux c'est.

Dans le même temps, contrairement aux sous-marins équipés de VNEU, le nouveau sous-marin est capable de reconstituer en permanence l'alimentation en énergie des batteries lithium-ion, en utilisant la recharge de la batterie à l'aide d'un dispositif de fonctionnement du moteur sous l'eau RDP. En outre, les avantages des batteries lithium-ion incluent une durée de vie plus longue. De telles batteries ne nécessitent pas d'entretien et les systèmes électriques construits avec leur aide sont plus faciles à gérer et à concevoir. De plus, les batteries lithium-ion diffèrent des batteries plomb-acide par un temps de recharge plus court en raison de l'ampérage plus élevé, ce qui est très important pour les plongeurs.

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Capacités des sous-marins de classe Soryu

Les sous-marins diesel-électriques de classe Soryu sont des sous-marins d'attaque des Forces maritimes d'autodéfense japonaises. Ces bateaux sont considérés comme l'un des plus modernes et des meilleurs au monde, ils forment déjà l'épine dorsale des forces sous-marines de la flotte japonaise. Les nouveaux bateaux japonais sont assez grands, en termes de déplacement, ils surpassent tous les sous-marins diesel-électriques russes en série des projets 677 "Lada", 636 "Varshavyanka" et 877 "Flétan". Les bateaux de la classe Soryu sont considérés comme assez silencieux, et en termes de durée de leur navigation immergée, ils peuvent rivaliser avec les sous-marins nucléaires modernes.

Des sous-marins de type Soryu d'un déplacement standard en surface de 2900 tonnes et sous-marin de 4200 tonnes ont été construits au Japon depuis 2005 (le premier bateau de la série a été posé). Les sous-marins Soryu mesurent 84 mètres de long, 9,1 mètres de large et ont un tirant d'eau moyen de 8,5 mètres. L'équipage du bateau est composé de 65 sous-mariniers (dont 9 officiers).

Les dix premiers sous-marins diesel-électriques construits selon ce projet comportaient une centrale électrique combinée composée de deux unités diesel-électriques Kawasaki 12V25 / 25SB d'une capacité de 3900 ch chacune et de quatre moteurs Kawasaki Kockums V4-275R Stirling développant une puissance maximale de 8000 litres..s (passage sous-marin). Le système de propulsion du navire fonctionne sur un seul arbre d'hélice. La vitesse maximale en surface du bateau est de 13 nœuds (environ 24 km/h), la vitesse sous-marine maximale est de 20 nœuds (environ 37 km/h).

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La profondeur d'exploitation des sous-marins de la classe Soryu est de 275 à 300 mètres. Autonomie de natation - jusqu'à 45 jours. Pour les bateaux de ce projet, équipés d'une centrale électrique indépendante de l'air, l'autonomie de croisière est estimée à 6100 milles nautiques (environ 11 300 km) à une vitesse de 6,5 nœuds (environ 12 km/h). Il est rapporté que les nouveaux sous-marins, recevant des batteries lithium-ion, pourront rester immergés encore plus longtemps, en fait, leurs capacités ne seront limitées que par la fourniture de provisions et d'eau douce à bord.

L'armement principal des bateaux de classe Soryu est constitué de torpilles anti-navires et de missiles. Le sous-marin possède six tubes lance-torpilles HU-606 de 533 mm. La capacité en munitions du bateau peut être constituée de 30 torpilles de type 89. Les torpilles modernes développent une vitesse maximale de 55 nœuds (102 km/h), à cette vitesse une torpille peut parcourir 39 km sous l'eau. Aussi, ces tubes lance-torpilles peuvent être utilisés pour lancer des missiles anti-navires US UGM-84 "Harpoon". Les versions modernes de ces missiles peuvent atteindre des cibles à une distance allant jusqu'à 280 kilomètres.

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