Pouvoir passer inaperçu dans les profondeurs de la mer est la raison d’être des sous-marins de guerre. Ces navires, comme le S-81 que la marine espagnole recevra en fin d’année, ils ont besoin d’une technologie de pointe pour faire le moins de bruit possible sans renoncer au mouvement, transformant le développement de chaque système de propulsion en un véritable défi d’ingénierie.
Tout cela est bien connu aux États-Unis, le plus grand opérateur de sous-marins militaires au monde est aussi celui qui investit le plus dans des projets qui cherchent à aller plus loin. La DARPA (Advanced Research Projects Agency) dépendant du ministère de la Défense du pays nord-américain a l’intention de développer une hélice totalement silencieuse qui manque de tout type de pièce mobile.
Il est basé sur un concept appelé magnétohydrodynamique -MHD, son acronyme en anglais- que rien d’autre n’utilise des aimants et du courant électrique pour accélérer l’eau et qu’elle ressort à grande vitesse, propulsant ainsi le submersible. « Si vous pensez que nous faisons la chasse à octobre rougela réponse est oui », a déclaré Susan Swihtenbank de la DARPA à la BBC.
Construction de sous-marins de la classe Virginia de l’US Navy
Ce film de 1990 est l’inspiration du ministère de la Défense pour la création d’un Sous-marin si silencieux qu’il est pratiquement impossible à détecter. Un objectif poursuivi depuis des décennies avec un succès relatif avec les submersibles nucléaires et les hélices de nouvelle génération, mais bien éloigné de la nouvelle vocation américaine.
Le plus silencieux
Les premières recherches sur la technologie MHD remontent aux années 1960, en pleine guerre froide et avec le secteur naval sous-marin plongé dans un développement guerrier constant et accéléré. Il s’agissait d’un système simple capable de produire un mécanisme de propulsion à réaction parfait pour l’équiper sur les sous-marins et les navires.
Le fonctionnement du MHD est basé sur la charge électrique d’un fluide – dans ce cas, l’eau – puis son accélération à l’aide d’un champ électromagnétique jusqu’à ce qu’il atteigne une certaine vitesse et un certain débit. assez pour déplacer le bateau. C’est vraiment un tube creux avec des électrodes à l’extrémité où l’eau entre et des bobines magnétiques situées dans toute la structure.
Ni moteurs ni réacteurs ni arbres ni hélices. Manquant de tous ces composants qui sont traditionnellement présents dans les propulseurs sous-marins est le clé pour se taire. Moins le sous-marin émet de vibrations, moins il a de chances d’être détecté par les équipements d’écoute ennemis.
La théorie a fonctionné sur papier, mais les ingénieurs ont rapidement constaté qu’ils n’étaient pas en mesure d’obtenir suffisamment de puissance pour rendre utile son installation sur un bateau. Spécifiquement, ils ont fait face à quelques défis alors insurmontables: La première d’entre elles est que les bobines électromagnétiques doivent être extrêmement puissantes et qu’il n’est pas facile de les fabriquer sans élever trop de poids tout en conservant l’efficacité, comme l’explique New Atlas.
La seconde est que les électrodes doivent résister à une forte usure due à la corrosion, à l’hydrolyse et à l’érosion causées par l’interaction des champs magnétiques, du courant électrique et de l’eau salée. « Le premier de ces problèmes bien peut être facilement résolu maintenant avec une nouvelle génération d’aimants, développés par l’industrie de la fusion nucléaire », explique Swithenbank.
La solution pour les électrodes n’est toujours pas claire et correspond à l’un des défis auxquels la DARPA devra faire face. Et c’est ça, la formation de bulles à la surface de ces éléments isole et réduit considérablement ses performances. A cela s’ajoute que, lorsque ces petites masses d’air explosent, elles le font avec une grande virulence comme s’il s’agissait d’un coup de marteau. Ce processus physique s’appelle la cavitation et est l’un des maux de tête des ingénieurs maritimes et hydrauliques.
« Nous attendons tirer parti de la connaissance des revêtements de nouveaux matériaux des industries des piles à combustible et des batteries, car elles traitent du même problème de génération de bulles », déclare Swihtenbank. « Nous recherchons une expertise dans tous les domaines pour constituer des équipes qui nous aideront à terme à réaliser un lecteur MHD à l’échelle militaire.
la tentative japonaise
Au milieu des années 1980, des scientifiques japonais ont pris le relais du MHD et se sont mis au travail. Le programme comprenait même la création d’un navire expérimental —le Yamato-1— dont la construction a été achevée en 1991 dans les chantiers navals de Mitsubishi Heavy Industries et testée de manière satisfaisante un an plus tard dans la baie de Kobe.
« La meilleure efficacité démontrée dans un entraînement magnétohydrodynamique à ce jour était en 1992 sur le Yamato-1, un navire de 30 mètres de long qui atteint 15 km/h avec une efficacité d’environ 30 % », explique Swihtenbank. En utilisant uniquement une intensité de champ électromagnétique d’environ 4 tesla.
Yamato-1 au musée naval de Kobe Wikimedia
Ces derniers temps, déclare Swihtenbank, « l’industrie commerciale de la fusion a fait des progrès dans les aimants d’oxyde de cuivre et de baryum de terres rares qui ont montré atteindre jusqu’à 20 tesla et pourrait atteindre une efficacité de 90% dans une impulsion magnétohydrodynamique ».
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