Qui concerne le fond de la mer : Courants sous-marins.

 Relief sous-marin, ensemble des saillies et des creux dénivelant la topographie sous-marine. (Deux domaines s'individualisent : la marge continentale formée de la plate-forme continentale, de la pente continentale et du glacis continental ; la cuvette océanique, juxtaposant plaines abyssales, dorsales, fosses.)

sous-marin, sous-marins
nom masculin

 Bâtiment de guerre conçu pour naviguer et combattre en plongée.

La mer recouvre un peu plus de 70 % de la surface du globe, soit environ 360 millions de kilomètres carrés (140 millions de milles carrés). Depuis l'Antiquité jusqu'à nos jours, elle est un trait d'union entre les peuples et les continents. Longtemps l'homme s'est attaché à ne parcourir que la surface des océans, sans pour autant se risquer à franchir le « miroir » et pénétrer dans ce que Jacques-Yves Cousteau appelle « le monde du silence ».

Un univers différent

Le monde sous-marin, trois fois plus grand que les terres émergées, est démesuré, titanesque, à l'image de ses canyons, de ses plaines abyssales ou bien encore de la fosse des Mariannes, située dans le Pacifique Sud et dont la profondeur atteint quelque 11 000 m. Les grands fonds ont toujours éveillé la curiosité de l'homme et ont donné lieu à autant de mythes et de légendes qu'il est possible d'en imaginer. Des sirènes et des poulpes géants jusqu'au bathyscaphe de Jules Verne dans Vingt Mille Lieues sous les mers (1870), l'homme a rêvé ce que des connaissances techniques et scientifiques ne lui permettaient pas d'atteindre.

Ce qui n'était que curiosité est aujourd'hui d'un intérêt économique et stratégique majeur. L'augmentation de la population mondiale et les besoins qu'elle génère présentent le milieu marin sous un angle différent. Il apparaît comme un formidable potentiel de ressources biologiques et minérales. Une meilleure connaissance des océans a d'une part des répercussions sur des domaines d'activités tels que la pêche (gestion des stocks et extension de la pêche à des espèces des grands fonds), mais aussi sur l'exploitation des gisements pétrolifères, puisque l'on estime que les réserves terrestres n'excèdent pas trente années. D'autre part, l'un des enjeux majeurs de la conquête des grands fonds réside dans l'exploitation des champs de nodules polymétalliques.

Mais l'exploration sous-marine, c'est aussi la plongée subaquatique. Qu'elle se pratique comme activité sportive ou comme un auxiliaire de l'archéologie, elle est un témoin des progrès menés en la matière.

L'homme face aux contraintes de la plongée

Lorsque l'océanaute pénètre dans l'eau, il subit les lois physiques propres aux fluides. S'il est vrai que le principe d'Archimède s'applique à tout corps plongé dans un liquide, des conséquences physiologiques sur le plongeur sont inexistantes. Mais il n'en est pas de même si l'on considère l'augmentation de la pression et ses répercussions sur l'organisme humain. Le plongeur subaquatique s'expose à des troubles physiologiques graves, pouvant entraîner la mort.

Dans un premier temps, le plongeur doit s'équiper pour pouvoir s'adapter au milieu aquatique. Cette première étape impose la correction des déformations visuelles. Elles sont la conséquence d'une mauvaise convergence des images sur la rétine. Pour y remédier, l'homme doit se doter d'un masque de verre, à l'image de quelqu'un qui observerait un aquarium. La seconde étape consiste à pallier la déperdition de chaleur du corps humain. Elle est d'autant plus rapide que le plongeur limite ses mouvements afin d'économiser ses réserves en air. Aussi, se dote-il d'un équipement composé d'une combinaison intégrale étanche ou semi-étanche, en mousse de Néoprène, et d'éléments destinés à isoler les extrémités du corps. L'eau pénètre entre la peau et le vêtement sans pour autant y circuler, assurant ainsi une protection thermique efficace.

Les effets de l'augmentation de pression

Au niveau de la mer, l'homme évolue sous une pression constante de 1 kg/cm² (14,3 livres par pouce carré). Lorsque le plongeur s'immerge, la pression auquel il est soumis augmente. Ainsi, lorsqu'il atteint 10 m, la pression est de 2 kg/cm². À une profondeur de 40 m, la pression est de 5 kg/cm², soit cinq fois supérieure à la normale. À 1 m de profondeur, la pression exercée sur la poitrine humaine ne permet pas une activité normale des muscles respiratoires. Pour compenser ce handicap, le plongeur inspire de l'air comprimé selon la profondeur de l'immersion. À 10 m, il est comprimé à 2 kg/cm² (28,6 livres par pouce carré) et à 6 kg/cm² (85,8 livres par pouce carré) pour une profondeur de 50 m. Toutes ces variations de pression entraînent une modification au niveau des cavités contenant de l'air. Dès lors, la compression des poumons, de l'estomac mais aussi des sinus et des tympans, constitue un risque majeur pour le plongeur.

Les accidents de décompression

La solubilité d'un gaz contenu dans un liquide est d'autant plus grande que la pression est grande. Selon ce principe, l'air ou les mélanges gazeux inspirés lors de la descente sont dissous dans le sang après leur passage au travers des alvéoles pulmonaires, et cela jusqu'au seuil de saturation correspondant à la pression.

Description

Les risques interviennent lors de la remontée. À mesure que le plongeur remonte vers la surface, la pression diminue et les gaz dissous se dispersent sous forme de bulles. Ces bulles disparaissent de l'organisme pour autant que l'océanaute respecte une remontée progressive. Si ce dernier progresse vers la surface sans respecter le temps nécessaire à la dissolution totale des gaz, il ne fait aucun doute qu'il sera victime d'une décompression aux conséquences le plus souvent dramatiques (embolie gazeuse entraînant une paralysie, lésions nerveuses, etc.).

Réglementation

Pour permettre aux plongeurs, qu'ils soient professionnels ou occasionnels, de pratiquer leur activité sans aucun risque, des tables de plongée ont été élaborées. Elles définissent avec rigueur le nombre et la durée des paliers à respecter lors de la remontée et cela en fonction de la profondeur d'immersion. La première de ces tables a été mise au point par J.S. Haldane, en 1907, pour le compte de la Royal Navy. En France, les plongeurs utilisent depuis 1965 les tables GERS 65 adaptées aux « travailleurs hyperbares ». À cette époque, il n'existait pas de tables officielles pour la « plongée sportive de loisirs ». En 1990, la MN 90 est la référence officielle. Elle prend en compte de plus en plus de tissus, ce qui impose des paliers de plus en plus longs. En 1992, la MT 92, établie par le ministère du Travail, est étendue officiellement pour la première fois aux loisirs. À titre d'exemple, une plongée à 40 m de profondeur, avec une bouteille d'air de 12 litres de volume, peut durer 15 min, avec un palier de 4 min à 3 m. Les « travailleurs hyperbares » ont résolu ce problème par l'intermédiaire des « maisons sous la mer ». Elles permettent de séjourner au fond, d'y travailler et de se soumettre aux paliers de décompression une seule fois, c'est-à-dire lors de la remontée.

L'ivresse des profondeurs

Les gaz à haute pression ont des effets sur l'organisme que l'homme n'a pu expliquer jusqu'à aujourd'hui. Ils ont des conséquences physiologiques ou psychologiques car ils altèrent le système nerveux. Celle qui vient immédiatement à l'esprit porte le nom de « narcose à l'azote », parfois plus connue sous le nom d'« ivresse des profondeurs ». Elle survient en cas d'utilisation d'un scaphandre à air, uniquement à partir d'une profondeur égale ou supérieure à 40 m. Il semblerait, dans l'état actuel de nos connaissances, qu'elle soit due à la fixation des graisses sur le système nerveux. Le plongeur perd tout contrôle de lui-même : s'il n'est pas accompagné par une personne qualifiée, il peut avoir un comportement euphorique, et aller jusqu'à ôter son masque et son embout, et se donner la mort sans même s'en rendre compte.

La « barrière de la narcose », selon l'expression des techniciens, constitue un handicap majeur dans l'exploration sous-marine. Actuellement, l'utilisation de l'hélium, sept fois plus léger et quatre fois moins soluble dans les graisses que l'azote, permet de déplacer cette limite de profondeur à 300 m.

La connaissance des lois physiques permet à l'homme d'envisager des immersions de plus en plus profondes. Les recherches actuelles portent sur les mélanges gazeux. Grâce aux découvertes récentes, l'océanaute est capable d'atteindre des profondeurs de l'ordre de 500 m, en plongée simulée.

Histoire de l'exploration sous-marine

L'exploration sous-marine, par des moyens autres que la plongée libre, a été pratiquée par les pêcheurs de nacre, de corail et d'éponge et remonte au IV^e s. avant notre ère. À cette période, Aristote décrit ce qui est la première cloche à plongeurs (des « cuves d'airain descendant dans l'océan, l'ouverture dirigée vers le bas et pouvant abriter un ou plusieurs hommes »). Selon une légende, cet appareil a été utilisé lors du siège de Tyr à la fin du IV^e s. avant notre ère. Mais, durant des siècles, l'homme va se heurter aux lois de la physique des fluides dont il ignore l'existence.

Après le Siennois Jacopo Mariano, dit le Taccola, en 1440, inventeur du premier scaphandre à cagoule et à tuyau d'air, et les palmes de natation dessinées par Léonard de Vinci, il faut attendre 1679 pour voir une nouvelle étape franchie dans l'exploration sous-marine. À cette date, l'Italien Giovanni Borelli élabore ce qui aurait pu être l'ancêtre du scaphandre. Cependant, son appareil ne sera jamais expérimenté.

Curieusement, alors que les bases de la plongée semblaient acquises, l'évolution vers le scaphandre lourd se fera à partir de la vieille idée grecque de la cloche à plongeurs. En 1716, l'Anglais Edmund Halley immerge dans les eaux de la Tamise, par 18 m de fond, un engin appelé « cloche de Halley ». Les océanautes sont alimentés en air par l'intermédiaire de tonneaux lestés et immergés. Quelques années plus tard, Halley reliera le sommet de la cloche à une pompe et, pour la première fois, les plongeurs peuvent quitter l'engin, munis d'un casque en bois. De cette idée va naître, en 1776, le premier scaphandre lourd.

Le professeur français Fréminet habille le plongeur d'un casque muni d'un hublot, alimenté en air depuis la surface et possédant en son sommet une soupape d'évacuation de l'air vicié. La stabilité du plongeur est assurée par des semelles en plomb. Il faudra attendre 1819 pour que le scaphandre prenne sa forme définitive. Après l'Allemand Klingert, qui pense, en 1797, à protéger l'océanaute du froid, l'ingénieur Auguste Siebe parachève le scaphandre en équipant le casque en cuivre de trois hublots et d'un vêtement intégral imperméable.

Le scaphandre lourd

Aujourd'hui, l'utilisation du scaphandre à casque se limite aux travaux nécessitant un minimum de déplacements sur le fond. Le principe du scaphandre à casque s'est peu modifié depuis 1819. Les améliorations consistent d'une part en une meilleure étanchéité grâce à des manchons de caoutchouc et d'autre part en l'aménagement d'une soupape réglable de l'intérieur. Ce système permet de compenser les variations de pression induites par les changements de profondeur.

Cependant, le scaphandre lourd présente des risques d'accident non négligeables, qui ont endeuillé l'histoire de l'exploration sous-marine. Indépendamment des risques inhérents à toutes les plongées, le « coup de ventouse » ou squeeze, et la « remontée en ballon » constituent des accidents graves, souvent mortels, propres aux « pieds lourds ». Dans le premier cas, il y a dépression par réduction du volume d'air, consécutive à une diminution du débit d'air en surface. Le scaphandrier est alors dans l'incapacité de contrôler sa descente vers les profondeurs. La décompression est telle que le corps humain est irrémédiablement aspiré vers le casque. Dans le second cas, il s'agit d'une remontée par accumulation d'air, souvent causée par un dysfonctionnement de la soupape d'évacuation d'air. La vitesse de la remontée est telle que l'azote dissous présent dans le sang n'a pas le temps de se résorber. Le scaphandrier est victime d'un accident de décompression.

Parce que les risques encourus sont le plus souvent mortels, le scaphandre lourd occupe une place marginale dans les travaux sous-marins ; on lui préfère aujourd'hui le scaphandre autonome.

Vers le scaphandre autonome

Le principe du scaphandre autonome est le suivant : la totalité du gaz expiré est rejetée à l'extérieur par l'intermédiaire de tubulures souples qui permettent aussi l'approvisionnement en air. Le plongeur est muni de bouteilles en acier de cinq à dix litres de volume contenant un gaz comprimé entre 170 et 180 kg/cm² (2 400 à 2 550 livres par pouce carré) qui lui assure une autonomie d'environ 50 minutes à 10 m de profondeur ou de 25 minutes à 30 m.

Il existe deux types de régulateur de pression, plus communément appelé détendeur, selon qu'il possède un ou deux étages de détente. Le détendeur dorsal à un étage est le plus courant. Lorsque le plongeur inspire, il crée une dépression à l'intérieur d'une chambre basse. Cette dernière est obturée par une membrane souple, laquelle s'enfonce et provoque l'ouverture d'une soupape qui est normalement fermée par la pression de l'air contenue dans la bouteille. Ainsi, le plongeur peut-il aspirer de l'air « frais ». À l'expiration, les gaz sont évacués par une valve d'expiration, ou « bec de canard », située sur l'embout que le scaphandrier tient dans sa bouche. Au fur et à mesure de la descente du plongeur, la pression exercée par l'eau augmente ; la soupape s'ouvre jusqu'à ce que l'équilibre des pressions soit rétabli.

Les autres types de scaphandre

Qu'ils soient autonomes ou non, en circuit ouvert ou fermé, il existe de nombreux systèmes de scaphandres, tous adaptés aux exigences de l'exploration ou du travail sous-marin.

Le scaphandre à circuit ouvert, mais non autonome, appelé « narguilé », est un système utilisé pour des travaux de longue durée ne nécessitant pas de déplacements importants. Ce procédé se substitue à celui du scaphandre lourd. Le plongeur est relié à une batterie de bouteilles d'air, sous une pression de 5 à 7 kg/cm² (70 à 100 livres par pouce carré), par un détendeur doté d'un étage basse pression.

Le scaphandre autonome à circuit semi-fermé marque une nouvelle étape dans l'exploration sous-marine. Encore au stade expérimental, ce système tente de minimiser les risques d'intoxications et d'ivresse des profondeurs en réduisant le taux d'oxygène. Il repose sur le principe d'un mélange gazeux « héliox » (hélium + oxygène) dont les proportions varient selon la profondeur de la plongée. Le circuit semi-fermé se caractérise par la présence d'un sac respiratoire muni d'une cartouche épuratrice.

Le scaphandre autonome à circuit fermé se compose d'un réservoir à gaz comprimé, d'un détendeur haute pression et d'un sac respiratoire souple servant de chambre basse pression. Les gaz expirés sont filtrés par l'intermédiaire d'une cartouche qui absorbe le gaz carbonique. Ce dispositif permet une plongée indécelable depuis la surface, sans émission de bulles. Son utilisation est strictement réservée au domaine militaire. La toxicité violente de l'oxygène au-delà d'une certaine profondeur limite son application aux dix premiers mètres de la tranche d'eau.

Engins autonomes et maisons sous la mer

Les contraintes physiques et physiologiques inhérentes à la plongée imposent une utilisation restreinte de simples scaphandres pour l'exploration sous-marine. Dès les années 1930, les océanographes ont tenté d'approcher les fonds sous-marins. Il apparaît un demi-siècle plus tard que les données scientifiques en notre possession n'ont pas réellement évolué. En effet, dans les limites actuelles de nos connaissances, l'exploration des grands fonds ne peut se faire que dans une ambiance sous pression atmosphérique, à l'intérieur d'appareils étanches et capables de résister à des pressions considérables.

Les engins d'exploration subaquatique

Le premier engin à atteint une profondeur de 907 m a été réalisé par le biologiste américain William Beebe, en 1934. La bathysphère est un appareil non autonome : elle ne peut contrôler sa descente, et sa remontée se fait au moyen d'un câble qui la maintient en contact avec la surface.

L'autonomie de déplacement des véhicules de plongée sera directement inspirée de la technique issue des dirigeables. En 1946, le physicien suisse Auguste Piccard, spécialiste des ascensions en ballon, va équiper une sphère métallique de réservoirs. Ces derniers contiennent de l'essence, dont la densité est plus faible que celle de l'eau ; ce dispositif permet donc une remontée indépendante de la surface. La profondeur d'immersion est contrôlée au moyen de lests, tout comme un dirigeable. Uniquement destiné à l'observation, le bathyscaphe, muni de hublots, est doté d'un moteur qui lui assure une capacité de déplacements longitudinaux. Grâce à cet appareil, l'exploration sous-marine va progressivement atteindre les grands fonds des océans. Dans un premier temps, en 1954, un bathyscaphe va descendre à la profondeur jamais atteinte de 4 050 m. Cependant, il faudra attendre six longues années pour parvenir à toucher le « plancher » du monde. Cette aventure a été réalisée le 23 janvier 1960 par l'US Navy, à bord d'une version améliorée de bathyscaphe. Don Walsh et Jacques Piccard, fils de l'inventeur, ont atteint à bord du Trieste la profondeur de 10 987 m, au large de l'île de Guam (Pacifique).

Malgré cet exploit technique, l'aventure des grandes profondeurs continue. Il s'agit désormais de parvenir à augmenter l'autonomie et les rayons d'action de ces engins. Leurs applications sont essentiellement scientifiques. Ces « submersibles » d'un genre particulier sont destinés à la recherche et aux prélèvements d'échantillons en pleine eau comme sur le fond.

Parmi les appareils qui se sont succédé, on différencie ceux privilégiant la profondeur d'immersion, ceux privilégiant la durée d'immersion, et ceux prenant en compte les deux facteurs à la fois.

Les soucoupes plongeantes, ou « puces de mer », ont un domaine d'application qui ne se situe qu'aux alentours de quelques centaines de mètres de profondeur. Cet inconvénient est compensé par le fait qu'elles permettent des explorations de longue durée. La première soucoupe de cette catégorie a été mise à l'eau le 25 juillet 1959 ; elle est l'œuvre du commandant Cousteau. Son diamètre de 2 m et sa hauteur de 1,46 m permettaient à deux hommes de s'installer à plat ventre à l'intérieur d'un habitacle pourvu de nombreux hublots. Sa vitesse n'excédait pas un nœud, soit 1,852 km/h. Cette version sera suivi du Deep Star/4000. Cet appareil, baptisé ainsi par les Américains, résulte des travaux effectués sur la SP 1200 par l'Office français de recherches sous-marines et commandée par le commandant Cousteau. De forme sphérique (1,90 m de diamètre), le Deep Star évolue à une vitesse de 3 nœuds au moyen de deux hélices latérales. Sa capacité d'immersion atteint 1 200 m, profondeur à laquelle il peut se déplacer sur un rayon de 40 kilomètres. L'Institut français de la recherche en mer et de l'exploitation des ressources (Ifremer) possède deux soucoupes plongeantes, dont le Nautile, qui a servi à prendre des images lors de l'opération Titanic.

Un autre exemple d'engin limité en profondeur, qui n'est pas à proprement parler une « puce de mer », est le Mésoscaphe de Jacques Piccard. Capable de s'immerger jusqu'à 800 m, d'une capacité de 40 places, il est uniquement destinée au tourisme (lac Léman, Suisse).

Il existe de nombreux submersibles, autres que militaires. Ils présentent parfois des propriétés et des capacités d'exploration sous-marine différentes. L'Aluminaut date de 1963, c'est un engin complet qui associe une immersion à 5 000 m de profondeur et un rayon d'action de 150 km. L'Alvin de l'US Navy plonge quant à lui à 2 000 m. Il est à noter que ces engins d'exploration sous-marine sont essentiellement conçus pour accueillir deux personnes.

Les maisons sous la mer

Les années 1960 sont marquées par les grandes découvertes du cosmos et des fonds sous-marins. Dans la seconde moitié du XX^e s., l'homme cherche à prolonger la durée d'immersion pour pouvoir travailler. Pour ce faire, il entreprend une succession d'expérimentations visant à poser sur des fonds de véritables maisons sous la mer. Le but est de permettre un séjour de quelques jours à plusieurs semaines en état de compression et de ne pratiquer les paliers de décompression qu'à l'occasion de la remontée. Les océanautes embarqués pratiquent des sorties régulières au cours de leur séjour.

La première expérience en ce domaine est due à l'océanographe américain Edwin Link, en 1962. Au cours de cette même année, l'opération Précontinent I, dirigée par le commandant Cousteau, immerge deux plongeurs à une profondeur de 10 m pendant 8 jours. Un an plus tard, en juillet 1963, deux maisons sont immergées en mer Rouge : l'expérience, Précontinent II, comprend une habitation à 9,50 m de fond, l'autre reposant à une profondeur de 25 m. Les habitations sont respectivement alimentées en air et avec un mélange d'hélium et d'air, ce dernier posant le problème d'entraîner des pertes calorifiques importantes.

Cette série d'expériences uniques au monde s'achève avec Précontinent III (100 m de fond pendant 20 jours), qui démontre sans équivoque que la vie en saturation n'altère aucunement les facultés des plongeurs. Dès lors, les recherches se succèdent sans répit.

Ces dernières décennies, la connaissance des fonds marins et de leur origine a fait des progrès remarquables. L'exploration de ces immensités a bénéficié de moyens importants mis à la disposition des chercheurs, qui ont pu organiser des campagnes scientifiques internationales, comme celles réalisées par les Américains avec le navire Glomar Challenger et, depuis 1985, avec le Joides Resolution.

L'état des connaissances

Les techniques nouvelles de recherche (sondages aux ultrasons, forages et prélèvements profonds, réflexion et réfraction sismiques, prospection magnétique, bathyscaphes…) ont permis des observations détaillées de quelques régions océaniques: même si la totalité des fonds océaniques est loin d'être parfaitement connue, il est désormais possible de proposer une description objective des fonds marins et d'en donner une explication cohérente.

La description du relief sous-marin

Très variés et présentant de grandes dénivellations, les fonds sous-marins se différencient en deux grands domaines: le domaine des marges continentales, où mers et océans empiètent sur les continents, et celui des bassins océaniques proprement dits, où sont atteintes de grandes profondeurs.

Les marges continentales

Autour des continents se développe une plate-forme de faible profondeur (moins de 200 m en général), doucement inclinée vers le large et qui constitue le simple prolongement des continents. Elle représente 15,5 % de la surface des mers et des continents. Sa largeur est fort variable: d'une moyenne de 70 km, elle peut se réduire à un simple liseré de quelques kilomètres de large en bordure des continents à relief escarpé (côte pacifique de l'Amérique du Sud) ou au contraire s'étaler sur des centaines de kilomètres en bordure des continents à relief modéré (Europe du Nord-Ouest, Argentine). Cette plate-forme continentale, ou précontinent, est limitée vers le large par un talus plus ou moins abrupt (moyenne de 4 %), par lequel on passe à des fonds de plus de 3 000 m : c'est la pente continentale. Selon les cas, cette dernière peut être soit directement raccordée aux grands fonds océaniques par l'intermédiaire d'un glacis continental en pente très douce – dispositif typique des rivages de l'océan Atlantique –, soit séparée de ces grands fonds océaniques par une fosse étroite dans laquelle sont atteints les records de profondeur (l'abysse le plus profond de tous les océans est la fosse des Mariannes, dans le Pacifique, à plus de 11 000 m). Ces fosses s'allongent au pied du talus continental, au droit de plates-formes continentales généralement réduites : ce dispositif est général tout autour de l'océan Pacifique.

Les grands fonds océaniques

Ils se développent au-delà, et présentent à la fois de vastes étendues monotones et des régions accidentées. Les reliefs les plus étendus sont ceux des immenses plaines abyssales, plats ou ondulés en collines et qui atteignent des profondeurs maximales de 5 000 à 6 000 m. Ces grands bassins océaniques, par endroits accidentés de monts sous-marins de forme plus ou moins conique, sont cloisonnés par des reliefs saillants d'inégale continuité. Les plus continus et les plus remarquables de ces reliefs sont les dorsales médio-océaniques, véritables chaînes de montagnes sous-marines qui s'élèvent de 2 000 à 2 500 m au-dessus des plaines abyssales et qui sont le siège d'une intense activité tellurique (séismes et volcanisme sous-marins). La partie culminante de ces bombements est souvent coupée par une vallée axiale étroite (de 20 à 30 km en moyenne) et profonde (de 1 à 2 km) qu'on appelle rift océanique. Dans le détail, ces dorsales ont un tracé sinueux, tronçonné en une succession de segments décalés par des accidents transverses.

Ces reliefs forment globalement une dorsale longue de 60 000 km et qui se prolonge à travers tous les océans, de la mer polaire arctique au golfe de Californie, en passant par les océans Atlantique, Indien et Pacifique. Le profil de l'océan Atlantique montre que cette dorsale, en position axiale, partage l'océan en deux séries de formes symétriques: de part et d'autre du fossé axial, on rencontre successivement les chaînes parallèles de la dorsale, les bassins abyssaux, puis les marges continentales associant plate-forme, talus et glacis.

La constitution géologique des fonds marins

Aires continentales et aires océaniques correspondent à des ensembles de croûte terrestre de nature différente.

La croûte continentale, sous des couches sédimentaires éventuelles, est formée de roches cristallines riches en silice et de densité relativement faible (de 2,7 à 2,8 g/cm³ en moyenne) ; épaisse de 10 à 40 km en général, cette croûte continentale comprend une couche inférieure dite «basaltique» de densité plus importante (de 2,8 à 2,9 g/cm³) – il s'agit en fait d'un socle cristallisé injecté de filons de basalte provenant du manteau supérieur sous-jacent.

La croûte océanique est beaucoup plus mince : de 6 à 7 km d'épaisseur moyenne. Sous une faible épaisseur de couches sédimentaires se trouvent des basaltes qui, en profondeur, laissent place à des roches magmatiques entièrement cristallisées (gabbros et péridotites), sillonnées par des filons (dykes) de basalte. Cette croûte océanique est, dans sa composition, plus magnésienne et moins riche en silice que la croûte continentale : elle est donc plus dense (3 g/cm³ en moyenne).

On n'a jamais trouvé de croûte continentale au fond d'un bassin océanique. Une discontinuité géophysique, la discontinuité de Mohorovičič, ou le « moho », sépare les croûtes continentale et océanique du manteau supérieur. La profondeur du moho est très variable : de 4 à 10 km sous les océans à plus de 20 à 70 km sous la croûte continentale. Le manteau supérieur serait composé de roches dites ultrabasiques (roches silicatées très magnésiennes constituées d'olivines et de pyroxènes), de grande densité (3,3 g/cm³). Vers 100 km de profondeur, avec l'augmentation de la température et de la pression, il y a une modification du comportement mécanique du manteau supérieur, qui devient plastique: c'est l'asthénosphère, sur laquelle flotte la lithosphère rigide (ensemble croûte + manteau supérieur).

Introduction

La conquête des profondeurs marines est, comme celle de l'espace, une grande aventure technologique de notre temps. Comme l'espace, le milieu marin est hostile à l'homme, qui ne peut s'y maintenir qu'au prix d'une maîtrise croissante des techniques de pénétration et de séjour. Il lui faut aussi développer une logistique de soutien et de contrôle sur terre. Les premières difficultés à vaincre, outre celle de l'atmosphère à recréer dans tout véhicule sous-marin, sont le froid, l'obscurité et la complexité des communications. Un autre obstacle est constitué par la pression hydrostatique, qui augmente d'environ une atmosphère tous les dix mètres. En outre, l'eau n'étant pas incompressible, sa densité augmente avec la profondeur, faisant varier en proportion la poussée d'Archimède. En dépit de tous ces obstacles – et peut-être à cause d'eux –, la plongée a tenté aventuriers et inventeurs, de l'antique cloche à plongeur aux premiers sous-marins et aux scaphandres expérimentés à la fin du XVIII^e s. Le pas décisif devait être franchi par un explorateur de la stratosphère, Auguste Piccard, qui conçut et fit construire le premier bathyscaphe. Avant même que l'exploration du sixième continent ne soit achevée, son exploitation industrielle a commencé. La recherche du pétrole sous-marin a accéléré la mise au point d'une série d'engins d'intervention habités ou robotisés. Et c'est encore du fond des mers qu'est venu le bouleversement des données géostratégiques mondiales avec les derniers sous-marins nucléaires lanceurs d'engins, au rayon d'action pratiquement illimité.

Dates clés des sous-marins

Du bathyscaphe à Saga

Écorché d'un bathyscaphe

Les aéronautes ont inspiré les océanautes : transposant à la plongée les principes hydrostatiques du ballon atmosphérique, Auguste Piccard conçut, vers 1950, son bathyscaphe. L'habitacle était une sphère en acier beaucoup plus lourde que l'eau, solidaire d'un flotteur rempli d'essence, soumise à la même pression que l'eau de mer environnante, le lest étant constitué de fine grenaille d'acier. Le FNRS 3, version améliorée du premier bathyscaphe, plongea en 1954 jusqu'à −4 050 m au large de Dakar. C'était un record. Piccard fit encore construire le Trieste, qui fut acheté par la marine des États-Unis et descendit en 1960 à 10 916 m dans la fosse des Philippines. L'exploration des grandes profondeurs avait commencé. L'engin français Archimède, mis à l'eau en 1961, descendit en 1962 à une profondeur de plus de 9 500 m dans la fosse des Kouriles.

Sous-marin de recherche le Nautile

• Submersible de l'IFREMER, le Nautile

Les bathyscaphes sont lourds, d'entretien difficile, coûteux à mettre en œuvre ; il fallait des « sous-marins de poche » mobiles, maniables, capables d'exécuter des mesures et des prélèvements. La Soucoupe 350 du commandant Cousteau, transportée par bateau sur le lieu de plongée, fut la première d'une génération d'engins habités, civils et militaires, qui marquèrent les années 1970. L'homme s'était donné les moyens de surprendre la tectonique des plaques, à l'œuvre sur le fond des océans. Ainsi, l'Alvin, construit par les océanographes américains, fit quelques découvertes géophysiques majeures comme celle, en 1977, au large des Galápagos, de la faune vivant autour des sources hydrothermales. C'est encore l'Alvin qui collabora à la récupération de la bombe atomique tombée à la mer près de Palomares. Quelques années plus tôt, en 1972 et 1973, avait eu lieu la grande campagne franco-américaine FAMOUS (French-American Mid-Oceanic Underwater Survey) d'observation directe du volcanisme lié à la dorsale médio-atlantique au moyen des trois engins Archimède, Alvin et Cyana, ce dernier étant l'ultime version de la « soucoupe plongeante » du commandant Cousteau. Au début de 1985, la France lança le Nautile, sous-marin de recherche capable de descendre à 6 000 m et possédant des vitesses de montée et de descente élevées (1 m/s). Pesant 18 t, il peut embarquer trois hommes dans sa sphère en alliage de titane et emporter une charge utile de 280 kg. Depuis sa mise en service, il a participé à de multiples campagnes françaises et internationales d'exploration des grands fonds sous-marins.

Mais, dès le début des années 1980, apparaissait la nécessité d'une génération d'engins maniables, plus indépendants des bâtiments de surface et dotés d'un outillage d'intervention. Le Saga 1, mis au point par l'Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (IFREMER) et la société Comex, est un sous-marin industriel de 304 t. Long de 28 m, haut de 8,75 m, il déplace 565 t en plongée. Six hommes d'équipage tiennent dans son compartiment atmosphérique, et six plongeurs dans son habitacle hyperbare. D'une autonomie de 2 à 3 semaines, il se déplace en plongée à 4 nœuds (7,4 km/h). Lancé le 1^er octobre 1987, Saga 1 a plongé pour la première fois en été 1989.

Des hommes, des robots et des engins

Une fois la certitude acquise que l'homme peut vivre longtemps sans danger en état de pressurisation, la plongée s'organisait, dans les années 1960, de la façon suivante : les plongeurs étaient pressurisés dans un caisson de surface, à bord du navire base ; ils entraient dans une tourelle de plongée à même pression et, une fois descendus à l'équilibre de pression hydrostatique, ils quittaient la tourelle pour effectuer leur mission. Ils remontaient en milieu hyperbare pour être décompressés dans le caisson. Cette procédure étant très longue et risquée en cas de mauvais temps, des « maisons sous la mer » furent construites. Précontinent II fut essayé en 1963 en mer Rouge, et Sea Lab en 1965 aux Bermudes. Mais ces demeures marines étaient sédentaires ; elles limitaient le champ d'action des plongeurs. Les recherches s'orientèrent vers le sous-marin porteur de maison sous la mer tandis que continuait la progression vers les basses profondeurs. En 1968, des plongeurs travaillèrent sur des têtes de puits de pétrole sous-marins à −150 m. C'était l'opération Janus I, suivie de Janus II à −250 m, niveau du plateau continental. La course vers les profondeurs continuait. En octobre 1977, Janus IV vit des hommes travailler en pleine mer à −500 m, la durée de décompression nécessaire étant de 12 jours. Le record atteint en simulation à terre fut de 686 m (Duke University, États-Unis, 1981).

Au-delà de ces profondeurs presque inimaginables, la raison commandait de substituer aux hommes des robots sous-marins télécommandés ou automatisés. Un large champ d'activité leur était ouvert. Par exemple, les interventions sur les installations pétrolières bien en dessous des plates-formes fixes. Ils devaient être capables de mettre en œuvre des foreuses de grand fond (−3 000 m), des ligneurs d'oléoducs, de repêcher des objets tombés à la mer, tels que débris d'avions ou de bateaux. Dans les années 1960, le Télénaute de l'Institut français du pétrole, par exemple, était capable d'intervenir jusqu'à −1 000 m. Plus récent, Tom 300 (Comex-Thomson) transportait un détecteur électromagnétique, deux caméras de télévision, un bras manipulateur et il descendait jusqu'à 300 m de profondeur. Victor, enfin, dernier robot mis en œuvre par l'IFREMER, doté d'un équipement scientifique très complet, a effectué ses premières observations en 1998 et pourra descendre jusqu'à −6 000 m. Les robots peuvent être multifonctionnels ou limités à un type d'intervention. Dans ce cas, leur nombre doit être multiplié. Leur limite d'action est celle du cordon ombilical qui les alimente en énergie, leur transmet commandes et instructions et fait passer l'information en retour. Plusieurs dizaines de robots sont déjà en service dans le monde.

La recherche pétrolière sous-marine pose une autre difficulté : le stockage et l'évacuation du pétrole. Dès 1958, Mitchell Engineering (États-Unis) conçut un pétrolier sous-marin de 180 m, déplaçant 50 000 t.

Les sous-marins militaires modernes

Sous-marin nucléaire lanceur d'engins

Il y a quelques différences de principe entre les bathyscaphes et les sous-marins. Les premiers sont constitués par un petit habitacle rigide incompressible et par un système flotteur qui assure l'équilibre hydrostatique avec la pression ambiante. Les seconds sont constitués par une double coque rigide au profil hydrodynamique de cigare allongé vers l'arrière : tout l'espace interne, de grande dimension, maintenu à la pression de surface, est disponible pour les hommes, les machines et l'armement. Entre les coques interne et externe sont logés des réservoirs, ou ballasts, qui peuvent être remplis sur commande d'eau de mer ou d'air comprimé. Pour la plongée, les soupapes inférieures et supérieures sont ouvertes : l'air s'échappe par le haut, l'eau de mer entre par le bas : devenu plus lourd, le sous-marin plonge. Pour la remontée, de l'air comprimé est envoyé dans le haut des ballasts, il chasse l'eau de mer par les soupapes inférieures ; devenu plus léger, le sous-marin remonte. Le lancement d'une torpille ou d'un missile provoque une perte de poids qui est instantanément compensée par l'introduction de son poids en eau de mer dans des réservoirs auxiliaires, dits « d'assiette ». Ce système donne de l'autonomie aux sous-marins mais limite leur profondeur d'immersion à quelque 300 m de profondeur, 600 m pour les plus performants. Autre différence fondamentale : les bathyscaphes sont lourds, peu maniables, d'une autonomie limitée et ils dépendent de leur navire accompagnateur de surface. Quant aux sous-marins actuels, ils ont une grande capacité de manœuvre et sont indépendants de tout support de surface. L'air d'un sous-marin, purifié et dépoussiéré en permanence, est renouvelé par extraction du gaz carbonique et apport d'oxygène. Celui-ci est fabriqué par électrolyse. L'eau potable provient du dessalement, par osmose, de l'eau de mer. Enfermés dans leur sous-marin pour de longues patrouilles, les équipages disposent de conditions de vie confortables.

Sous-marin nucléaire

Un tournant dans l'histoire de la navigation a été marqué par le Nautilus de l'US Navy, premier sous-marin nucléaire du monde. Grâce à ce système de propulsion, le rayon d'action en plongée n'avait désormais d'autres limites que l'endurance des équipages. Lancé en janvier 1954, le Nautilus évoluait en janvier 1955 en propulsion nucléaire. En 1958, il réalisa la première plongée sous la calotte polaire arctique. En 1959, l'US Navy lançait le George Washington, premier sous-marin nucléaire lanceur de missiles balistiques. Dès 1957, l'U.R.S.S. mettait en service son premier sous-marin à propulsion nucléaire, inspiré de la technologie américaine (nom de code O.T.A.N. : November). En 1968, l'U.R.S.S. possédait 10 sous-marins nucléaires contre 40 armés par les États-Unis. Le premier sous-marin nucléaire lanceur d'engins français (S.N.L.E.), le Redoutable, mis en service en 1971, ne pouvait emporter que des missiles lourds et de plus faible portée. Les bâtiments suivants de la même série (6 au total) ont été modifiés pour recevoir des missiles mer-sol balistiques stratégiques (M.S.B.S.). L'effectif de ces bâtiments est composé de quinze officiers et de cent vingt hommes. Deux équipages, arment en alternance ces navires pour une durée de 90 jours maximum, l'un étant en service à bord, l'autre en permission. Une série de quatre sous-marins nucléaires de nouvelle génération est en construction, dont le premier exemplaire, le Triomphant, est entré en service en 1997.

Plus petits et dépourvus de tubes verticaux pour le lancement des missiles, les sous-marins de chasse assurent des missions tactiques : chasse aux sous-marins ennemis, transport de commandos, etc. Armés de missiles à portée moyenne et de torpilles, silencieux, ils sont dotés d'un équipement électronique perfectionné pour repérer l'adversaire et le détruire rapidement. Le premier sous-marin nucléaire d'attaque français, le Rubis, a été lancé en 1979. Long de 72 m, large de 7,6 m, il déplace 2 400 t en surface et progresse en plongée à la vitesse de 25 nœuds (46 km/h). Son autonomie prévue est de 45 jours.