Supercavitation
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La supercavitation est l'utilisation des effets de cavitation pour créer une grande bulle de gaz à l'intérieur d'un liquide, permettant à un objet de voyager à grande vitesse dans ce liquide en étant complètement enveloppé par la bulle. La cavité (c'est-à-dire la bulle) réduit le frottement sur l'objet et fait de la supercavitation une technologie très attrayante et pour cause: le frottement dans l'eau est environ 1 000 fois plus grand que dans un gaz comme l'air, qui dans ce cas est de la vapeur d'eau. La supercavitation est assez étudiée en magnétohydrodynamique (MHD).
[modifier] De la cavitation à la supercavitation
La cavitation est un phénomène connu. Elle se produit quand un liquide est forcé à se déplacer à grande vitesse, par exemple à l'intérieur d'une pompe ou autour d'un obstacle. La pression du fluide baisse à cause de sa grande vitesse (Principe de Bernoulli) et quand la pression du liquide chute au-dessous de la pression de vaporisation, il se vaporise - typiquement en formant de petites bulles de vapeur d'eau, c’est-à-dire de l'eau dans sa forme gazeuse.
En hydrodynamique ordinaire, la cavitation est un phénomène qui, la plupart du temps, est fortuit et indésirable: habituellement, les bulles ne sont pas soutenues mais implosent à cause du ralentissement soudain du fluide, avec une élévation soudaine de la pression ambiante. Ces petites implosions peuvent même mener à des dommages physiques, par exemple à une hélice très rapide mal conçue.
Un objet en supercavitation emploie ce phénomène d'une façon beaucoup plus grande et plus soutenue, d'où le nom. Les caractéristiques principales d'un objet en supercavitation sont un nez particulièrement travaillé, en général plat avec des bords pointus, et une forme profilée hydrodynamique et aérodynamique. Quand l'objet voyage dans l'eau à des vitesses élevées, le nez écarte l'eau vers l'extérieur tellement rapidement qu'il vole exempt de la surface. La pression de l'eau prend du temps à combler l'espace de la cavité qui en résulte, par conséquent le nez ouvre une longue bulle de vapeur d'eau. Avec la vitesse suffisante, la cavité peut se prolonger pour envelopper le corps entier de l'objet. Un objet en supercavitation "vole" littéralement dans le gaz environnant.
Officiellement, en 1977, les ingénieurs soviétiques ont développé le premier projectile à employer la supercavitation: une torpille VA-111 Shkval. Celle-ci peut voyager à 100 m/s (360 km/h) dans l'eau, soit 35 m/s de plus que les torpilles conventionnelles. Des vitesses encore plus rapides, d'environ 140 m/s (500 km/h), ont été également rapportées. Cependant si le projectile gagne en vitesse, ce genre de torpille perd en maniabilité car elles obligent à un tir direct (droit) sur la cible; elles ne peuvent virer comme les torpilles traditionnelles car cela romprait la bulle.
La traînée d’un objet (et donc la force nécessaire pour le propulser) est proportionnelle à la masse volumique (ou densité) du fluide dans lequel il se déplace. La masse volumique de l’eau liquide étant beaucoup plus importante que celle de la vapeur d’eau, avec une force de poussée similaire, la torpille se déplace donc beaucoup plus vite.
On a proposé diverses méthodes sous-marines de propulsion pour atteindre la vitesse nécessaire. Le concept le mieux adapté étant semble-t-il un moteur de fusée brûlant de l'aluminium avec de l'eau. Cependant, un moteur de fusée conventionnel est utilisé pour propulser la torpille à supercavitation "Shkval".
Les États-Unis d'Amérique et la Grande-Bretagne disposent aussi de torpilles à supercavitation similaires.[réf. nécessaire]
[modifier] Applications actuelles
Le principe de supercavitation est employé pour des propulseurs de rendement très élevé et également pour des gouvernes et gouvernails.
Jusqu'en 2004, les torpilles russes de Shkval étaient la seule application publiquement connue de la technologie de supercavitation appliquée à un objet submersible entier. On a rapporté que la Russie possède également les armes à feu sous-marines tirant des projectiles à supercavitation qui auraient été développées avant les torpilles Shkval. La construction de tels engins reste un secret jalousement défendu par les armées mais dans le cas de Shkval, on sait que le nez du projectile est relativement plat et que le corps de l'arme possède plusieurs ailettes destinées à la stabiliser. De plus, la torpille envoie une partie des gaz qui s'échappent de ses tuyères en direction de son nez. Cela permet de maintenir une bulle stable avec la forme adéquate. Ce type d'arme pourrait être à l'origine du naufrage du sous-marin Koursk.
En 2004, le fabricant d'armes allemand DIEHL BGT a annoncé sa propre torpille à supercavitation appelée Barracuda qui atteindrait une vitesse de 800 km/h.
Début 1994, la marine américaine a commencé à développer un système de destruction de mines sous-marines connu sous le nom de "RAMICS" (Rapid Airborne MIne Clearance System), basé sur un projectile à supercavitation stable dans l'air et l'eau et inventée par C Tech Defense Corporation. RAMICS est actuellement en développement terminal avant l'introduction dans la flotte active.
En 1999, la technologie de supercavitation a été adoptée aux projectiles de chasse. Ces balles "SuperPenetrator" gardent une ligne droite très stable après pénétration dans un milieu aqueux.
Jusqu'ici, les recherches sur la supercavitation ont été principalement menées pour le développement de torpilles.
