La Chine prévoit de moderniser ses sous-marins conventionnels avec des batteries lithium-ion, un mouvement de puissance qui pourrait augmenter considérablement les capacités de combat et de survie de sa flotte.
Ce mois-ci, Le South China Morning Post a rapporté que la flotte sous-marine conventionnelle de la Chine pourrait bientôt être alimentée par des batteries lithium-ion, profitant des développements technologiques de l’industrie des véhicules électriques (VE) du pays, actuellement la plus importante au monde.
Le rapport note que la Chine fabrique les trois quarts des batteries de véhicules électriques dans le monde, ce qui lui confère une technologie de pointe en matière de batteries.
Les batteries lithium-ion peuvent plus que doubler l’endurance sous-marine d’un sous-marin et améliorer considérablement son accélération pour les opérations à grande vitesse, selon des chercheurs de la Naval Submarine Academy de Qingdao cités dans la revue chinoise à comité de lecture Marine Electric and Electronic Engineering.
Le South China Morning Post note que l’Armée populaire de libération-Marine essaie de remplacer les batteries plomb-acide traditionnelles par des batteries lithium-ion depuis plus d’une décennie, mais a hésité en raison du danger. On pense que la Chine possède la plus grande flotte de forces sous-marines conventionnelles au monde avec environ 60 à 70 bateaux.
Les batteries au plomb sont utilisées dans les sous-marins depuis la Seconde Guerre mondiale. Cependant, ils souffrent d’une faible capacité de stockage d’énergie, d’une charge lente, d’une faible puissance de sortie, d’une courte durée de vie et de la génération de fumées toxiques. En revanche, les batteries lithium-ion ont une densité d’énergie supérieure, une charge plus rapide, une plus grande vitesse de décharge et une durée de vie plus longue.
Cependant, les batteries lithium-ion souffrent d’emballement thermique et de risque d’incendie, particulièrement aigu dans les sous-marins, Notes de recherche thématique GlobalData. Une cellule en surchauffe peut provoquer une réaction en chaîne de défaillances d’emballement thermique dans l’ensemble du banc de batteries, entraînant des incendies catastrophiques, a-t-il déclaré.
Le chercheur principal Wang Fang a déclaré que des solutions de sécurité dans la technologie lithium-ion dérivées d’un développement important dans l’industrie chinoise des véhicules électriques ont été découvertes, atténuant certains des risques antérieurs, a déclaré le South China Morning Post.
“Après avoir résolu ces problèmes, le remplacement des batteries au plomb par des batteries au lithium dans les sous-marins conventionnels est imminent”, note Feng.
L’équipe de recherche a déclaré que l’utilisation de fer et de phosphate à faible coût et facilement disponibles peut remplacer la combinaison habituelle mais dangereuse de nickel et de cobalt dans les batteries lithium-ion, améliorant ainsi la sécurité sans compromettre les performances.
Selon les données de l’industrie citées par le South China Morning Post, le nombre de véhicules électriques du marché chinois utilisant la technologie des batteries au phosphate de fer dépasse ceux utilisant des batteries au nickel-cobalt.
Les autres innovations de l’équipe de recherche en matière de sécurité pour les batteries lithium-ion sous-marines comprennent le revêtement en carbone dur et en céramique pour l’emballage des batteries, ce qui pourrait améliorer leur sécurité à bord des sous-marins.
Ce développement peut également être rendu possible par La stratégie chinoise de fusion militaro-civile, qui a éliminé les barrières passées entre la recherche civile, les entités commerciales et les secteurs industriels militaires et de défense. La stratégie vise à exploiter la nature à double usage des technologies avec des applications civiles et militaires telles que les batteries lithium-ion.
Le South China Morning Post note que le Japon et la Corée du Sud utilisent des batteries lithium-ion dans leurs sous-marins, le premier le faisant en 2018 et le second en 2021. Cependant, l’article mentionne que le Japon utilise du manganèse métal dans ses batteries lithium-ion pour augmenter la sécurité mais au détriment des performances. En revanche, la Corée du Sud utilise du nickel et du cobalt mais a plus de dispositifs de sécurité.
La source mentionne que l’Allemagne et la France ont également développé des prototypes de batteries lithium-ion sous-marines avec des plans pour un futur service militaire.
Les batteries lithium-ion présentent de nombreux avantages par rapport aux systèmes de propulsion indépendante de l’air (AIP), tels que le moteur Stirling et les turbines à vapeur à cycle fermé. Les marines peuvent les coupler avec des piles à combustible à hydrogène pour compenser les limites des premières.
Tyler Rogoway, dans un article de 2020 pour The Warzone, note que les sous-marins Stirling AIP tels que la classe suédoise Gotland doivent transporter de l’oxygène liquide à bord, ce qui présente des dangers inhérents, occupe un espace interne important et comprend de nombreuses pièces mobiles qui nécessitent une insonorisation supplémentaire. Les moteurs Stirling sont également limités par leur faible puissance de sortiece qui les limite potentiellement à des opérations de combat littoral à courte portée.
De même, Rogoway note que les turbines à vapeur à cycle fermé telles que le module d’énergie sous-marin autonome français (MESMA) partagent les mêmes limites avec le moteur Stirling car il a besoin d’une alimentation en éthanol et en oxygène liquide à bord.
De plus, Rogoway affirme que même si le système MESMA peut générer beaucoup de puissance pour les opérations à grande vitesse, il comporte de nombreuses pièces mobiles qui nécessitent également une insonorisation coûteuse.
Alors que les piles à combustible sont une solution AIP de haute technologie, leurs principaux inconvénients proviennent de leurs différents moyens de stockage du carburant hydrogène. Ces inconvénients vont d’une densité gravimétrique médiocre, d’une demande élevée en oxygène, d’émissions de CO2 et d’autres émissions et d’une technologie non éprouvée.
Néanmoins, Rogoway mentionne que si les piles à combustible sont une solution AIP de haute technologie, elles ne sont pas capables d’augmenter les niveaux de puissance aussi rapidement qu’un système MESMA.
Rogoway note que l’association du lithium-ion avec des piles à combustible dans les sous-marins peut donner une endurance extrême, un fonctionnement incroyablement silencieux, une accélération rapide et des vitesses de pointe élevées, mais le coût et la complexité restent des problèmes importants.
Les sous-marins au lithium-ion ont également l’avantage d’être plus silencieux que les sous-marins à propulsion nucléaire. Bien que les sous-marins nucléaires aient une portée et une endurance théoriquement illimitées, leurs réacteurs nucléaires génèrent une chaleur détectable et doivent donc maintenir leurs pompes de refroidissement toujours en marche, créant potentiellement un bruit détectable.
De plus, les sous-marins nucléaires émettent d’infimes traces de rayonnement dans leur sillage, qui peuvent être détectables avec des capteurs de suivi de sillage spécialisés, tels que le Système SOKS soviétique/russe.
Les avantages techniques des batteries lithium-ion peuvent se traduire par des avantages opérationnels. Anand Datla et Paul Giarra notent dans leur article Actes d’octobre 2021 que leurs temps de décharge plus rapides équivalent à des temps de plongée plus rapides et à une vitesse d’immersion plus rapide.
Pendant ce temps, leur recharge rapide a des implications opérationnelles considérables, y compris des opérations au milieu des caractéristiques de surface et sous-marines de la première chaîne stratégique d’îles qui part du Japon, de Taïwan et des Philippines.
Une mise à niveau de la batterie lithium-ion des sous-marins conventionnels chinois améliorera considérablement leur capacité à faire respecter un blocus de Taïwan. Asia Times a précédemment rapporté que des sous-marins conventionnels avancés, tels que le Type 39 C/D, seraient les bêtes de somme si la Chine décidait de bloquer Taïwan dans un scénario de conflit.
Une telle mise à niveau améliorerait la capacité des sous-marins chinois à rester furtivement en patrouille au large des côtes de Taïwan, interdisant les mouvements des marines taïwanaise et éventuellement américaine visant à briser le blocus de l’île autonome.
