La lumière ne pénètre pas très loin dans l’océan, de sorte que les sous-marins doivent naviguer dans l’eau pratiquement à l’aveugle. Cependant, les sous-marins sont équipés de cartes de navigation et d’équipements de navigation sophistiqués. En surface, un système de positionnement global (GPS) sophistiqué détermine avec précision la latitude et la longitude, mais ce système ne peut pas fonctionner lorsque le sous-marin est submergé. Sous l’eau, le sous-marin utilise des systèmes de guidage inertiel (électriques, mécaniques) qui suivent le mouvement du navire à partir d’un point de départ fixe à l’aide de gyroscopes. Les systèmes de guidage inertiel sont précis à 150 heures de fonctionnement et doivent être réalignés par d’autres systèmes de navigation dépendants de la surface (GPS, radio, radar, satellite). Avec ces systèmes à bord, un sous-marin peut naviguer avec précision et se trouver à une centaine de pieds de sa trajectoire prévue.
Pour localiser une cible, un sous-marin utilise un SONAR actif et passif (navigation sonore et télémétrie). Le sonar actif émet des impulsions d’ondes sonores qui se déplacent dans l’eau, se réfléchissent hors de la cible et retournent au navire. En connaissant la vitesse du son dans l’eau et le temps pendant lequel l’onde sonore se déplace vers la cible et revient, les ordinateurs peuvent calculer rapidement la distance entre le sous-marin et la cible. Les baleines, les dauphins et les chauves-souris utilisent la même technique pour localiser leurs proies (écholocation). Le sonar passif consiste à écouter les sons générés par la cible. Les systèmes sonar peuvent également être utilisés pour réaligner les systèmes de navigation inertielle en identifiant les caractéristiques connues du fond océanique.
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