Un bathyscaphe est un engin sous-marin d'exploration des abysses. Le Trieste fut le premier engin à atteindre Challenger Deep (point le plus profond des océans) dans la fosse des Mariannes le .
Liminaire En service de 1948 à 1982, les bathyscaphes sont les seuls engins capables d'atteindre les plus grandes profondeurs (, dans la fosse des Mariannes, le ). Jusqu'au début des années 2010, seuls des engins télécommandés (ROV), tel le Nereus, sont alors capables d'atteindre de tels endroits.. Inventé par le professeur Auguste Piccard, et perfectionné par son fils Jacques Piccard, un bathyscaphe est constitué d'une lourde cabine sphérique en acier, pouvant accueillir deux ou trois passagers, suspendue à un flotteur rempli d'essence légère qui compense le poids de l'ensemble selon le principe d'Archimède. Le bathyscaphe descend par gravité et remonte en lâchant du lestC'est une espèce de version sous-marine du ballon qui permet l'exploration de la verticalité par des moyens hydrostatiques..
En raison de leur taille et de leur poids, les bathyscaphes ne pouvaient être embarqués et devaient être remorqués par leur navire d'accompagnement. Ils ont été remplacés par des sous-marins plus petits et plus maniables (sphère en acier à haute limite élastique ou en alliage de titane et flotteur en composite).
Le mot bathyscaphe, inventé par Auguste Piccard en 1946, vient du grec bathus (profond) et de skaphos (barque). Antérieurement, Piccard avait utilisé le mot thalassosphère pour nommer son invention.
Description L'habitacle, réduit au minimum pour minimiser le poids tout en étant capable de résister aux très fortes pressions abyssales ( à ) est constitué d'une sphère en acier d'un diamètre intérieur d'environ deux mètres et d'une épaisseur de neuf à quinze centimètres suivant la profondeur opérationnelle maximale. Le flotteur, construit en acier et en aluminium, contient une essence plus légère que l'eau. Pour éviter son écrasement durant la plongée, le flotteur est ouvert dans sa partie basse pour équilibrer les pressions interne et externe. De ce fait, la structure est relativement légère. L'essence a été choisie parce qu'économique et liquide, alors que les gaz sont trop compressibles pour une plongée très profonde. Des silos en forme d'entonnoirs ouverts à leur extrémité inférieure contiennent de la grenaille de fonte servant de lest. En régime normal l'écoulement de grenaille est bloqué par le champ magnétique produit par des électro-aimants. Les volumes d'essence et de grenaille sont ajustés pour que le bathyscaphe en immersion ait un poids nul. En surface, des ballasts remplis d'air assurent sa flottaison.
Fonctionnement L'ingénieur suisse Auguste Piccard soulignait l'analogie du fonctionnement du bathyscaphe dans l'eau et du dirigeable dans l'air : pour la sustentation des réservoirs emplis d'un fluide plus léger (hydrogène ou hélium dans le cas du dirigeable, essence dans le cas du bathyscaphe) ; pour les mouvements verticaux des vessies de compensation ou du lest ; pour la propulsion des moteurs à hélice (électriques pour le bathyscaphe) ; pour l'équipage et l'appareillage, des cabines suspendues en dessous.
Les sous-marins sont conçus pour se déplacer sur le plan horizontal et pour équilibrer en plongée leur poids avec la poussée d’Archimède : pour amorcer leur descente, les ballasts sont purgés de leur air et se remplissent d'eau de mer ; la poussée d'Archimède devient insuffisante pour maintenir la flottabilité. Pour remonter, on insuffle dans les ballasts de l'air comprimé qui se détend. Pour un bathyscaphe, au cours de la descente l'essence du flotteur se comprime grâce à la pression de l'eau de mer, ce qui diminue la flottabilité ; l'alourdissement résultant est compensé pour remonter par un largage équivalent de lest, commandé par la coupure du courant électrique alimentant les électro-aimants. Pour le déplacement horizontal, le bathyscaphe est pratiquement dépourvu de propulsion : il n'est doté que de petites hélices de manœuvre actionnées par des moteurs de faible puissance. Pour remonter, on largue à nouveau du lest. Ce dispositif de largage par coupure de courant agit dans le sens de la sécurité puisqu'en cas de défaillance électrique le bathyscaphe ne peut ainsi que s'alléger et remonter.
vignette|droite|Fonctionnement du bathyscaphe.
Fonctionnement du bathyscaphe : Le bathyscaphe flotte et se prépare à la plongée. Le bathyscaphe augmente son poids en remplaçant le volume des ballasts par de l'eau de mer. Il descend car la poussée d'Archimède est inférieure au poids. Le bathyscaphe est posé sur le fond. La poussée d'Archimède est égale ou légèrement inférieure au poids. Le bathyscaphe lâche du lest et remonte. La poussée d'Archimède est supérieure au poids.
thumb|right|upright|Sphère du Trieste fabriquée à Terni en Italie. On peut remarquer le hublot et, tout autour, les douze sorties pour les câbles électriques et les tuyaux hydrauliques ; en haut à gauche, l'extrémité inférieure d'un silo à grenaille (lest) avec sa commande électromagnétique.
Les différents bathyscaphes
BathyscapheAnnées de serviceConstructeurUtilisateurProfondeur accessibleDéplacementFNRS-21948FNRS (Belgique)Auguste Piccard (Suisse)théoriquement 4000 mètres, échec à seulement 25 mètres en habitéFNRS-31954-1961FNRS (Belgique)Marine nationale (France)Marine nationaleet CNRS (France)Trieste1954-1964Auguste Piccard (Italie, Suisse)Auguste et Jacques Piccard (Suisse)US Navysphère Terni : sphère Krupp : Archimède1961-1974Marine nationale (France)Marine nationaleet CNRS puis CNEXO (1969-74)Trieste II1964-1966US NavyUS Navypremière version : 1966-1983US NavyUS Navydernière version :
Le FNRS-2
Entre les deux guerres mondiales, la course aux grands fonds et aux fortes altitudes démarre. Sous l’eau, le , l’américain Beebe atteint 908 mètres de profondeur dans une sphère d’un mètre quarante-cinq de diamètre pendue au bout d’un câble d’acier. Cette minuscule sphère, la Bathysphère, contenait deux passagers ; la vie de l’équipage ne tenait qu’au bon vouloir du câble à rester intact, ce qui était un pari des plus audacieux..
Dans les airs, le professeur suisse Auguste Piccard de l'université de Bruxelles atteint le l’altitude de à bord d’un ballon stratosphérique, le . Ce ballon avait été nommé ainsi car sa construction avait été financée par le Fonds National de la Recherche Scientifique belge. Après ce record, le FNRS-1 fut exposé en 1935 à l’exposition universelle de Chicago, pendu au-dessus de la Bathysphère de Beebe. L’idée de construire un dirigeable sous-marin sur le modèle du FNRS 1 prit corps et, en 1937, le FNRS belge accorda à Auguste Piccard un crédit de pour construire un tel engin, capable d’aller jusqu’à de profondeur. Cet engin prit naturellement le nom de FNRS 2.
Après une interruption due à la Seconde Guerre mondiale, Auguste Piccard reprend ses travaux sur un engin d'exploration abyssale. En 1948, il conçoit son premier bathyscaphe et le baptise FNRS-2 en reconnaissance envers le Fonds National de la Recherche Scientifique, organisme belge qui l'a toujours soutenu. Les fonds, suffisants pour un premier submersible, ne permettent pas la construction d'un bathyscaphe élaboré. Le FNRS-2 n'a pas de puits d'accès pour l'équipage depuis la surface et le flotteur, réduit à la fonction d'enveloppe à essence, n'a pas la structure adaptée pour un remorquage en haute mer.
La sphère, composée de deux hémisphères, a été coulée puis usinée aux Usines Émile Henricot (Belgique). Elle pèse et résiste à une immersion de . Son diamètre intérieur est de . Son épaisseur est de portée à près des deux hublots. Ces derniers sont tronconiques et fabriqués en polyméthacrylate de méthyle. Le flotteur est constitué de sept réservoirs totalisant d'essence, protégés par une carène en tôle de fer d'un millimètre d'épaisseur. Le bathyscaphe est assemblé à Anvers (Belgique) par la « Mercantile Marine Engineering Cie ».
Sans avoir été testé, le FNRS-2 embarque pour Dakar (Sénégal) où la Marine nationale française prête son concours, puis il est dirigé vers les îles du Cap-Vert au large desquelles vont être réalisés les essais. Une première plongée à va rapidement montrer les limites des choix qui ont été faits. Les premiers passagers (Auguste Piccard et l'académicien Théodore Monod) sont enfermés dans la sphère alors que le bathyscaphe est encore à bord du Scaldis, son bâtiment support. Le FNRS-2 est mis à flot puis commence la longue et délicate manœuvre du remplissage des réservoirs à essence. Après une plongée effective d'un quart d'heure, il faut exécuter les manœuvres inverses. Les passagers ne sont libérés qu'au bout de douze heures. Le second essai, réalisé quelques jours plus tard sans passager, envoie le submersible à de profondeur en automatique, sans présence humaine à bord. Au retour, la mer qui a changé ne permet pas les manœuvres d'embarquement. C'est avec un flotteur définitivement endommagé que le bathyscaphe fut remorqué jusqu'à la côte puis remonté à bord et termina cette campagne d'essais.
Selon l'ingénieur général de l'Armement Gérald Boisrayon, « l’expédition de 1948 avait donc été un fiasco, principalement parce qu’Auguste Piccard n‘avait pas compris que la mer n’est pas la stratosphère et que l’environnement y est beaucoup plus rude ».. Plus acerbe, Frédéric Dumas, qui a participé à l'expédition, écrira à son père juste après cet échec cinglant : « Toute cette expédition est une farce du meilleur comique, et nous redoutions qu’elle se termine par un accident qui nous auraient empêché d’en rire jusqu’à la fin de nos jours ».
Le concept du bathyscaphe ne devra sa survie qu'à la détermination d'Auguste Piccard et à l'intérêt que lui porteront quelques officiers de la Marine nationale française.
Le FNRS-3
Pendant les mois qui suivent les plongées du FNRS-2, l'avenir du bathyscaphe est incertain. Le flotteur est détruit, la sphère est entreposée à Toulon (France). En , une convention est signée entre le Fonds national de la recherche scientifique belge (FNRS), propriétaire de la sphère, et la Marine nationale française : le FNRS contribuera au financement d'un nouveau bathyscaphe qui sera construit à l'arsenal de Toulon et qui, après trois plongées profondes, appartiendra à la Marine nationale.
C'est à l'ingénieur de l'Armement André Gempp (futur concepteur des sous-marins de la classe Daphné et des SNLE de la classe Le Redoutable) qu'est ainsi confiée début 1951 la conception d'un nouveau submersible baptisé FNRS-3. Le professeur Piccard est nommé quant à lui conseiller technique, mais ne dirige plus le projet. Toutefois, les conditions de travail devenant de plus en plus difficiles entre la Marine nationale et lui, Auguste Piccard quitte finalement le projet dès 1952 et se rend en Italie pour concevoir son propre bathyscaphe. Pendant ce temps à Toulon, André Gempp a l'idée d’inventer un véritable petit sous-marin d’un type totalement nouveau, long d’environ 16 mètres. Il fait envelopper la sphère de l’ancien FNRS-2 dans une structure remorquable en mer, équipée d'ailerons stabilisateurs disposés de part et d'autre de celle-ci, dotée de réservoirs totalisant près de 80 mètres cubes d'essence, possédant sur le pont un kiosque (appelé « baignoire ») relié à la sphère par un puits d'accès appelé « sas ». Ce sas fait office également de ballast puisqu’il peut être rempli d’eau pour aider à la descente du bathyscaphe dans les profondeurs.
À l'été 1952, alors que les plans du FNRS-3 sont achevés par André Gempp, celui-ci est affecté à Saïgon pour l’entretien opérationnel de la flotte navale française d’Indochine. C'est à l'adjoint d'André Gempp, l'ingénieur du génie maritime Pierre Willm, qu'il revient donc de mener à son terme le projet du FNRS-3 dont la construction commence à peine et pour lequel il ne reste plus à finaliser que quelques détails techniques secondairesJean Jarry, op. cit. pp. 67-68.