droite|vignette|250x250px|Le récepteur sur le navire reçoit des signaux sous-marins d'une bouée, d'une station côtière, ou d'un bateau-phare (Submarine Signal Company). vignette|Action de la Submarine Signal Company, émise le 3 février 1921 Au début du , la signalisation sous-marine a une signification précise, voire exclusive. Elle désigne un système d'aide à la navigation développé, breveté et produit par la de Boston. Cette société fabrique des appareils de signaux acoustiques, d'abord des cloches et des récepteurs, puis des transducteurs. Ces signaux sont fixes, associés à des feux et autres aides fixes, ou installés à bord des navires pour signaler les dangers fixes ou pour la signalisation entre navires. En Allemagne, la société Norddeutsche Maschinen und Armaturenfabrik, future ATLAS-Werke, fabrique également cet équipement sous licence, principalement pour le marché européen.
L'apport d'un appareil de signalisation sous-marine dans le domaine de la sécurité maritime est tel que les compagnies maritimes commerciales mettent en avant la présence de cet équipement sur leurs navires. De leur côté, les assureurs maritimes demandent à savoir quels navires en sont équipés, afin d'ajuster les risques et les primes d'assurance des navires et des cargaisons. Dans cette optique, vers 1907, les organismes de classification (L'American Bureau of Shipping, la Lloyd's) incluent leur présence dans les informations d'immatriculation, par la mention « Sub.Sig. » (Submarine signalisation).
La signalisation sous-marine est supplantée par les progrès réalisés pendant la Seconde Guerre mondiale.
Les enjeux
Les risques maritimes majeurs A la fin du , la navigation maritime par temps de brouillard, par temps bouché, ou lors de tempêtes de neige, est un problème majeur. Les navires sont contraints d'attendre sa dispersion pour rentrer dans les ports, les échouages, et les collisions sont régulières. En 1905, navires sont perdus.
Les signaux de brume, cornes et sifflets, transmis par voie aérienne, sont peu fiables et irréguliers. Les entendre signifie la présence d'un obstacle (côte, haut-fond, iceberg, un autre navire, ...), mais il est difficile de le localiser avec précision. Pour un navire, émettre trop de signaux sonores, c'est risquer de ne pas entendre ceux provenant de dangers, ne pas en émettre suffisamment peut revenir à mal se signaler.
Les objectifs Les problèmes à résoudre sont de trois ordres. D'abord, créer un système qui signale la côte ou les dangers isolés, même dans le brouillard. Ensuite, créer un système capable de déterminer le gisement et la trajectoire d'un obstacle mobile, afin d'anticiper les manoeuvres nécessaires à l'évitement. Enfin, élaborer un système de communication d'un navire avec un autre navire ou avec la côte.
Recherches préliminaires Colladon et Sturm (1826) En 1826, Jean-Daniel Colladon et Jacques Charles François Sturm utilisent une cloche immergée pour des expériences sur le lac Léman. Ils démontrent que les vibrations acoustiques sont transmises avec une vitesse quadruple dans l'eau par rapport à l'air ( contre ). Ils perçoivent aussi des sons jusqu'à de distance. Contrairement au son d'une cloche frappée dans l'air, une cloche frappée sous l'eau émet un son net et bref. Le son sous-marin est plus fiable que le son aérien pour projeter des signaux acoustiques. Leurs travaux sont décrits dans des revues scientifiques, mais ils tombent dans l'oubli durant soixante ans.
Blake (1883) En 1883, Lucien I. Blake, en collaboration avec le Service des phares des États-Unis, mène des travaux similaires, utilisant une cloche immergée dans le but explicite d'utiliser le son comme aide à la navigation. Il poursuit ses expérimentations en 1894 à Portsmouth, dans le New Hampshire.
Commandant Banaré (1888) Pour son "hydrophone", le français Banaré égalise la pression des deux bords de la membrane vibrante, pour lui garder toute son élasticité. Il l'expérimente à Paris, puis à Brest, sur le Borda. Des essais comparatifs prouvent que les cloches donnent de meilleurs résultats que les sifflets et les trompettes. Banaré émet l'hypothèse que l'intensité dans l'audition varie avec le gisement. Ses travaux sont mis de côté.
Kühl (1889) En 1889, de ses essais, le procédé du danois Kühl permet de déterminer le gisement d'une source. Aucune suite n'est donnée.
Capitaine Neale (1892) L'appareil d'émission / réception, breveté en 1892, du capitaine britannique Melville Thomson Neale permet de connaître le gisement du transmetteur. Il en fait une démonstration devant les Allemands sur le lac de Wann en 1898, mais l'efficacité n'excéde pas quelques centaines de mètres.
Autres travaux Des expériences canadiennes démontrent la faisabilité de la détermination de la direction par comparaison de la réception par deux récepteurs montés de chaque côté de la proue d'un navire.
Des expériences sont ensuite menées indépendamment au Royaume-Uni et aux États-Unis.
A.J. Mundy A.J. Mundy avait collaboré avec le Dr Elisha Gray sur la signalisation par cloches sous-marines (incluant l'envoi de messages). Il constate l'égalité de réception des sons par un microphone placé contre la paroi d'un chaudron rempli d'eau, qu'il soit à l'extérieur ou à l'intérieur. Le système peut donc être installé à l'intérieur du navire, et non plus à son extérieur. Ses tests sur une coque entière ne sont pas satisfaisants.
Evolution des éléments techniques L'amélioration des cloches Des expériences permettent de déterminer les modifications à apporter aux cloches utilisées dans l'air afin de les optimiser pour une utilisation sous-marine. Les notes hautes et claires sont les plus faciles à différencier des bruits étrangers. Les harmonies des cloches d'église sont néfastes dans l'eau. La forme des cloches évolue et leurs lèvres sont épaissies. La composition du bronze de la cloche s'écarte de l'alliage classique ( d'étain fin pour de cuivre rouge). Des systèmes de sonnerie électrique permettent de relier les cloches à des aides de surface.
Les récepteurs
Mise au point Les études ultérieures américaines débouchent sur le "réservoir microphonique" de Kühl. Le microphone est placé dans un boîtier métallique rempli d'eau, hermétiquement clos et fixé à la paroi interne de la coque du navire, avec l'interposition d'une garniture élastique. Cette garniture intercepte les bruits parasites, qui trouvent dans la structure du navire une meilleure conductibilité que l'eau du réservoir. Ce réservoir, qui agit comme résonnateur, est de la taille d'un seau, au fond bombé. Le liquide du réservoir doit être de forte densité pour mieux capter les vibrations hautes.
Le dispositif de réception évolue, passant d'un simple récepteur placé sous la coque à deux hydrophones logés dans des caissons marins remplis d'eau, placés de chaque côté du navire, permettant ainsi de déterminer la provenance du signal. Une intensité plus élevée d'un côté indique que la source se situe de ce côté du navire, tandis qu'une intensité égale indique que la source se trouve directement dans l'axe du navire. Un boîtier indicateur de direction permet la sélection individuelle des récepteurs afin de comparer leur puissance de signal et ainsi déterminer la direction. En 1915, la précision dans l'évaluation de la direction de la source sonore est inférieure à deux degrés.
Leur placement dans le navire Pour obtenir une réception claire, les chercheurs définissent quatre critères principaux :
Ils doivent être éloignés des sources principales de bruit du navire : l'étrave et les hélices. Ils doivent éviter de varier avec le tangage et le roulis du navire, donc être à grande immersion. Leur éloignement de la quille doit être suffisant pour permettre une réception différente L'axe des récepteurs doit rester proche de la verticale, pour éviter la réflexion des ondes reçues sur la coque.
Les émetteurs Le modèle adopté de la cloche pèse et sa lèvre mesure 4 cm. Sa résonance est très réduite, pour permettre des ondes puissantes nettement séparées. À l'origine, les cloches sont actionnées par des marteaux électriques.
Sur les bateaux-phares, la cloche est suspendue et immergée à une profondeur entre 6 et 8 mètres. Le piston d'un cylindre mû, de préférence à la vapeur, par de l'air comprimé, actionne le battant. La puissance dynamique à fournir étant minime, l'énergie nécessaire ne pose aucun problème.
À terre, la cloche est suspendue à un trépied sur le fond marin, et reliée à une par un câble.
La bouée Willson Cette bouée lumineuse émet à la fois des signaux sous-marins et aériens. Sa lumière est comparable à celle des bateaux-phares. Elle a environ six mois d'autonomie. Le Département de la marine et des pêcheries du Canada la rend réglementaire.
Signalisation entre navires Un système similaire de cloches sous-marines installées sur les navires permet la signalisation entre navires afin d'éviter les collisions par temps de brouillard.
Brevets droite|vignette|202x202px|Dispositif de bouée de signalisation sous-marine à fixer aux bouées cloches. La Submarine Signal Company est la première entreprise à s'intéresser à l'acoustique sous-marine. Fondée à Boston, dans le Massachusetts, elle transforme les recherches en une aide acoustique à la navigation. Elle devient rapidement l'expert national en matière de son sous-marin. L'entreprise développe, brevète et fabrique des signaux de cloche électromécaniques et des récepteurs embarqués.
On lui doit le premier système de navigation acoustique sous-marine électronique au monde en 1901.
Son récepteur acoustique (Brevet n°162600 en en Allemagne) permet d'éviter de toucher à la coque ou à la structure du navire, il est protégé des avaries, de maintenance aisée et d'apprentissage simple.
En , la Submarine Signal Company brevète un émetteur acoustique destiné aux navires.
En 1907, la société fabrique le dispositif et recueille des données auprès des compagnies maritimes et des navires eux-mêmes sur le fonctionnement des signaux, notamment les distances auxquelles les signaux de stations spécifiques sont détectés. Ces données constituent une première base de connaissances sur les propriétés acoustiques des océans.
L'exclusivité des brevets de la Submarine Signal Company pour la France est acquise en 1928 par Schneider et Cie, puis en 1938, par la société Le Matériel électrique Schneider-Westinghouse.
Commercialisation
Les compagnies maritimes La compagnie maritime allemande Norddeutscher Lloyd, prend rapidement conscience du potentiel du système. La société allemande Norddeutsche Maschinen und Armaturenfabrik (1902) fabrique le système sous licence de la Submarine Signal Company. et devient une pionnière dans sa mise en œuvre, tant dans les stations de signalisation que comme récepteurs embarqués. Les paquebots Kaiser Wilhelm II, Kronprinz Wilhelm et Kaiser Wilhelm der Grosse de la Norddeutscher Lloyd utilisent le système avec succès. Ainsi, le Kaiser Wilhelm II peut, tandis que les navires non équipés du système restent bloqués par le brouillard à l'embouchure de la Weser, entrer dans le port de Brème vingt-deux heures avant que le brouillard ne se dissipe. En utilisant les signaux sous-marins du bateau-phare d'entrée, le navire a pu pénétrer dans le port dégagé de brouillard pour débarquer passagers et marchandises. Après des tests navire-navire par la Norddeutscher Lloyd, elle annonce l'achat de cloches pour le port de Brême.
Le paquebot Lucania de la Cunard Line est équipé du premier dispositif de signalisation sous-marine entre navires. Après cette expérience positive, la Cunard Line annonce en 1905 que toute sa flotte en sera dotée. Les bateaux-phares Tongue et Royal Sovereign de la compagnie Zeeland. Les principales compagnies maritimes équipent leurs navires de cet appareil. Ainsi, la Compagnie Générale Transatlantique équipe les paquebots La Savoie, La Lorraine et La Provence en 1905 et 1906.
Les institutions
Aux États-Unis et au Canada