Nautilus est décrit par Verne comme « un chef-d’œuvre contenant des chefs-d’œuvre ». Il est conçu et commandé par le capitaine Nemo. L’électricité fournie par des batteries sodium/mercure (le sodium étant fourni par extraction de l’eau de mer) est la principale source d’énergie de l’engin pour la propulsion et les autres services. L’énergie nécessaire à l’extraction du sodium est fournie par le charbon extrait des fonds marins.
Nautilus est à double coque, et est en outre séparé en compartiments étanches. Sa vitesse maximale est de 43 nœuds (50 mph). Selon les propres mots du capitaine Nemo :
Voici, professeur Aronnax, les différentes dimensions de ce bateau qui vous transporte maintenant. C’est un très long cylindre aux extrémités coniques. Il prend sensiblement la forme d’un cigare, forme déjà adoptée à Londres pour plusieurs projets du même genre. La longueur de ce cylindre d’un bout à l’autre est exactement de soixante-dix mètres, et sa largeur maximale de faisceau est de huit mètres. Il n’est donc pas tout à fait construit sur le rapport de dix à un de vos steamers à grande vitesse ; mais ses lignes sont suffisamment longues, et leur effilement assez graduel, pour que l’eau déplacée glisse facilement et ne pose aucun obstacle aux mouvements du navire. Ces deux dimensions vous permettent d’obtenir, par un simple calcul, la surface et le volume du Nautilus. Sa surface totalise 1 011,45 mètres carrés, son volume 1 507,2 mètres cubes – ce qui revient à dire que lorsqu’il est complètement immergé, il déplace 1 500 mètres cubes d’eau, ou pèse 1 500 tonnes métriques.
Le Nautilus utilise des réservoirs inondables afin de régler sa flottabilité et ainsi contrôler sa profondeur. Les pompes qui évacuent l’eau de ces réservoirs sont si puissantes qu’elles produisent de grands jets d’eau lorsque le navire émerge rapidement de la surface de l’eau. Cela a conduit les premiers observateurs du Nautilus à penser que le navire était une espèce de mammifère marin, ou peut-être un monstre marin encore inconnu de la science. Pour s’immerger profondément en peu de temps, Nautilus utilise une technique appelée « hydroplanage », dans laquelle le navire plonge vers le bas à un angle prononcé.
Nautilus fait vivre un équipage qui ramasse de la nourriture dans la mer. Nautilus comprend une cuisine pour préparer ces aliments, qui inclut une machine qui fabrique de l’eau potable à partir de l’eau de mer par distillation. Le capitaine Nemo a donc conçu le Nautilus pour qu’il puisse rafraîchir son air en faisant surface et en échangeant l’air vicié contre de l’air frais, comme une baleine. Le Nautilus est capable d’effectuer de longs voyages sans avoir à se ravitailler en carburant ou à se réapprovisionner. Sa durée maximale de plongée est d’environ cinq jours.
Une grande partie du navire est décorée selon des normes de luxe inégalées pour un navire de mer de l’époque. Il s’agit notamment d’une bibliothèque contenant environ douze mille livres, avec des collections en boîte de précieux spécimens océaniques. La bibliothèque est également remplie de peintures et autres œuvres d’art coûteuses. Le Nautilus dispose également d’une somptueuse salle à manger et même d’un orgue que le capitaine Nemo utilise pour se divertir le soir. En comparaison, les quartiers personnels de Nemo sont très peu meublés, mais comportent des copies des instruments de la passerelle, afin que le capitaine puisse suivre le navire sans être présent sur la passerelle. Ces commodités ne sont toutefois accessibles qu’à Nemo, au professeur Aronnax et à ses compagnons.
Dès ses attaques sur les navires, utilisant une proue éperonnante pour perforer les vaisseaux cibles sous la ligne de flottaison, le monde pense qu’il s’agit d’un monstre marin, mais l’identifie plus tard comme un vaisseau sous-marin capable d’une grande puissance destructrice, après qu’Abraham Lincoln ait été attaqué et que Ned Land ait frappé la surface métallique du Nautilus avec son harpon.
Ses pièces sont construites sur commande par des entreprises dont le Creusot et Cail & Co. en France, Pen & Co. et Laird’s en Angleterre, Scott’s en Écosse, Krupp en Prusse, les ateliers Motala en Suède et Hart Bros. aux États-Unis. Ils sont ensuite assemblés par les hommes de Nemo sur une île déserte. Le Nautilus retourne sur cette île, où Nemo aidera plus tard les naufragés dans le roman L’île mystérieuse. Après la mort de Nemo à bord, l’île volcanique entre en éruption, ensevelissant le capitaine et le Nautilus pour l’éternité.
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