Le Chant du loup raconte une mission très dangereuse menée par l'équipage d'un sous-marin nucléaire français. Un film d'action contemporain, qui est le premier film d'Antonin Baudry : ancien diplomate, il avait montré avec humour et précision le quotidien du ministère des Affaires étrangères sous Villepin dans la BD Quai d'Orsay dont il était scénariste. Baudry a enfermé la fine fleur des acteurs français - Omar Sy, Reda Kateb, François Civil, Mathieu Kassovitz - dans la coque d'un submersible. Un film en forme de pari un peu fou, qui n'aurait évidemment pas pu être possible sans la collaboration de l'armée française.
Une collaboration sur laquelle le réalisateur reste un peu discret : « Tu as besoin d'un décor, tu demandes à l'armée, et ils voient ce qu'ils peuvent faire. J'ai noué des contacts et des amitiés avec des sous-mariniers, ça a aidé. » La faute au secret défense ? Un peu. « Ce qui était important pour eux, c'était qu'on ne révèle pas de secrets qui les mettent en danger. Pas de souci de mon côté, car ce sont surtout des choses qui n'ont pas beaucoup d'intérêt cinématographique », continue le réalisateur. Si les habitacles des deux sous-marins figurés dans Le Chant du loup ont évidemment été reconstitués en studio, à taille réelle et sans trahir de secrets militaires, le film a pu être tourné dans de vrais décors militaires : celui d'une base d'essais de lancements de missiles dans l'Ile du Levant, mais aussi les bases militaires de Toulon et de Brest.
Le film a également pu compter sur le soutien logistique de l'armée pour l'entraînement des acteurs, qui ont pu passer au moins 24 heures dans un véritable sous-marin (chacun de son côté pour d'évidentes questions de planning), afin de s'immerger dans le monde des sous-mariniers. « J'ai passé 36 heures dans un sous-marin avec l'équipage, raconte Mathieu Kassovitz. C'était important de passer du temps sur place pour comprendre comment le système fonctionnait. » L'armée a également contribué au film en fournissant des figurants :
Mathieu Kassovitz a pu également échanger avec un haut gradé de la Marine pour préparer le tournage : « J'ai rencontré l'amiral qui fait exactement le travail que je fais dans le film. On a déjeuné avec lui afin qu'il nous explique en quoi consiste son travail, sa relation avec les hommes, ce qu'il ferait dans une situation comme celle du film. Il avait lu le scénario, il savait ce qu'on faisait et il a trouvé ça crédible. Il parlait de la façon dont lui et ses hommes réagiraient, les protocoles à mettre en place. »
Baudry a également eu l'occasion d'étudier l'un des métiers les plus mystérieux du monde des sous-mariniers, celui des « Oreilles d'or ». Chanteraide, le personnage de François Civil, occupe le poste d'Oreille d'or dans un sous-marin : grâce à sa sensibilité auditive, il écoute le son des océans pour savoir si un bruit est celui d'un submersible ennemi à l'affût ou d'un dauphin. « Il y a en France une poignée d’Oreilles d’or, et une école pour les former, dont le nom est magique : le Centre d’Interprétation et de Reconnaissance Acoustique (CIRA). C’est une école très peu connue, dont toutes les activités sont top secrètes », indique Baudry, qui a tout de même pu s'inspirer de leur entraînement pour écrire son script. « Les Oreilles d’or doivent pouvoir échanger entre eux sur les sons qu’ils entendent. C’est pourquoi ils développent un langage, des mots pour qualifier chaque son. Ils appellent cela des « critères psycho-acoustiques », mais en réalité c’est vraiment un langage : un son en « froissement d’étoffe », type « galop de cheval », une « cavitation sèche », un « bruit mouillé avec impression de masse », etc. Quand j’ai découvert cela, ça m’a beaucoup plu. Il y a une dimension poétique forte dans l’univers du sous-marin. » Le langage de Chanteraide dans le film est donc inspiré de la réalité militaire.