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Comment font les milliers de tonnes de métal d’un bateau pour flotter ?

 
Comment font les milliers de tonnes de métal d’un bateau pour flotter ?

Alors que l’humain et ses 70 kilos de moyenne se battent pour rester au dessus de l’eau, il peut voir passer à côté de lui des monstres de métal qui flottent tranquillement. Comble de bizarrerie, si une petite pièce en tombe, elle coule sans demander son reste. Mais comment font-ils ?

 
 

Le premier a avoir eu une idée de ce qui se passait fut Archimède. La légende veut qu’en rentrant dans son bain il remarqua que le niveau de l’eau montait (jusqu’ici rien d’anormal). En grand scientifique il décida de comprendre ce phénomène et se rendit compte que le volume d’eau déplacé était égal au volume de la partie immergée de son corps. En d’autres termes si vous mettez un objet de 1 mètre cube dans l’eau il va prendre la place de 1 mètre cube d’eau. Le volume total augmente et dans la baignoire l’eau monte.

Mais il a aussi eu une autre idée révolutionnaire. Non content de calculer son volume il va aussi calculer son poids et introduire le concept de densité. C’est le rapport entre le poids de l’objet et son volume. Il est différent pour chaque matière. Si vous voulez un kilo de plumes vous allez avoir besoin d’un très gros sac (pour un gros volume), par contre un kilo de plomb tient facilement dans la main. La densité étant le poids divisé par le volume, pour un même poids, plus le volume est grand, plus la densité sera faible. Pour l’eau on dira que 1 kilo d’eau correspond à un litre.

Alors que faut-il pour qu’un objet flotte ? La condition indispensable est que la densité de l’objet que l’on veut faire flotter soit inférieure à la densité de l’eau. Autrement dit un kilo de matière avec laquelle il est fait doit avoir un volume de plus d’un litre. C’est ce qu’on appelle la poussée d’Archimède. La force exercée par l’eau va « pousser » un objet moins dense à sa surface. Dans le cas contraire l’objet plus dense va couler car la poussée d’Archimède ne sera pas assez forte.

Tout ça ne règle pas notre problème de bateau. En jetant un objet métallique dans l’eau (une pièce de monnaie par exemple) on constate qu’il coule. La densité des métaux est donc plus élevée que celle de l’eau. Mais un bateau n’est pas qu’un block de métal il est aussi plein d’air ! En effet la partie du bateau qui est dans l’eau représente un gros volume qui au final est plus composé d’air que de métal. Donc si on calcule la densité totale du bateau elle devient faible par rapport à celle de l’eau, la densité de l’air étant inférieure à celle de l’eau. On peut comparer cela à un verre. Si vous mettez un morceau de verre dans l’eau il coule. Mais un verre vide va, lui, flotter puisqu’il est composé essentiellement d’air à l’intérieur. L’objectif d’un ingénieur est donc de construire un bateau, dont la densité totale cumulée entre le métal et l’air, sera inférieure à 1 kilogramme par litre.

Voilà pourquoi il est recommandé de partir en mer avec un bateau qui n’est pas troué. Si l’eau s’engouffre, le bateau perd l’air qui le maintenait à flot. Alors composé d’eau et de métal le navire devient plus dense que l’eau de mer et à ce moment-là, c’est sauve qui peut pour les passagers.

Wilfried Rochard
30/01/2006

 


Pour aller plus loin ...
 

> La poussée d’Archimède (e-scio.net).

> La densité sur wikipedia.


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