Quand on jette une ancre à l’eau, elle coule et disparaît dans les flots… Pourtant les bateaux flottent et ne coulent pas. Comment expliquer ce phénomène ? Pourquoi des paquebots de plusieurs milliers de tonnes arpentent les eaux sans couler alors que d’autres objets jetés à l’eau ne flottent pas et coulent au fond de l’eau ? Voici quelques explications qui vous permettront de mieux comprendre ce phénomène.

Le principe de flottabilité

Vous avez peut-être déjà pris le temps d’observer les bateaux depuis le port… Un spectacle fascinant ! Des petits bateaux aux immenses navires de croisière, une question se pose… Comment ces navires des mers peuvent-ils bien flotter sur l’eau ? Pourquoi ne coulent-ils pas au fond de l’eau ?

Pour répondre à cette question, il faut faire appel à Archimède. Si ce nom vous dit quelque chose, cela est bien normal. Ce savant de l’Antiquité était une grande figure de la science grecque antique. En effet, Archimède est considéré comme le père de la mécanique statique. Il est à l’origine de très nombreuses découvertes en mathématiques et en physique. Il est également reconnu à travers le monde pour ses nombreuses inventions, très étonnantes mais surtout très ingénieuses.

Mais si Archimède est si connu, c’est également pour le célèbre « principe d’Archimède », aussi nommé “principe de flottabilité” ou encore “principe sur les corps flottants”.

Mais que nous apprend ce principe de flottabilité ? Pour répondre à cela, il faut reprendre les termes du grand Archimède : “Tout corps partiellement ou totalement immergé dans un fluide subit de la part de celui-ci une poussée verticale, c’est-à-dire une force dirigée du bas vers le haut, et égale au poids du volume de fluide déplacé”. Ainsi, cette force qui permet aux bateaux et autres objets de flotter se nomme, la fameuse “Poussée d’Archimède”. La flottaison des bateaux est donc directement reliée à ce principe. C’est une force de l’eau qui pousse vers le haut et qui s’oppose à la gravité. Lorsque l’équilibre entre le poids du bateau et la poussée d’Archimède est bien atteint avant que ce dernier ne soit sous l’eau, le bateau flotte. Si le bateau peut flotter, c’est bien que la poussée d’Archimède que l’eau exerce sur lui est égale au poids de ce même navire. Cependant, et si au contraire l’équilibre n’est pas atteint, le bateau va couler.

Mais qu’est-ce qui détermine ce rapport de force et le fait qu’un bateau flotte ou coule ? La densité ! La densité est le rapport entre une masse et un volume. La densité s’exprime en kg/m3. Pour comprendre comment un bateau peut flotter, il faut savoir que la densité de l’eau équivaut à 1000 kg/m3. La densité de l’acier qui compose les gros navires vaut environ 8000 kg/m3. Enfin, la densité de l’air vaut 1 kg/m3… Or, un navire même composé d’acier contient beaucoup d’air ! Résultat, sa densité moyenne est plus faible que celle de l’eau, voilà pourquoi il flotte et ne coule pas !

Mais un bateau ne flotte pas toujours de la même façon. Le volume de l’objet, c’est-à-dire la place qu’il occupe, entre aussi en compte. Plus le bateau est “étalé” en longueur sur l’eau, plus il peut flotter. Pourquoi ? Car la poussée d’Archimède a moins de points d’impact et devient ainsi moins forte. Voilà pourquoi les bateaux ont des formes si particulières. En effet, si tout l’acier d’un bateau était concentré en une boule compacte, il coulerait immédiatement ! Cependant, si cette masse est bien répartie sur une grande surface et que la construction permet de contenir beaucoup d’air, alors même avec un poids de plusieurs milliers de tonnes, le bateau peut flotter !

En effet, lorsqu’un bateau n’est pas chargé, il s’enfonce très peu dans l’eau. Au contraire, lorsque son poids augmente, il s’enfonce de plus en plus dans l’eau. La partie immergée du bateau devient alors de plus en plus grande. La poussée d’Archimède augmente donc et reste toujours égale au poids du bateau. Enfin, il faut savoir que pour assurer l’équilibre vertical, les différents étages doivent être plus ou moins “légers”. C’est le fond de cale qui est lesté, cela dans le but d’abaisser le centre de gravité du navire.

Pourquoi un bateau coule ?

Le 15 avril 1912, alors qu’il fait route vers l’Amérique, le Titanic rencontre un iceberg au large de Terre-Neuve et le heurte. Quelques heures plus tard, vers 2h00 du matin, le bateau s’enfonce complètement dans les eaux. Cet horrible événement coûtera la vie à plus de 1 500 personnes. Mais comment une telle construction a-t-elle pu couler ? Tout simplement car de l’eau y a pénétré. Lorsqu’un bateau coule, c’est souvent car il a malheureusement subi des dommages. Lorsque la coque est percée, l’eau s’infiltre. Cette eau prend alors la place de l’air et cela accroît la densité moyenne du bateau… Résultat, la densité devient alors supérieure à celle de l’eau. Lorsque le Titanic a percuté un iceberg, l’eau s’est infiltrée dans le navire tandis que l’air a peu à peu quitté le navire. Et ce dernier a fini par sombrer…

Le cas des sous-marins

Vous savez désormais pourquoi les bateaux flottent… Mais comment expliquer que les sous-marins puissent s’enfoncer dans l’eau et remonter à la surface comme ils le désirent ?

En effet, les sous-marins peuvent alterner entre différentes phases. La phase d’immersion correspond à la phase où le sous-marin va descendre vers le fond des mers. L’émersion correspond à la phase où le sous-marin remonte vers la surface de la mer. Cependant, comme vous le savez, les sous-marins sont, comme les bateaux, soumis au principe d’Archimède… Alors comment peuvent-ils plonger puis remonter ? L’explication est très simple, les sous-marins peuvent contrôler leur densité ! Comment est-ce possible ? Grâce aux ballasts. En effet, il faut savoir que les sous-marins ne modifient pas leur orientation pour monter ou descendre en utilisant des hélices… Ils se servent des ballasts, des compartiments qui peuvent se remplir d’eau… Ou d’air ! Ainsi, quand le sous-marin veut plonger, il remplit ses ballasts. Au contraire, quand ce dernier veut remonter à la surface, les ballasts sont remplis d’air comprimé pour chasser l’eau. Enfin, quand le dosage « air et eau » est juste, c’est-à-dire lorsqu’on égalise les deux forces, le sous-marin se stabilise et reste immobile verticalement. Il flotte alors entre deux eaux.

Vous savez désormais tout ce qu’il faut savoir sur le principe d’Archimède. Ainsi, lorsqu’un objet est plongé dans l’eau, il est soumis à deux forces, tout d’abord son propre poids qui l’entraine vers le bas, mais également une force opposée et dirigée vers le haut qui l’empêche de couler. C’est ce qu’on appelle la poussée d’Archimède. Lorsque le poids est plus petit que la poussée, l’objet flotte. Le cas contraire, l’objet coule !

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