Avez-vous déjà vu un de ces navires de croisière géants ? Ou un cargo empilé de conteneurs ? Ou peut-être même un porte-avions couvert d’avions à réaction ? Comment ces énormes navires peuvent-ils flotter sur l’eau ? L’eau est beaucoup moins dense que l’acier dont sont faits ces navires. Alors pourquoi ces navires ne coulent-ils pas au fond du port ?
Qu’est-ce que la flottabilité ?
On peut remercier Archimède d’avoir été le premier à expliquer le principe de cette énigme. Archimède était un scientifique grec né en 287 avant Jésus-Christ. Ce principe est connu sous le nom de flottabilité ou principe d’Archimède.
Le principe d’Archimède stipule que la force exercée sur un objet dans un fluide est égale au poids du fluide déplacé (déplacé hors du chemin) par l’objet. Cette force est appelée force de flottaison. La force de flottaison pousse l’objet vers le haut. La gravité exerce une force vers le bas sur l’objet (son poids), qui est déterminée par la masse de l’objet. Ainsi, si la force exercée vers le bas sur l’objet par la gravité est inférieure à la force de flottaison, l’objet flottera.
Vous le saviez ?
Archimède aurait couru nu dans les rues en criant « Eureka ! ». (« Je l’ai ! » en grec) après avoir réalisé que la quantité d’eau déplacée de son bain était égale au poids de son corps.
Comment la flottabilité est-elle liée à la densité ?
Si un bloc de bois mesurant un centimètre cube (1 cm x 1 cm x 1 cm) est placé dans un récipient d’eau, la quantité d’eau déplacée sera égale au poids du bloc de bois. Mais qu’en est-il si un bloc de la même taille est fait de plomb ? Le plomb a une densité beaucoup plus élevée que le bois. Si un bloc de plomb d’un centimètre cube est placé dans un récipient d’eau, la quantité d’eau déplacée sera égale au poids du bloc de plomb.
Dans le cas du bois, le poids de l’eau déplacée est faible. La force de flottaison est plus grande que la force gravitationnelle, donc le bois flotte. Le plomb est plus dense que le bois. Cela signifie qu’il contient plus de masse dans le même volume. La quantité d’eau déplacée par le plomb est donc plus importante que celle déplacée par le bois. La force gravitationnelle sur le plomb dépasse la force de flottaison, donc le plomb coule.
Comment la flottaison et la densité s’appliquent-elles aux navires ?
Comment ce principe peut-il s’appliquer aux navires ? Les navires sont d’énormes vaisseaux en acier. Un navire peut avoir une masse de centaines de milliers de tonnes. L’acier est beaucoup plus dense que l’eau, on pourrait donc penser que les navires massifs en acier couleraient, non ? Eh bien, détrompez-vous ! Ce qui aide à maintenir les navires à flot, c’est leur forme et ce qu’ils contiennent. Les navires ne sont pas de solides pièces d’acier. Ce sont plutôt des coquilles d’acier creuses. Il y a toutes sortes de composants à l’intérieur du navire. Par exemple, le moteur du navire, le carburant et la cargaison peuvent se trouver à l’intérieur. Mais le plus important, c’est qu’il y a de l’air à l’intérieur d’un navire !
Le saviez-vous ?
Le navire le plus lourd du monde est le Pioneering Spirit. Il déplace environ 900 000 tonnes métriques d’eau. C’est l’équivalent d’environ 300 000 éléphants!
L’air qui est à l’intérieur d’un navire est beaucoup moins dense que l’eau. C’est ce qui lui permet de flotter ! La densité moyenne du volume total du navire et de tout ce qu’il contient (y compris l’air) doit être inférieure au même volume d’eau. Lorsqu’un navire est posé dans l’eau, il pousse vers le bas et déplace une quantité d’eau égale à son poids. Plus la densité totale du navire est proche de la densité du même volume d’eau, plus la quantité de navire qui sera dans l’eau sera importante. Si la densité moyenne du navire est toujours plus grande que la densité de l’eau, alors le navire coulera sous la surface de l’eau.
Lorsqu’un navire coule, c’est parce que de l’eau entre dans le navire. Celle-ci chasse l’air, rendant la densité moyenne du navire supérieure à celle de l’eau. L’une des catastrophes les plus célèbres est le naufrage du RMS Titanic. Le navire a heurté un iceberg au large de la côte sud de Terre-Neuve en avril 1912. L’iceberg a déchiré plusieurs petits trous dans la coque du navire, laissant l’eau pénétrer dans la proue. Plus l’eau pénétrait dans le navire, plus l’air était chassé. Cela a provoqué le naufrage du navire au fond de l’océan.
Comme tous les autres navires qui ont coulé, le Titanic a fini par aller au fond de l’océan à cause (d’un manque) de flottabilité!
Le saviez-vous ?
Après avoir heurté l’iceberg, le Titanic a coulé en 160 minutes. C’est seulement 2 heures et 40 minutes!