Poussée d’Archimède : pourquoi un bateau en acier peut flotter
Un petit morceau d’acier coule généralement dans l’eau, tandis qu’un grand bateau en acier peut flotter. Le paradoxe disparaît lorsque l’on considère le volume d’eau déplacé et la masse totale du bateau.
Une force exercée par le fluide
La pression dans un liquide au repos augmente avec la profondeur. Les forces exercées sur un objet immergé ont une résultante dirigée vers le haut : la poussée d’Archimède. Elle est égale au poids du fluide déplacé.
Pour un liquide de masse volumique uniforme, on écrit Fₐ = ρ × g × V. Ici, ρ est la masse volumique du liquide, g l’accélération de la pesanteur et V le volume immergé.
Flotter signifie équilibrer les forces
Un objet flottant au repos déplace assez d’eau pour que la poussée compense son poids. Le volume pertinent est donc celui de sa partie immergée. Si l’objet ne peut pas déplacer assez d’eau avant d’être totalement immergé, il ne flotte pas dans ces conditions.
Le rôle de la coque
Une coque creuse contient beaucoup d’air. L’ensemble « structure + air + chargement » peut avoir une masse volumique moyenne inférieure à celle de l’eau, même si l’acier lui-même est plus dense. La forme permet ainsi de déplacer un grand volume avec une masse compatible avec la flottabilité.
Un calcul simple
Dans de l’eau douce de masse volumique approximative 1 000 kg/m³, un ensemble flottant de 10 kg doit déplacer environ 0,010 m³, soit 10 litres. Ajouter une charge nécessite de déplacer davantage d’eau : l’objet s’enfonce plus profondément.
Pourquoi une voie d’eau pose problème
Si l’eau entre dans la coque, la masse augmente et l’espace contenant de l’air diminue. Les conditions de flottabilité peuvent alors se dégrader. La stabilité dépend aussi de la répartition des masses et de la géométrie, au-delà du seul équilibre vertical.
Mini-quiz
Un bateau flotte-t-il parce que l’acier devient moins dense ? Non. C’est l’ensemble creux qui déplace suffisamment d’eau pour équilibrer son poids.
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