Tag Archives: centre gravité

Archimède, poussée, flotter ou couler.

La Poussée d’Archimède, pas aussi simple qu’on ne le croit.

La poussée d’Archimède a déjà fait l’objet d’un article dans le blog, un article que je vous invite à relire ou peut-être à découvrir si ce n’est déjà fait.

Mais si l’article existe déjà, pourquoi donc en refaire un autre ? Tout simplement parce que les raisons qui permettent à un nageur ou un plongeur de flotter ou de couler ne sont pas si faciles que ça à comprendre malgré ce qu’en disent la littérature ou les explications basiques les plus répandues.

Ah bon ?, y aurait-il plusieurs poussées d’Archimède ? Non, bien évidemment non, mais ce qui fait toute la différence (et qui n’est quasiment jamais noté ou mis en avant), c’est que le théorème d’Archimède ne fonctionne que dans un état de statique, c’est à dire quand aucune modification de position, de déplacement ou de volume n’intervient. Nous allons donc étudier ces différents paramètres.

Le poids apparent est la différence qui existe entre le poids P de l’objet et la force d’Archimède Fa. Si Fa est plus grand que P, l’objet flotte en surface.

Le théorème de base

Rappelons ce que dit notre fameux théorème. Tout corps plongé dans un fluide subit de la part de ce fluide une force verticale, dirigée vers le haut, équivalente au poids du liquide déplacé par le volume immergé..

Jusque là rien de bien sorcier. Mais ce qui coince c’est quand on commence à se poser quelques petites questions saugrenues. Par exemple, « comment se fait-il qu’on flotte mieux à l’horizontale qu’à la verticale ? » ou bien: « pourquoi certaines personnes n’arrivent pas à faire la planche ? ». Pour répondre simplement, il faut revenir à quelques bases de physique, voyons ça.

Densité et flottabilité

La densité.

Si on s’en tient à la simple définition d’un dictionnaire, la densité est le rapport de masse entre un volume de liquide ou de solide et le même volume d’eau à une température de 4°. Pour les gaz c’est un peu différent mais ici cela ne nous intéresse pas.

Prenons l’exemple d’un mètre cube d’acier, il possède une masse de 7850 kg, le même volume d’eau douce a une masse de 1000 kg, le rapport donne 7850/1000 = 7.85. On va dire que l’acier est 7.85 fois plus dense que l’eau douce.

Un corps humain à une densité de 1.025 en moyenne ce qui explique qu’étant plus dense que l’eau il coule. Pourtant les gens font la planche et ne coulent pas ? C’est vrai, que se passe-t-il donc ?

Pour flotter il faut faire baisser sa densité, le corps humain possède deux poumons qui se comportent comme des ballons gonflés d’air. L’air étant mille fois moins dense que l’eau, plus les poumons sont gonflés, plus le volume occupé s’agrandit et plus la densité apparente du corps diminue. Au bilan on flotte. C’est d’autant plus vrai que l’eau est dense car chargée en sel dilués comme c’est le cas en eau de mer.

Certaines personnes n’arrivent pourtant pas à faire la planche. Il faut donc chercher autre chose.

Le centre de gravité.

Pour qu’un corps soumis à l’action de deux forces soit en équilibre, il est impératif que les droites d’action de ces deux forces soient parfaitement alignées. Sinon il se produit un phénomène de rotation qui va mettre en place cet alignement. Le poids du corps humain produit une force verticale, dirigée vers le bas, accrochée au centre de gravité du corps quelque part du côté du nombril. La masse d’eau déplacée produit une force d’Archimède au centre de masse du liquide déplacé. Tant que le centre de gravité et le centre de masse ne seront pas alignés, le corps va pivoter dans l’eau, du moins tant que des mouvements des mains ou des pieds ne viennent l’en empêcher.

Chaque personne est un cas à part et même si en moyenne nous avons tous une densité corporelle de l’ordre de 1,025 l’équilibre dans l’eau dépend donc de la répartition des masses. Nous avons tous une forme plus ou moins différente de celles des autres. On peut très bien avoir par exemple des os plus épais et donc une masse plus lourde, notamment au niveau des jambes. Les jambes auront donc naturellement tendance à couler pour venir se mettre à la verticale sous le corps. La seule façon de contrecarrer ce mouvement est de raidir les muscles et de déplacer le volume d’air des poumons en gonflant leur partie basse qui est la plus volumineuse. On appelle ça avoir une respiration ventrale.

C’est bien beau mais si on se met à la verticale on coule très facilement, pourtant on est bien immergé non ? Hé oui, mais je n’ai pas tout dit, voyons ça.

Les variations de volumes.

Lorsque le corps est en position verticale, il se produit un phénomène assez simple à expliquer. L’eau qui entoure le corps exerce sur lui une multitude de petites forces perpendiculairement à la peau (pour simplifier). Ces forces de pression dépendent de la profondeur. Plus le corps est loin de la surface, plus la pression est importante et même si on ne peut s’en rendre compte, cette pression tend à faire diminuer le volume du corps humain. Le volume diminuant, la poussée d’Archimède diminue alors que la densité du corps augmente. C’est tellement vrai qu’en apnée, à 10 mètres de profondeur le volume des poumons est réduit de moitié. Cette pression s’exerce aussi sur les bulles d’air des combinaisons en néoprène qui perdent elles aussi du volume.

En position verticale, surtout si c’est tête en bas, la pression de l’eau va donc faire diminuer le volume global du corps et le faire couler de plus en plus facilement.

Pour rester en surface en position verticale la seule solution consiste à gonfler les poumons mais aussi à faire avec les mains ou les pieds quelques mouvements dont la pression sur l’eau crée une force qui s’ajoute à la poussée d’Archimède. C’est une technique assez facile à apprendre et le fait qu’une personne n’y arrive pas du premier coup ne veut pas dire qu’elle en est incapable, il suffit juste de trouver les mouvements qui vont bien.

Conclusion.

Retenons simplement que la poussée d’Archimède se définit dans le cas d’un corps non déformable et dans une position statique.

Les humains ont en moyenne une densité supérieure à celle de l’eau ce qui les empêche de flotter. Pour réussir à flotter en surface il faut apprendre à utiliser sa respiration ventrale et s’aider de petits mouvements des mains en particulier.

Voila, je voulais faire cette petite mise au point qui vient compléter mon précédent article. Y inclure toutes ces précisions l’aurait trop alourdi et mon but n’est pas de vous faire peur avec des textes trop volumineux ou trop compliqués.

Pour ne pas rater la suite

Pour ne pas rater la suite de mes prochains articles, le plus simple est de vous abonner, une simple adresse mail suffit.

N’hésitez pas à faire la publicité de mon blog, plus vous serez nombreux et nombreuses à le lire et plus vous lui donnerez de chances de durer quelques années de plus, alors je compte sur vous.

Dans le prochain article je vais vous présenter le troisième volet de ma série sur les perrés d’Arcachon. Cette partie abordera en particulier la faune qu’on peut y découvrir.

Je vous dis donc à très bientôt.