Pourquoi les navires flottent-ils?

As-tu déjà vu de près un de ces immenses navires de croisière? Ou un navire de charge rempli de conteneurs? Voire un porte-avions transportant des avions à réaction? Comment ces géants des mers peuvent-ils flotter alors que l’eau est beaucoup moins dense que l’acier entrant dans leur fabrication. Pourquoi ces navires ne coulent-ils pas? 

Qu’est-ce que la flottabilité? 

Nous devons une fière chandelle à Archimède, qui a été le premier à expliquer le principe de base de cette énigme. Ce savant grec né en l’an 287 avant Jésus-Christ a énoncé le principe de flottabilité, autrement dit le célèbre « principe d’Archimède  ».

Selon ce principe, tout objet plongé dans un fluide subit une force verticale, dirigée de bas en haut, qui est égale au poids du fluide déplacé (repoussé) par cet objet. On appelle « poussée » cette force verticale à laquelle est soumis un objet plongé dans un fluide. En revanche, la gravité exerce sur l’objet une force verticale, dirigée de haut en bas (son poids), qui est déterminée par sa masse. Par conséquent, si la force verticale vers le bas exercée par la gravité sur un objet est inférieure à la poussée, l’objet flottera.

Le savais-tu?

Selon la légende, après avoir compris que la quantité d’eau déplacée dans sa baignoire était égale au poids de son corps, Archimède aurait couru nu dans la rue en criant « Eurêka! » (terme grec qui signifie « J’ai trouvé »).

Quel est le lien entre la flottabilité et la densité? 

Si l’on place dans un contenant d’eau un morceau de bois d’un centimètre cube (1 cm x 1 cm x 1 cm), la quantité d’eau déplacée sera égale au poids du morceau de bois. Mais que se passera-t-il si l’on y place un morceau de plomb ayant les mêmes dimensions? La densité du plomb est beaucoup plus élevée que celle du bois. Le morceau de plomb d’un centimètre cube placé dans un contenant d’eau déplacera une quantité d’eau égale à son poids. 

Dans le cas du bois, le poids de l’eau déplacée est faible. Comme sa poussée est supérieure à sa force gravitationnelle, le bois flotte. Quant au plomb, comme il est plus dense que le bois, il représente une plus grande masse dans le même volume et par conséquent déplace davantage d’eau que le bois. Puisque sa force gravitationnelle est supérieure à sa poussée, le plomb coule au fond.

Comment la flottabilité et la densité s’appliquent-elles aux navires?

Comment ce principe peut-il s’appliquer aux navires – ces énormes bâtiments d’acier qui peuvent peser des centaines de milliers de tonnes. Comme l’acier est beaucoup plus dense que l’eau, il serait logique de penser que ces mastodontes vont couler, n’est-ce pas? Eh bien, détrompe-toi! Ce qui aide à maintenir les navires à flot, c’est leur forme et ce qui se trouve à l’intérieur. Les navires ne sont pas faits d’une pièce d’acier d’un seul tenant. En réalité, il s’agit en gros d’une coquille vide en acier à l’intérieur de laquelle on trouve toutes sortes de composants, par exemple le moteur, le carburant et la cargaison. Mais, surtout, il y a de l’air à l’intérieur d’un navire! 

Le savais-tu?

Le navire le plus lourd au monde, le Pioneering Spirit, déplace approximativement 900 000 tonnes métriques d’eau. C’est l’équivalent d’environ 300 000 éléphants!

L’air qui se trouve 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 qui se trouve à l’intérieur (y compris l’air) doit être inférieure à celle du même volume d’eau.  Un navire qui vogue sur l’eau déplace une quantité d’eau égale à son poids en la poussant vers le bas. Plus la densité totale du navire se rapproche de celle du même volume d’eau, plus grande sera la partie du navire immergée. Si sa densité moyenne en arrive à dépasser celle de l’eau, le navire s’enfoncera sous la surface.

Lorsqu’un navire coule, c’est parce que de l’eau y a pénétré. En prenant la place de l’air, l’eau accroît la densité moyenne du navire, qui devient ainsi supérieure à celle de l’eau. Le naufrage du RMS Titanic est l’une des catastrophes maritimes les plus connues. Ce navire a heurté un iceberg au large de la côte sud de Terre-Neuve en avril 1912. L’impact a ouvert plusieurs brèches dans la coque, laissant ainsi pénétrer l’eau à l’avant du navire. À mesure que l’eau pénétrait dans le navire, l’air en sortait, faisant peu à peu sombrer le navire. C’est pourquoi il a coulé au fond de l’océan. 

À l’instar de tous les autres navires naufragés, c’est en raison d’un manque de flottabilité que le Titanic s’est retrouvé au fond de l’océan!

Le savais-tu?

Le Titanic a coulé 160 minutes après avoir heurté l’iceberg. C’est seulement 2 heures et 40 minutes!