Sur la rive, une jeune fille se précipite sur le conteneur de collecte PET près du kiosque et encourage ses amis à l’aider à fabriquer un radeau à l’aide de bouteilles en PET vides. Parviendra-t-il à flotter?
Planer sur l'eau ou fendre les flots?
Un bateau à voiles plane sur l'eau. (Image: Wikimedia Commons, domaine public)
Les embarcations, selon leur vitesse et la forme de leur carène (partie immergée de la coque), se déplacent sur l’eau en glissant ou en planant. À une vitesse suffisamment élevée, les bateaux à carène planante peuvent ‘décoller’ (s’élever au-dessus de l’eau). Comme la majeure partie de leur masse est hors de l’eau, la résistance à l’eau est faible et des vitesses élevées peuvent être atteintes. La capacité de glissement est déterminée notamment par la forme de la coque et la vitesse d’entraînement: propulsé à la pagaie, un dériveur ne pourrait pas planer sur l’eau – c’est la force du vent dans les voiles qui lui permet d’atteindre la vitesse requise. Parmi les véritables bateaux à carène planante, on compte par exemple les planches de surf, les dériveurs, les hors-bords et les zodiacs.
Un bateau à vapeur glisse sur l'eau. (Image: Leiju/Wikimedia Commons, Licence CC)
Tant que la vitesse d’entraînement est relativement faible et si la forme de leur coque n’est pas adaptée, les bateaux glissent sur l’eau et ne peuvent pas s’élever au-dessus. Ils déplacent donc l’eau en continu. C’est le cas des bateaux à vapeur et de croisière, mais aussi des étranges constructions au bord du lac. On peut douter que le radeau en barils ne pourra jamais glisser sur les flots, de même que le pédalo peint en rose qui ne parvient qu’à tourner en rond du fait que le gouvernail est coincé.
À vrai dire, il n’est pas sûr non plus que le radeau en PET réussisse à flotter. La jeune fille n’hésite pas une seconde. Elle saute sur le radeau dès qu’il est sur l’eau et... demande immédiatement un tuba! Visiblement, la flottabilité n’a pas suffi à maintenir son poids à la surface de l’eau. Il n’y avait pas assez de bouteilles et bon nombre d’entre elles étaient déjà écrasées.
Stable ou agile?
La forme de la coque détermine la stabilité ou l’agilité d’un bateau, d’un radeau ou de toute autre embarcation, autrement dit sa mobilité.
Image: smuki/CanStockPhoto
Grâce à sa forme effilée, un aviron (ci-contre un aviron avec quatre rameuses) est extrêmement rapide. En revanche, sa longueur n’offre pas une bonne maniabilité.
Image: mich_ha/CanStockPhoto
Une coque étroite offre moins de résistance à l’eau qu’une coque large, ce qui permet au kayak de randonnée de parcourir une longue distance avec un minimum d’effort.
Les kayaks utilisés en kayak-rodéo (playboating) sont très courts (jusqu’à 1,75 m) et donc très maniables. Ils permettent même d’effectuer des «air loops».
Image: noonie/CanStockPhoto
Les stand up paddles (SUP) sont relativement larges et longs, ce qui permet de garder l’équilibre lorsque l’on se tient debout.
Navire en béton
Quand on parle de béton, on n’imagine pas du tout quelque chose qui flotte. Il existe pourtant des navires en béton. Le béton est relativement bon marché et très solide, et les navires en béton requièrent moins d’entretien. Ceux-ci sont toutefois plus lourds, ce qui rend leur fonctionnement plus onéreux et réduit leur maniabilité. Ils restent donc plutôt une exception. Des compétitions de construction de navires en béton ont lieu régulièrement dans des universités et des hautes écoles spécialisées.
Un peu de physique - flottabilité
Un cube en bois flotte sur l’eau alors qu’un cube en fer de taille équivalente coule. Cela tient-il uniquement à la différence de poids? Non, car si l’on donnait une forme de bateau au cube en fer, il ne coulerait pas. Cela tient au fait que le bateau possède au même poids un plus grand volume que le cube en fer. Déjà en 215 av. J.-C. le mathématicien, physicien et ingénieur grec Archimède de Syracuse a constaté que l'eau exerce une flottabilité qui est équivalente au poids de l'eau déplacée par l'objet. Si le poids de l'eau déplacée par l'objet est plus grand que le poids de l'objet (bateau), il ne coule pas. Pour des corps homogène, la densité (masse/volume) du matériaux doit être plus petite que la densité de l'eau. Le bois du cube a une densité plus petite que l'eau (ne coule pas), le fer est plus dense (coule).
Pour en savoir plus:
ρco: densité du corps
ρli: densité du liquide
V: volume du corps ou du liquide déplacé
g: pesanteur (= 9,81 m·s-2)
FA (flottabilité) = ρli × V × g
G (poids) = ρco× V × g
Coule | Flotte | Remonte | |
Forces | G [gt] FA | G = FA | G [lt] FA |
Densités | ρco [gt] ρli | ρco = ρli | ρco [lt] ρli |
Texte: SATW / Alexandra Rosakis adapté par SimplyScience.ch
Source: Technoscope 2/18: En route! Technique et mobilité. Technoscope est le magazine technique pour les jeunes de la SATW.
Créé: 01.04.2018
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