En voilà, une question intéressante. Par contre, la réponse n’est pas si simple que : « Ils ont des jambes ». Calcul de densité, kilo-litres, poussée d’Archimède, eau et air, métaux, acier et fer… Accrochez-vous bien, nous allons vous expliquer pourquoi même les plus gros bateaux tels que les paquebots de croisière, dont le poids est bien au-delà de celui du corps humain, flottent sur l’eau sans couler, même en petite partie.
Archimède et le calcul de la densité
Pour comprendre comment font les gros bateaux pour ne pas couler, il faut remonter au temps d’Archimède. Un jour alors qu’il prenait un bain, il s’aperçoit que le niveau de l’eau monte lorsqu’il s’y introduit. Il comprend que le volume d’eau déplacé est égal au volume de la partie immergée de son corps, c’est-à-dire que si vous placez un objet de 1 mètre cube dans l’eau, il prend la place de 1 mètre cube d’eau. Le volume total augmente donc, ce qui fait monter le niveau de l’eau.
C’est à partir de là qu’il introduit le concept de densité, soit le rapport entre le poids de l’objet et son volume. Cette valeur est différente pour chaque matière. On vous a sûrement déjà posé la devinette : « Entre un kilo de plumes et un kilo de plomb, qu’est-ce qui est le plus lourd ? ». La réponse est : « Ni l’un ni l’autre ». Par contre, le volume est différent, et donc la densité également. Pour l’eau, la densité est égale à 1, c’est-à-dire qu’un litre d’eau équivaut à un kilogramme.
Comment fait un objet pour flotter sur l’eau ?
Pour qu’un objet flotte, petit ou gros, en métal ou en papier, en acier ou en plastique, en fer ou en terre, il faut donc que sa densité totale soit inférieure à celle de l’eau, soit plus petite que 1, c’est-à-dire que son volume soit supérieur à son poids – si l’objet fait un kilo, son volume doit être supérieur à 1 mètre cube. C’est ce qu’on appelle la poussée d’Archimède : un objet moins dense que l’eau sera repoussé à la surface alors que s’il est plus dense, la poussée d’Archimède ne sera pas suffisante et l’objet coulera.
Pour le corps humain par exemple, cela dépend de la densité de chaque individu. Quelqu’un doté d’une forte ossature et d’une musculature importante flottera moins facilement que quelqu’un qui possède un petit squelette. De plus, la quantité d’air dans les poumons au moment de l’immersion peut faire varier la densité globale du corps. C’est pourquoi on ne flotte jamais uniformément dans l’eau.
Et les bateaux alors ? C’est pourtant du métal et ils ne coulent pas !
En effet, les bateaux sont principalement constitués de métal à l’extérieur, et on voit bien que lorsqu’on jette une pièce en métal dans l’eau, cette dernière coule. Mais les bateaux ne sont pas uniquement constitués de fer et d’acier – cela n’en représente qu’une petite partie – ; la partie métallique immergée est également rempli d’air. Tel est le défi des constructeurs de paquebots de croisière : faire en sorte que la densité du bateau soit inférieure à celle de l’eau – soit moins de 1 kilogramme par litre -, même lorsque celui-ci est chargé.
A petite échelle, on peut comparer ce phénomène à un verre d’eau. Si l’on jette un bout de verre dans l’eau, celui-ci coulera directement, sa densité étant trop élevée pour flotter. Mais si l’on place un bocal fermé dans l’eau, l’air qu’il contient va venir modifier la densité, la faisant baisser, au point que celle-ci devienne plus petite que celle de l’eau. Le bocal va alors flotter.
Si vous partez en croisière, il est donc recommandé de vérifier que votre paquebot n’est pas troué ! Si l’eau venait à s’engouffrer dans les parties remplies d’air, alors la densité du bateau augmenterait pour se rapprocher de celle du métal, du fer et de l’acier – seuls matériaux restants – composant le bateau, et serait donc bien trop élevée pour être supportée par la poussée d’Archimède, ce qui ferait couler le bateau.
