Petit cours de sciences physiques sur Surf Prevention avec un principe qui devrait tous nous intéresser, nageurs, surfeurs et autres pratiquants d’activités nautiques: le principe d’Archimède qui régit toutes nos interactions avec l’eau, qu’elles soient directes avec notre corps, ou par l’intermédiaire d’une planche ou d’une embarcation. Rappelons ici ce qu’est la poussée d’Archimède.

Archimède était un savant grec du 3e siècle avant J.-C. qui a beaucoup travaillé sur les mathématiques et la physique. Son traité des corps flottants a permis de mieux comprendre les lois qui régissent l’immersion d’un corps dans un fluide. Il se dit qu’Archimède aurait eu pour mission, confiée par le Roi Hérion II de Syracuse, de vérifier si une couronne qu’il s’était fait confectionner était bien en or pur, ou si l’artisan y avait dissimulé de l’argent. C’est au bain public qu’Archimède se serait écrié « Eurêka ! » en comprenant que l’immersion dans l’eau permettrait de discriminer la masse volumique de l’or et celle de l’argent (2 fois moins dense), et ainsi de solutionner son problème.

La poussée d’Archimède est une force dirigée vers le haut qui s’exerce sur tout objet immergé dans un fluide (liquide ou gazeux). Cette poussée est égale au poids du liquide déplacé par l’objet. Quand la poussée est supérieure ou égale au poids de l’objet, il flotte. Si la poussée d’Archimède est inférieure au poids de l’objet, il coule.

A poids égal, plus la surface de contact de l’objet avec l’eau est importante, mieux celui-ci flotte. A poids égal, un longboard flotte donc mieux qu’un shortboard étroit, car le longboard déplace plus d’eau. C’est pour cette raison qu’il est plus aisé de faire un canard avec un shortboard qu’avec un longboard qui déplace plus d’eau et engendre donc une poussée d’Archimède plus élevée contre laquelle il faut lutter pour enfoncer la planche.

A volume égal, un objet flotte d’autant mieux que son poids est faible. A volume égal, plus une planche est légère, mieux elle flotte.

La pression exercée sur un corps lors d’une immersion dépend de 2 paramètres: la profondeur d’immersion et la densité du liquide. Prenons l’exemple du corps humain plongé dans l’eau.

Plus on immerge notre corps dans l’eau, plus il s’allège, car la poussée d’Archimède se fait plus forte. Ceci est vrai en eau douce, et cela l’est d’autant plus en eau de mer, où notre poids apparent n’est plus que de 10% de notre poids réel quand on a de l’eau jusqu’au cou: un adulte de 70 kg n’en pèse alors plus que 7 kg ! Cet allègement physiologique offre des perspectives très intéressantes pour la prise en charge d’une personne à la suite d’un traumatisme ou d’un handicap, car il permet une verticalisation et une rééducation précoce dans des conditions optimales.

Plus le liquide est dense, plus la poussée d’Archimède est importante;  comme l’eau de mer est plus dense que l’eau douce, elle nous porte mieux. Plus l’eau de mer est concentrée en sels minéraux, plus elle est dense (masse volumique élevée), et mieux on y flotte, comme le montre l’exemple de la Mer Morte, la plus salée. Avec la même planche de surf, on flottera mieux en mer qu’au Wave Garden par exemple.

Il est intéressant de remarquer que la densité du corps humain est proche de celle de l’eau de mer. Comme la densité de notre corps est légèrement inférieure, nous pouvons y flotter. La masse volumique du corps humain est en moyenne de 985 kg/m³ ; elle passe à 945 kg/m³ quand on gonfle ses poumons, ce qui permet de « s’alléger » en diminuant notre masse volumique et de flotter mieux dans l’eau de mer dont la masse volumique est comprise entre 1020 et 1035 kg/m³.

Notre corps ne coule donc pas spontanément et pour se maintenir sous l’eau, il faut le lester, comme le font les surfeurs qui courent sous l’eau avec un rocher.

Calculez la masse volumique de l’eau de mer en fonction de sa salinité et de sa température en cliquant ici.

Remarque: On a tous appris qu’1 mètre cube d’eau = 1000 litres = 1000 kg. Ceci est valable pour une eau pure à 4°C. Mais la masse volumique de l’eau dépend de sa salinité et de la température. Plus elle est salée, plus elle est dense. A l’inverse, plus l’eau est chaude, plus la masse volumique diminue. Le réchauffement climatique entraîne une hausse du niveau des océans par augmentation de leur volume, car une eau chaude est plus volumineuse qu’une eau froide. La dilatation thermique des océans est la première responsable de la hausse de leur niveau.

La poussée d’Archimède joue également pour les bateaux et les très gros paquebots qui pèsent plusieurs dizaines de milliers de tonnes, comme cela est très bien expliqué dans les 2 vidéos ci-dessous, et notamment avec l’explication de Jamy Gourmaud dans C’est pas Sorcier à partir de 3 min. 28 sec.

Les gros porte-conteneurs sont des navires à la fois très longs et larges pour maximiser la poussée d’Archimède et permettre le transport de nombreux conteneurs.

Photo Laurent Masurel.

A propos de l'auteur :

Médecin, surfeur, auteur du livre Surf Thérapie. Adjoint au maire de Biarritz à l'Environnement, Qualité de Vie et Bien-Être.

 

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4 Commentaires

  1. Jason dit :

    Alors là. en voyant le titre j’ai eu peur que tu nous sortes le fait mondial que personne n’ignore mais tu es allé cherché plus loin, plus intéressant et du coup ton article est top!!
    merci pour ces compléments techniques d’infos

  2. max dit :

    Très intéressant pour moi qui déteste les maths et la physique

  3. Moi dit :

    Tout est très bien expliqué ! Merci beaucoup

  4. Archimède dit :

    Dans l’eau de mer , si le poids apparent n’est que de 10% au niveau des épaules :
    Poids apparent = Poids réel – Masse volumique de l’eau de mer x Volume du nageur
    7 kg = 70 kg – 1025 x V Soit V = 0.061 m3 = 61 L

    Dans l’eau douce , si le poids apparent n’est que de 20% au niveau des épaules :
    Poids apparent = Poids réel – Masse volumique de l’eau douce x Volume du nageur
    14kg = 70 kg – 1000 x V Soit V = 0.056m3 = 56 L

    Le volume du nageur devrait être le même!!!
    Si on part avec un volume immergé de 61 L au niveau des épaules,
    le poids apparent = 70 kg – 1000 x 0.061 = 9 kg soit environ 13% de son poids réel et non 20%

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