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Poussée d'Archimède, pression hydrostatiqye et eau de mer

par borispj, le 23/01/2013 à 18:36 - 3131 visites

Une petite question qui me turlupine et à laquelle je n'arrive pas à trouver de réponse:

On le sait, on flotte mieux dans l'eau de mer que dans l'eau douce en raison de la masse plus importante de l'eau salée (1.025 kg pour un litre environ)

En revanche, la pression ressentie par un plongeur à 10 mètres de profondeur est plus importante dans l'eau douce que dans l'eau de mer
La pression de 1 ATM (1.013 bar) est atteinte à 10,065 m en eau salée et à seulement 10,033 m en eau douce. (d'après la page http://letortjm.free.fr/Notions%20de%20 ... m#pression )
Pourquoi n'est-ce pas l'inverse, puisque l'eau qui pèse sur le plongeur est alors plus lourde?

Avez-vous par ailleurs des liens ou livres intéressants pour aborder simplement la mécanique des fluides et mieux comprendre les notions de pressions, flux, régime...

D'avance merci !!

Réponse du Guichet du savoir

par bml_sci, le 26/01/2013 à 11:50

Réponse du département Sciences et Techniques

1. La pression ressentie par un plongeur à 10 mètres de profondeur est plus importante dans l'eau douce que dans l'eau de mer. Pourquoi n'est-ce pas l'inverse, puisque l'eau qui pèse sur le plongeur est alors plus lourde ?

Pour comprendre le phénomène de flottabilité dans l'eau, quelle que soit sa salinité, il est plus juste et facile d'utiliser la notion de densité de l'eau.

La densité notée d est le rapport entre la masse volumique d’une substance et la masse volumique d’un corps de référence. Pour les solides et les liquides, le corps de référence est l’eau pure à 3,98°C dont la masse volumique est de 1 kg/litre.

En plongée la densité de l'eau est liée à sa salinité, soit la quantité de sel dissoute dans l'eau qui varie d'une mer à une autre et influe en conséquence sur la flottabilité du plongeur. Le plongeur doit alors adapter son lestage en conséquence.

La densité de l'eau intervient aussi au niveau de la pression hydrostatique. A 10m de profondeur, la pression hydrostatique ne sera pas identique en lac et en mer.

Application à la poussée d'Archimède
Par exemple, un litre d’eau pèse 1,027kg en Méditerranée, en mer rouge il atteint 1,035kg et en eau douce il est de 1kg.

Lors du calcul de la flottabilité, intervient la poussée d'Archimède ainsi que le poids réel à l'aide de la formule

Flottabilité = Poussée d'Archimède - Poids réel

La densité de l'eau intervient donc sur la poussée d'Archimède qui est égale au rapport du volume déplacé par la densité, soit

Poussée d'Archimède = PA = Volume déplacé x Densité

Un plongeur d'un volume de 100 litres subit en mer méditerranée une poussée d'Archimède de 100 x 1,027 soit 102,7 kg.

En mer rouge, ce même plongeur subit une poussée d'Archimède de 103,5 kg soit une différence de 0,8kg d'ou un lestage supérieur par rapport à la mer méditerranée pour obtenir une flottabilité neutre.

Application à la pression hydrostatique
La densité de l'eau variant suivant les mers, le poids d'une colonne d'eau de 10m et de 1cm2 de section à un poids différent et en conséquence une pression différente.

Un poids de 1kg sur une surface de 1 cm2 exerce une pression de 0,981bar.

Avec une eau de densité 1,027kg, la pression subit par le plongeur est donc de 1,027 x 0,981 soit 1,007bar tous les 10 mètres (en considérant que la masse volumique ne varie pas selon la profondeur).

En mer rouge, la pression devient 1,015bar.


source : www.webplongee.com

Au vu donc de ces calculs, la pression à 10 mètres dans l'eau douce devrait être inférieure à celle dans l'eau de mer, puisque la densité y est inférieure.
Le mieux est d'interroger le rédacteur du site que vous citez pour connaître la raison de l'inversion.

Vous trouverez d'autres explications sur flottabilité (document PDF / site personnel).

Par ailleurs, vous pouvez vous entraîner sur ce sujet grâce au rappel de cours et exercices sur la flottabilité et du relevage mis en ligne sur le site du Comité Départemental du Bas Rhin de la Fédération Française d'Etudes et de Sports Sous-Marins.



2. Livres intéressants pour aborder simplement la mécanique des fluides et mieux comprendre les notions de pressions, flux, régime...
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