Quelle est la 3ème loi de flottaison ?

Au-delà de la poussée d’Archimède : Décrypter la troisième loi de flottabilité

L’étude de la flottabilité, souvent introduite par le biais des lois d’Archimède, ne se limite pas à la simple quantification de la poussée exercée par un fluide sur un corps immergé. Si les deux premières lois d’Archimède (la poussée est égale au poids du fluide déplacé et la poussée s’applique au centre de gravité du volume de fluide déplacé) établissent les bases, une troisième loi, souvent implicite, est cruciale pour comprendre le comportement d’un objet en présence d’un fluide. Cette troisième loi ne porte pas de nom officiel, mais elle décrit la condition essentielle pour la flottabilité et le comportement d’un objet: la relation entre la densité du corps et celle du fluide.

Plutôt que de la formuler comme une simple affirmation, il est plus pertinent de la décomposer en trois scénarios qui illustrent son principe fondamental :

Scénario 1 : Flottaison complète (Densité du corps < Densité du fluide)

Un corps flottera entièrement à la surface d’un fluide si sa densité est inférieure à celle du fluide. Cela signifie que le poids du corps est inférieur à la poussée d’Archimède maximale qu’il peut générer en déplaçant un volume de fluide égal à son propre volume. Un morceau de bois dans l’eau, un ballon de baudruche rempli d’hélium dans l’air, sont des exemples classiques. La différence entre le poids du corps et la poussée le maintient à la surface.

Scénario 2 : Immersion complète (Densité du corps > Densité du fluide)

Si la densité du corps est supérieure à celle du fluide, le corps coulera. Le poids du corps est alors supérieur à la poussée d’Archimède maximale qu’il pourrait engendrer, même complètement immergé. Une pierre jetée dans l’eau, ou une boule de métal dans l’huile, illustrent ce principe. L’objet continuera à couler jusqu’à atteindre le fond ou jusqu’à ce qu’il rencontre une force opposée suffisamment importante.

Scénario 3 : Flottaison partielle (Densité du corps = Densité du fluide)

Dans le cas où la densité du corps est égale à celle du fluide, le corps sera en équilibre, immergé mais sans tendance à monter ou descendre. La poussée d’Archimède est exactement égale au poids du corps. Il est important de noter que ce cas est idéal et rarement observé parfaitement en pratique, du fait des variations de densité locales et des imperfections de la forme des objets. Un sous-marin ajustant sa flottabilité pour se maintenir à une profondeur constante, illustre ce principe de manière approximative.

En conclusion, cette “troisième loi” de flottabilité, qui met en relation la densité du corps et celle du fluide, complète les lois d’Archimède en fournissant le critère déterminant pour prédire si un corps flottera, coulera ou restera en équilibre dans un fluide. Elle permet de passer d’une analyse purement quantitative de la force à une compréhension qualitative du comportement d’objets dans différents milieux fluides.