Les bateaux qui ne pèsent «rien»

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «J’ai toujours cru qu’un ascenseur à bateaux soulevait le même poids, qu’il y ait ou non un bateau dans le bassin, si on en croit le principe d’Archimède. Mais mon entourage, lui, reste dubitatif. Alors qui a raison : eux ou moi?» demande Pierre Gendron, de Québec.

Archimède de Syracuse (287-212 av. J-C) n’était, comme on disait dans les quartiers chics de la Rome antique, pas exactement un deux de pique. Souvent décrit comme le plus grand mathématicien de l’Antiquité — on s’excuse, M. Pythagore —, on lui attribue généralement l’invention de la «vis d’Archimède» (une pompe à eau), des travaux importants sur les leviers et les poulies ainsi que nombres d’avancées mathématiques, notamment l’application de concepts qui préfiguraient le calcul infinitésimal (qui ne sera pas formellement «inventé» avant le XVIIe siècle).

Et on lui doit aussi le célèbre «principe d’Archimède», qui peut se comprendre à peu près comme suit. Si l’on place un bateau dans un bassin, sa partie inférieure sera immergée — c’est son «tirant d’eau». Cela implique forcément que lorsque le bateau arrive dans le bassin, il déplace de l’eau. Mais combien d’eau, exactement?

La réponse à la question de M. Gendron est précisément là. Et elle n’est pas très compliquée : il n’y a qu’à se demander quelle force «pousse» sur le bateau et déplace ainsi un certain volume d’eau. C’est la gravité, bien entendu, qui est la seule force à l’œuvre ici. Ce qui signifie tout simplement qu’en entrant dans l’eau, un corps déplace une quantité d’eau égale à son propre poids. Grosso modo, c’est ce que nous dit le principe d’Archimède.

Les «ascenseurs» à bateau sont essentiellement des bassins que l’on remplit d’eau pour soulever les embarcations, et que l’on vide pour les descendre. Imaginons ainsi une écluse qui aurait besoin, à vide (sans bateau), d’être remplie de 50 tonnes d’eau pour atteindre le niveau désiré. Si on y faisait entrer un bateau qui pèserait, disons, 1 tonne, alors il n’y aurait besoin que de 49 tonnes d’eau pour atteindre ce niveau, puisque l’embarcation prendrait la place de la tonne restante. Mais au total, le poids contenu dans le bassin serait le même, soit 49 + 1 = 50 tonnes.

Bref, n’en déplaise à ses amis et/ou sa famille, c’est M. Gendron qui a raison.

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«Nous recevons beaucoup d’informations sur le réchauffement des températures en raison des gaz à effet de serre. Mais je me demandais : la perte de chaleur des moteurs à combustion a-t-elle une incidence sur la température globale? Si ma mémoire est bonne, cette perte représente environ 70 % de l’énergie consommée, alors au nombre de moteurs qu’il y a sur Terre, est-ce que ça peut faire une différence?» demande Alexandre Descôteaux, de Saguenay.

Il est vrai qu’une faible partie de l’énergie consommée par un moteur de voiture est transformée en mouvement — entre 20 et 30 %, selon le cas. Mais ce n’est pas une donnée pertinente, ici, car toute cette énergie finit éventuellement en chaleur, à cause du frottement avec l’air, avec la route, entre les pièces de l’auto, etc. Alors partons plutôt du principe que tout le pétrole extrait du sol est éventuellement transformé en chaleur, et faisons un petit calcul.

La demande mondiale de pétrole est de 99 millions de barils par jour, d’après les plus récentes données de l’Agence internationale de l’énergie. Sur un an, cela représente environ 2,2 x 1020 joules (220 milliards de milliards de joules) de chaleur — la joule étant la petite quantité d’énergie qu’une ampoule de 100 W brûle en 1 centième de seconde.

Cela peut sembler énorme, à première vue, mais il faut savoir que la Terre reçoit en moyenne 240 joules par mètre carré et par seconde en énergie solaire. Sur un an, cela fait une somme de 3,9 x 1024 joules. Ou si l’on préfère : la chaleur que l’on obtient en faisant brûler tout le pétrole consommé en une année équivaut à 0,006 % de l’énergie que la planète reçoit du Soleil.

Et encore, comme la Terre ne fait pas que recevoir de l’énergie, mais qu’elle en perd continuellement aussi sous forme de rayonnement infrarouge, cette chaleur ne fait que passer, pour ainsi dire, elle ne s’accumule pas dans l’atmosphère.

Non, c’est bien l’effet de serre qui est responsable des changements climatiques que nous traversons. En fait, le climatologue de l’Université du Michigan Mark G. Flanner a déjà fait l’exercice d’intégrer toutes les sources de chaleur anthropiques — donc non seulement le pétrole, mais aussi le gaz, le charbon, etc. — aux modèles climatiques actuels, histoire de voir si cela «pesait» bien lourd. Et ses conclusions, publiées en 2009 dans les Geophysical Research Letters, sont très claires : même en tenant compte de l’ensemble de la chaleur créée par l’être humain, cela ne représente qu’environ 1 % du réchauffement actuel.

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