Hypothèses applicables aux hommes

Dispositif envisageable

L’homme flotte. Cependant il est obligé de dépenser de l’énergie pour se maintenir à la surface. Les plantes et les animaux étudiés précédemment ont chacun une manière particulière de rester en surface ou hors de l’eau. L’homme pourrait-il s’inspirer de ces technique afin créer une structure, une combinaison dans le but de mieux flotter ?

Flotter sans effort

Pour l’homme, “mieux flotter” signifie, entre autres, réussir à flotter sans effort. Pour ce faire, il doit supprimer les dépenses d’énergie.

Ne pas avoir froid

Si l’homme se baigne dans une eau inférieure à 37 degrés, il lui faut combattre le froid. Cela lui demande de l’énergie. Pour éviter cette dépense énergétique, il faut former une interface entre l’homme et l’eau. La chaleur du corps humain réchauffe l’interface qui l’aide ainsi à rester à une température optimale.

Pour former cette interface, on peut utiliser des substances particulières. La chitine, par exemple, permet aux fourmis de feu de repousser l’eau et de créer une fine couche d’air. En s’enduisant de chitine, l’homme pourrait s’entourer d’une couche d’air qui, une fois réchauffée par la chaleur de son corps, lui permettrait de se protéger du froid de l’eau.

Ne pas se fatiguer

A moins de faire la planche, l’homme doit nager ou battre des pieds pour se maintenir à la surface. Cela constitue également une dépense d’énergie. En augmentant la poussée d’Archimède que subit son corps, l’homme peut flotter plus facilement. On peut, à l’image de la jacinthe d’eau et du grèbe, utiliser des flotteurs.

Un homme de 75kg a un poids (P=m.g) de 735 N. Quand il fait la planche, l’homme flotte. Cependant, la partie immergée de son corps est plus importante que la partie émergée. Cela signifie que la poussée d’Archimède que subit le corps ne compense pas totalement le poids, seulement une grande partie. L’intensité de la poussée d’Archimède est donc légèrement inférieur de 735 N. Si on augmente de 100 N la poussée d’Archimède, elle sera largement supérieur au poids de l’homme. Il pourra ainsi flotter sans problème la verticale.

Il existe des bouées qui permettent à l’homme d’être stable et de flotter à la verticale : mais elles sont souvent encombrantes. Il faut concevoir un flotteur pouvant être gonflé aisément pour stabiliser le corps à l’arrêt et dégonflé facilement afin de ne pas gêner la nage. On peut ainsi concevoir une bouée torique. Pour cela, on place une lame recourbée de métal ou d’un matériaux à mémoire de forme dans la bouée. On fixe également une sangle autour de la bouée. En serrant la sangle, une des extrémités de la lame de métal glisse sous l’autre : cela aplatit la bouée et l’air est chassé. Pour gonfler la bouée, on desserre la sangle : la lame de métal reprend sa forme ouverte en poussant sur les parois de la bouée qui se remplit alors d’air.

1kg d’eau (1 dm³ d’eau) a un poids de 10 N (P=m.g). Pour augmenter de 100 N la poussée d’Archimède, il faut donc que le volume du flotteur soit de 10dm³.

La bouée aurait les dimensions suivantes :

r1 = 2 dm ; r2 = 3 dm ; h = 1 dm

On obtient le volume de la bouée par différence des volumes de deux cylindres :

V = π.r2².h – π.r1².h = π.h(r2² – r1²) = 5 π ≈ 15,7 dm³.

La bouée déplace donc 15,7kg d’eau et augmente ainsi de 153,83N la poussée d’Archimède.

Grâce à cette bouée l’homme pourrait être stable et ne pas utiliser d'énergie pour flotter, tout en pouvant nager sans être gêné.

Dispositifs abandonnés

Nous avons exploré d’autres pistes de recherches pour lesquelles nous n’avons pas réussi à régler les problèmes rencontrés quant à une mise en place pratique.

Bras mécaniques et flotteurs

Nous avons envisagé un dispositif permettant à l’homme de se déplacer sur l’eau à la manière du gerris. Il est impossible pour cela d’utiliser la tension superficielle car le corps de l’homme est trop lourd.

Une autre solution serait de s’inspirer des poils hydrophobes des pattes du gerris qui lui permettent de former de petites bulles, de petits flotteurs. Cependant, placer des flotteurs aux pieds et aux mains d’un homme ne lui procurerait pas une stabilité suffisante. Par ailleurs, il lui faudrait développer beaucoup de force pour se maintenir à quatre pattes sans glisser.

Pour améliorer la stabilité, on pourrait écarter les points de contact avec l’eau au moyen de bras mécaniques munis de flotteurs à leur extémité. Les flotteurs doivent permettre la flottabilité de l’homme et des bras : leur volume doit donc dépasser 75 dm³ (flottabilité du corps de l’homme) additionné au volume nécessaire à la flottabilité des bras. La taille des flotteurs rendrait donc l’engin difficile à manoeuvrer et par conséquent peu pratique.

Combinaison hydrophobe

La chitine des fourmis et les poils du gerris offrent une autre piste de recherche. La chitine, substance hydrophobe, permet aux fourmis de former une couche d’air entre elles et l’eau. La structure des poils du gerris crée des bulles d’air. L’homme pourrait combiner ces deux méthodes en fabriquant une combinaison couverte de nombreux petits poils enduits de chitine : la chitine repoussant l’eau, de petites bulles d’air se forment sur toute la combinaison. En augmentant le volume mais très peu la masse, une telle combinaison favoriserait la flottabilité en développant la poussée d’Archimède subie par l’homme.

La formule de Mosteller* donne une surface corporelle d’environ 190 dm2 pour un homme de 75 kg mesurant 1,80 m. Pour augmenter la poussée d’Archimède de 100N, comme envisagé précédemment, il faudrait constituer une couche d’air permettant le déplacement d’une masse totale d’eau d’environ 10,2 kg (100N/9,8 kg/N) c’est à dire occupant un volume de 10,2 dm³ soit une épaisseur d’environ 5 mm (10,2/190 ≈ 0,054 dm). Il ne semble pas aisé d’obtenir et de stabiliser une telle couche d’air au moyen de poils hydrophobes.

* , M = masse en kg, L = taille en cm.