# data[].attributes.body
Archimède est un savant grec qui vécut à Syracuse (Sicile) de 287 av J.-C. à 212 av J.-C. Il est connu pour ses multiples travaux scientifiques, théoriques ou pratiques, que ce soit en mathématiques ou en physiques. Il étudie avec rigueur l'immersion d'un corps, solide ou fluide, dans un fluide de densité inférieure, égale ou supérieure. Le théorème qui portera plus tard le nom du savant y est ainsi énoncé (ce théorème fut ensuite démontré au XVIe siècle).

# data[].attributes.body
𝝅: en N
p : Masse volumique du liquide dans lequel le corps est immergé en Kg/m³

V : volume du solide immergé en m³

g : intensité de pesanteur en N/kg

# data[].attributes.body
http://esoxiste.com/ichtiologie-nature/nature-et-biologie-aquatique/les-bebetes-qui-peuplent-nos-lacs-et-rivieres/gerris/

http://tpe-science-eau-marche.e-monsite.com/pages/i-l-eau/la-tension-superficiellle-1.html

http://www.eos-numerique.com/forums/f37/grebe-marche-sur-leau-62350/

http://www.maxisciences.com/l%E9zard/le-lezard-jesus-christ-un-etonnant-reptile-qui-peut-courir-sur-l-039-eau_art33260.html

https://www.nikopik.com/2015/08/des-petits-robots-capables-de-marcher-sur-leau.html

http://www.tuxboard.com/seriez-vous-capable-de-marcher-sur-leau/

# data[].attributes.body
http://pascal.go4.free.fr/Seolaquarium/zgerris.htm

http://www.rosisgarden.be/yeagerris.htm

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gerris

http://forum.futura-sciences.com/physique/41931-courir-l-eau-impossible-pratique-theorie.htm

«les matériaux TGP les tensioactifs, émulsion. Mousse» donné par Mme. Tertrais.

vidéo sur youtube : idée de support.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouss%C3%A9e_d'Archim%C3%A8de

https://fr.wikipedia.org/wiki/Portance_(m%C3%A9canique_des_fluides)

# data[].attributes.body
Résultante: En physique classique la force résultante est la somme vectorielle de toutes les forces que subit un corps.

Tensioactif : Un tensioactif ou agent de surface (surfactant en anglais) est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de polarité différente, l'une lipophile (qui retient les matières grasses) et apolaire, l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) et polaire.

Elliptique: Qui a la forme d’une ellipse.

Interstice: Petit espace vide entre les parties d'un tout.

# data[].attributes.body
Hémiptère: Insecte qui suce le sang

Tarses : Chez les insectes, cinquième partie de la patte. (Le tarse est formé de deux à cinq articles, dont le dernier porte les ongles ou les griffes.)

Dépression topographique : Enfoncement en forme de cuvette.

Interactions de Van Der Waals: En chimie, une force de van der Waals, interaction de van der Waals ou liaison de van der Waals est une interaction électrique de faible intensité entre atomes, molécules, ou entre une molécule et un cristal

# data[].attributes.body
Par l’étude menée sur les différents animaux dont une de leur principale caractéristique est de marcher sur l’eau, par nos recherches approfondies au fil des jours, et par nos expériences réalisées, nous pouvons, dès lors, affirmer que l’homme pourrait se déplacer sur l’eau. Cependant cette capacité doit respecter certaines conditions qui concernent particulièrement des changements du point de vue morphologique tels que la taille et la surface du pied premièrement puis deuxièmement la puissance musculaire, qui jouent un rôle important dans le déplacement de l’homme qui se doit d’être rapide.

Durant ce travail réalisé nous avons été contraintes à des limites, car malgré nos nombreux calculs, ceux ci restent trop imprécis. Mais le matériel dont nous disposions ne pouvait pas l’être davantage. Néanmoins cette imprécision ne nous a pas bloqué.

Enfin, en accumulant les recherches nous avons découvert une recherche à la construction de robots plus ou moins humanoïdes qui serait également capable de marcher sur l’eau, notamment en s’inspirant des animaux qui en sont capables.

# data[].attributes.body
Nous nous sommes dit que la taille et la forme des pieds du grèbe est surement la solution :
Nous savons seulement que la longueur moyenne d'un grèbe est de 55 cm et que sa masse moyenne est de 1.1 kg. Pour palier ce manque d'informations nous avons décidé d'utiliser la proportionnalité. C'est une idée que nous avons vu sur beaucoup de travaux portant sur des animaux dont on connait peu de choses. Nous nous sommes servis d'une photo pour créer se tableau de proportionnalité:

Mesures réelles (cm)                                        Valeurs mesurées à la règle (cm)
55                                                                                  6.8                                 ⬅    corps
?                                                                                   1.5                                 ⬅     longueur des pattes

On a donc : longueur=(55*1.5)/6.7⋍12,3 cm
Maëva a une pointure égale à 36 donc ses pieds mesurent 23 cm. On remarque qu'on a un rapport de 23/12.3 soit environ du simple au double entre la longueur du pied de Maëva et celle de la patte du grèbe.

Maintenant nous pouvons faire un second tableau de proportionnalité pour connaitre la largeur de la patte du grèbe.

Mesures réelles (cm)                                        Valeurs mesurées à la règle (cm)
12.3                                                                                 6.8                                 ⬅    corps
?                                                                                     2.7                                  ⬅ largeur des pattes
On a donc  largeur=(12.3*1.5)/6.7 ⋍4.9 cm

Là encore, il y a presque un rapport de 2 entre les valeurs car la largeur du pied de Maëva est de 8.5 cm , en réalité le rapport est égal à 8.5/4.9.

Nous pouvons maintenant calculer à partir de toutes nos données la surface de la patte du grèbe grâce à la formule: S=(b*h)/2
Avec b: largeur donc 4.9 cm
h: longueur donc 12.3 cm

S=(4.9*12.3)/2⋍30.1 cm²

Considérons qu'un pied humain est un rectangle on à donc comme surface du pied de Maëva: l*L=23*8.5≃195.5 cm²

Calculons le rapport de surface: S(pied) / S(patte )= 195.5/30.1≃6.5 contre un rapport de longueur environ égale à 2.
On peut donc se dire que la tension superficielle nécessaire est environ 6.5/2=3.25 fois moins intense que si l'on ne considère que la longueur.
Si la tension superficielle nécessaire est environ 3.25 fois moins importante, il faut multiplier celle ci par 3.25 dans notre formule pour que le résultat soit cohérent.
L = P/(ϒ/3.25) donc L=3.62*10²/((7.2*10‾²)*3.25)⋍1.547*10³m

On ramène donc la valeur de notre pied hypothétique à environ 1.55 km c'est toujours trop grand.
L’être humain n'a pas les capacité physique ou technologique pour pouvoir marcher sur l'eau.

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Nous savons qu’un autre facteur permet au grèbe de se déplacer sur l’eau : ses pattes. En effet, ses doigts possèdent des membranes qui lui permettent de se déplacer sur l’eau. Nous avons donc décidé de laisser de côté la portance et l'aérodynamisme pour étudier les pattes des animaux qui marchent sur l’eau.

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Nous décidons tout de même de voir si en compensant comme dans le cas de la grèbe 24.8 % du poids d'un homme ( de Maëva ), nous parvenons à réduire la taille de notre pied hypothétique. On peut donc imaginer que l’on annexe des ailes qui compensent 24.8% du poids de Maëva:

Calculons le poids de Maëva: P=m*g

g: intensité de la pesanteur

P=49.0*9.81≃4.81*10²N

De plus :100-24.8=75.2

Donc:

75.2%*P≃3.62*10²N

Nous utilisons la formule utilisée précédemment: L = P/ϒ

avec ϒ : tension superficielle entre les milieux air/eau

On a alors L=3.62*10²/(7.2*10‾²)≃5.03*10³m soit 5.03 km

On peut donc en conclure que même en compensant plus de 20% du poids de l’homme ( de Maëva ) la longueur du pied est toujours trop grande pour compenser la valeur de la tension superficielle.

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L’aile parvient à dévier l’air vers le bas grâce à ces deux faces supérieures et inférieures extrados et intrados.

On peut donc se demander quel pourcentage du poids du grèbe est compensé lors de son déplacement sur l’eau par la portance.

Nous allons utiliser la formule suivante pour calculer la portance :

p=  ½ *μ *s *v² *Cz

On a μ : masse volumique de l’air en kg/m³

s : surface portante de l’aile en m²

v : vitesse d’écoulement

Et également Cz qui est le coefficient de portance, celui ci peut se calculer pour une aile fine de la manière suivante: Cz=2*𝝅*𝛂

𝛂 : est l’angle d’incidence en radian= angle entre l’horizontale et le plan de l’aile

Nous avons décidé de prendre une aile de canard inclinée à 20 degrés pour un canard se déplaçant à 5.0 m/s dans un air à 25 ℃ pour exemple.

Nous avons besoin que 𝛂 soit en radian, on sait que 180°= 𝝅 radian donc 1°=. 𝝅/180

On convertit 𝛂 en radian: 20*𝝅/180≃0.35

On peut ensuite calculer Cz :

Cz≃2*𝝅*0.35≃2.20

Nous savons que la surface de l’aile de grèbe est d’environ 6.0*10⁻² m², nous avons maintenant toutes les informations pour calculer la portance.

p=½ * 1.184 * 6.0*10⁻² * 5.0² *2.20 ≃1.95 N

Si l’on prend pour exemple un oiseau de 800g dont le poids P=7.85 N on peut voir que la portance compense environ  (1.95*100)/7.85 ≃ 24.8 % de son poids. Néanmoins, notre formule n’est applicable que pour une aile fixe or le battement de l’aile du grèbe est complexe et aucune formule simple ne nous permet de calculer la portance tout en prenant en compte ce mouvement.

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Cette aile dite “ à grande vitesse” est un des facteurs qui permet au grèbe de se déplacer sur l’eau. En effet, elle est capable de dévier l’air et donc de créer la portance. Cette force est traduite chez le grèbe par un déplacement de l’air vers le bas. Selon la troisième loi de Newton : « Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B ». On peut donc en conclure que l’air ( corps B) renvoie l’équivalent de la force exercé par la grèbe (corps A) mais dans le sens opposé. Par conséquent la grèbe reçoit une force vers le haut lui permettant de “flotter” dans les airs.

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L’oiseau possède ce que l’on pourrait appeler une “ aile à grande vitesse”. En effet la grèbe possède des ailes très plates dont l'extrémité effilée est légèrement elliptique. De plus, le bord de fuite de ses ailes se confond avec le corps et réduit toutes les traînées turbulentes. Le vol du grèbe est constant et rapide pour une dépense d’énergie moindre permise par l’absence d’interstice sur l’aile.

# data[].attributes.body
Nous allons étudier le cas de la grèbe huppé qui est un oiseau capable de se déplacer sur l’eau en battant des ailes. Cet oiseau mesure 46 à 51 cm et pèse entre 750 et 1200 g.

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La portance est une force qui permet aux oiseaux de “flotter” dans les airs grâce à un jeu sur la vitesse de l’air. En effet, elle se traduit par un positionnement spécifique de l’aile, de sorte que l’air qui passe au dessus de celle-ci (extrados) ait une distance à effectuer plus longue que l’air qui va passer en dessous de celle-ci (intrados). Le fait que la distance soit plus grande au dessus de l’aile va créer une accélération de l’air au dessus de celle-ci. Il y aura donc une dépression d’où le phénomène de portance.

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Les caractéristiques physiques permettant au lézard jésus-Christ de marcher sur l’eau sont trop éloignées de celle de l’homme pour que celui-ci puisse faire de même. Cependant il existe un autre animal capable de marcher sur l’eau utilisant lui aussi la méthode de la frappe mais s’aidant d’une autre force. Il s’agit là du grèbe.

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Nous avons orienté nos recherches sur la vitesse du lézard basilic. Si on utilise la proportionnalité on obtient pour un lézard Jésus-Christ de 200 grammes :

Lézard Jésus-Christ                              L’homme
Masse (kg)                 2.00*10⁻¹                                            49.0
Vitesse (km/h)            11.0                                                   ?

11.0*49.0/2.00*10⁻¹≃270*10³ km/h

On peut donc voir qu’un homme de 49,0 kg devrait courir à environ 271*10³km/h. On peut conclure que si on ne prend pas en compte la taille des pieds cette vitesse de course est physiquement impossible pour l’homme. Cependant, si on prend en compte le mode de déplacement du lézard, aujourd’hui impossible à reproduire par l’homme on peut imaginer une technologie capable d’accomplir la prouesse.

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Au regard de cette nouvelle information on peut dire que ni la tension superficielle ( surface de contact entre le lézard et l’eau trop faible), ni la poussée d’Archimède ne sont responsables du fait que l’animal se déplace sur l’eau. Outre son mode de déplacement, on peut supposer que cela est dû à sa vitesse. Nous avons donc cherché à savoir à partir de quelle vitesse l’eau agit comme un solide et trouvé que c’était à l’approche de la vitesse de la lumière. Cependant il nous est impossible de savoir à quelle vitesse les pattes du lézard ou encore du grèbe frappent l’eau. Nous avons tout de même pu apercevoir sur des vidéos que les pattes du grèbe et du lézard pénètrent à l'intérieur de l’eau. Ils ne vont certainement pas assez vite pour que l’eau agisse totalement comme un solide.

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Calcul de la poussée d’Archimède exercée sur sa patte :

π = p*V*g

Nous avons utilisé le logiciel Mesurim et déterminer que le volume de la partie immergée de la patte du lézard est v=9.4*10⁻⁶  m³

Donc: 1000*9.4*10⁻⁶*9.81=6.2*10⁻² N

On peut donc calculer le rapport entre le poids de l’animal et la force exercée sur lui par la poussé d'Archimède : 𝛑/p=5.2%

On peut conclure que la poussé d'Archimède est négligeable en comparaison avec le poids du lézard.

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Dans cette situation le fluide est l’eau, la patte du lézard plonge dans l’eau et la poussée d’Archimède s’exerce sur lui provoquant une poussée verticale dirigée vers le haut. A partir de la masse du lézard il nous est possible de calculer son poids. Prenons le cas d’un lézard de 180 grammes: P = m*g = 180* 10 -3 * 9,81 = 1,77 N

Avec g: constante gravitationnelle.

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Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.

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Après l’étude de ce mode de déplacement nous nous sommes rendus compte qu’il était impossible pour l’homme de le reproduire du fait de sa complexité, néanmoins on suppose que la capacité du lézard Jésus-Christ à se déplacer sur l’eau est également due à d’autres facteurs.

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Premièrement il y a la frappe, le lézard vient frapper parallèlement la surface de l’eau de façon à gagner suffisamment d’énergie pour procéder à l’étape suivante.

Ensuite, il y a le coup de rame qui est un mouvement similaire à celui d’une rame ; d’où son nom. Le lézard va avec la même patte qui a effectué la frappe pousser vers l’arrière pour créer un mouvement horizontal qui lui permet d’avancer de la même manière que le ferait un nageur de crawl avec ses bras.

Enfin, il y a le rétablissement. Ce mouvement consiste pour le lézard à ramener sa pattes arrières à la position initiale, ensuite il peut réitérer le mouvement jusqu’à la fin de sa course.

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Ce mode de déplacement se divise en trois étapes : 

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Ce mode de déplacement se divise en trois étapes : 

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Le lézard Jésus-Christ est un reptile qui peut mesurer jusqu’à 80 cm, sa masse est comprise entre 2 et 200 grammes. Il vit le plus souvent en Amérique latine dans les milieux humides au niveau des cours d’eau sur lesquels il se déplace pour échapper à ses prédateurs. Le plus souvent ceux-ci viennent du ciel, et ne s’attendent pas à voir le lézard traverser une étendue d’eau. De plus ce lézard possède une très longue queue qui fait plus des deux tiers du corps de l’animal, de telle sorte que pour un animal de 60 cm le corps en lui-même ne mesurera que 20 cm. Il se sert de cette longue queue en frappant l’eau, ce qui crée une petite vague qui aide à son maintien hors de l’eau. Ce lézard est très rapide ( 11km/h ), et cette rapidité est combinée à un mode de déplacement bien particulier commun au grèbe et au lézard basilic.

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“ Basiliscus Plumifrons”

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Certaines espèces adoptent un déplacement particulier pour se déplacer sur l’eau, c’est le cas du grèbe et du lézard Jésus-Christ. Si le grèbe a besoin de ses ailes pour compenser son poids et ainsi se déplacer sur l’eau, le lézard Jésus-Christ ne peut compter que sur sa vitesse et sur les méthodes qu’il utilise, la frappe, le coup de rame et la réinitialisation.

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Nous pensons que la capacité de certains animaux à se déplacer sur l’eau est dû à leur constitution physique et à la façon dont ils se servent des forces pour se déplacer. En effet, des forces telles que la portance ou encore la poussée d’Archimède et un mode de déplacement appelé “méthode de la frappe” sont utilisées par certains animaux pour évoluer à la surface de l’eau.

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Nous décidons de laisser de côté nos idées sur la tension superficielle pour se concentrer sur d'autres façons de se déplacer sur l'eau.

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Nous savons désormais que la surface ou la taille de ce qui rentre en contact avec l'eau à un impact sur la tension superficielle. En effet si l'on établit le parallèle on peut formuler que plus le pied sera grand plus l'homme parviendra à se maintenir à la surface de l'eau. Il faudra donc que comme dans le cas du gerris la force exercée par la tension superficielle compense le poids de l'individu. En utilisant la formule de la tension superficielle et à l'aide de nos recherches personnelles nous sommes parvenues à la formule suivante: P = ϒL

L = P/ϒ

ϒ : tension superficielle entre les milieux air/eau

Prenons le cas de Maëva dont la masse est égale à  49.0 kg.

Calculons son poids :

P=m*g =49.0*9,81=4.80*10² N

↳ c’est la constante gravitationnelle

Entre les milieux air/eau on sait que la tension superficielle est de :
7,2*10-2 N /m.
L= 4.80*10²/ (7,2*10⁻² )= 6.67*10⁻³ m

→ soit une longueur de pied nécessaire de 6,7 km.

C’est totalement irréalisable, un pied de cette envergure n’existe pas.

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Nous avons pu remarquer que l'ajout de savon dans l'eau abaisse considérablement la tension superficielle et que la nature de la solution ( huile, éthanol.. ) a une grande influence sur celle-ci.

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Les résultats que nous avons obtenus sont particulièrement imparfaits et ne correspondent pas vraiment aux résultats trouvés lors de nos recherches, cependant le rapport entre les différents résultats semble cohérent ( ex: force de la tension superficielle de l'éthanol plus faible que celle de l'eau salée) . L’imprécision de nos valeurs est due à plusieurs facteurs :
- Le dynamomètre utilisé n'est pas très précis avec une portée de 2N et aucune graduation.
- Nous avons dû utiliser une règle et faire la conversion en N en utilisant la proportionnalité, nous avons donc dû arrondir les valeurs.
- Les anneaux mis à disposition étaient légèrement déformés, ce qui a sûrement dû fausser l'estimation visuelle de l'arrachement et le calcul du diamètre de ce cercle.
- Le fil reliant l'anneau au dynamomètre avait un contact indésirable avec la surface de l'eau presque impossible à corriger et déséquilibrait parfois l'anneau faussant ainsi les valeurs.

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Résultats après application de la formule: F=4*𝛑*r*𝚼

# data[].attributes.subject
Résultats après application de la formule: F=4*𝛑*r*𝚼

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Notre anneau mesure environ 10.1 cm de diamètre, soit un périmètre P=6.3*10⁻¹. On obtient donc un périmètre multiplié par deux égal à : 6.3*10⁻¹*2=1.26

Si F=4*𝛑*r*𝚼 alors 𝚼=F/(4𝛑r)=F/(2P)

On obtient les valeurs suivantes:

Nom du liquide                                  Force (N)                            Indice de tension superficielle (N/m)
Eau distillée                                                 0,1                                                                1.26*10⁻¹
huile                                                         0,1                                                                1.26*10⁻¹
eau savonneuse                                         0,3                                                                 3.78*10⁻¹
eau salée                                                 0,3                                                                 3.78*10⁻¹
éthanol                                                         0,2                                                                 2.52*10⁻¹

# data[].attributes.body
Nous avons mis les liquides à tester dans un cristallisoir, lui-même posé sur un support élévateur. Nous avons ensuite mis le cercle (relié au dynamomètre ) dans le liquide et abaissé le cristallisoir jusqu'à l'arrachement.Nous avons sélectionné deux valeurs, l'une correspondant à la force exercée avant l'arrachement et l'autre pendant l'arrachement.

# data[].attributes.body
Avec l’eau salé: - Avant l’arrachement= 1,8 cm

- Limite de l’arrachement: 3 cm

3-1,8 cm= 1,2

Donc la force de la tension superficielle est environ égale à 0,3 N

Avec de l’alcool: - Avant l'arrachement= 2 cm

- Limite de l'arrachement= 3 cm

3-2= 1

Donc la force de la tension superficielle est environ égale à 0,2 N

Avec de l’eau savonneuse: - Avant l’arrachement= 1,5 cm

- Limite de l'arrachement= 3 cm

3-1,5=1,5

Donc la force de la tension superficielle est environ égale à 0,3 N

# data[].attributes.body
Avec de l’eau:  - Avant l’arrachement= 2,5 cm

- Limite de l’arrachement= 3 cm

Pour trouver la tension superficielle nous avons donc soustrait ces deux valeurs : 3-2,5= 0,5

Il suffit de faire un produit en croix: 0.5*2/9⋍0.1

Donc la force de la tension superficielle est environ égale à 0,1N

Avec de l’huile: - Avant l’arrachement= 2,5 cm

- Limite de l’arrachement= 3 cm

3-2,5= 0,5

Donc environ égale à 0,1 N également.

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- un dynamomètre fixé sur un pied-support

- un support élévateur

- un cristallisoir

- un anneau en plastique

- de l’huile

- de l’eau salée

- du sel

- de l’alcool

- de l’eau savonneuse

Notre dynamomètre est égal à 2N, donc 9cm est égal à 2N.

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A notre tour nous avons décider de mesurer la tension superficielle de plusieurs liquides. Nous avons utilisé la méthode de l'anneau qui est rattachée à une formule : F=4*𝛑*r*𝚼

Avec:

F: force exercé par la tension superficielle en Newton

4*𝛑*r : 2 fois le périmètre du cercle formé par l’anneau en mètre

𝚼: indice de tension superficielle en N/m ( = 7.2*10⁻² pour l’interface air eau )

Cette expérience nous a servi à observer l’évolution de la tension superficielle en fonction de la nature du fluide, de sa température, de l’ajout de tensioactifs.

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Nous savons que ce mélange est composé de nombreuses molécules de maïs et celles-ci réagissent différemment par rapport aux forces que l'on exerce contrairement au liquide Newtonien. Sur le schéma ci-dessous, on voit les molécules de maïs qui sont proches les unes des autres. Lorsqu'on exerce une force très faible sur le mélange, les molécules s'écartent et notre doigt (dans notre expérience) peut donc s'enfoncer. Alors que lorsque la force est plus élevée, les molécules n'ont pas le temps de s'écarter et comme elles sont très rapprochées, notre poing ne peut pas s'enfoncer

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Nous avons mis 350 grammes de maïzena dans 350 grammes d'eau et avons remué vivement. On remarque que lorsque qu'on enfonce ses doigts doucement le mélange se déforme. A l'inverse lorsque on frappe le mélange avec force il prend un aspect solide.

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Nous nous sommes dit que si un tensioactif peut réduire la tension superficielle de l'eau, il existe forcément des substances capables d'augmenter celle-ci. Nous avons pensé à un mélange d’eau et de maïzena. Ce mélange fait partie des fluides non-newtoniens. Il en existe d'autres tels que les sables mouvants. Nous nous sommes vite rendus compte que ce mélange a des propriétés bien différentes de l'eau et qu'on ne peut pas réellement parler de tension superficielle. En effet, il s'agit de fluides dont la déformation dépend de la force qu'on leur applique. Plus clairement, c'est un fluide dont la consistance change lorsqu'on applique une certaine force dessus. On peut opposer les fluides non-newtoniens aux fluides newtoniens qui eux ne changent pas d'état quelque soit la force que l'on exerce sur eux. Le plus bel exemple reste bien entendu l'eau qui reste toujours liquide.

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Pour vérifier se que nous avançons nous avons mis notre prototype de gerris capable de se maintenir à la surface de l'eau dans de l'eau savonneuse. On peut remarquer que le gerris coule, à cause de l'agent tensioactif.

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En effet les tensioactifs abaissent la tension superficielle de l’eau car ils sont constitués de molécules dont une partie est hydrophobe (elle repousse l’eau) et une partie est hydrophile (elle attire l’eau). La partie hydrophile est souvent formée du groupe carboxylate RCOO⁻, porteur d’une charge électrique négative. la partie hydrophobe est formée par un groupe non polaire (non chargé électriquement), souvent une longue chaîne hydrocarbonée R provenant d’un acide gras.

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On a pu trouver une explication à ce phénomène qui serait que lors du dépôt de savon à la surface de l’eau, les molécules de savon ont une attirance forte entre elles mais une attirance faible pour les molécules d’eau (longue chaîne carbonée hydrophobe). Elles ont donc tendance à rester en surface. Ainsi la concentration de tensio-actifs sera plus importante en surface que dans le fluide lui-même. Les molécules de savon vont s’étendre au fur et à mesure à la surface de l’eau, recouvrant la totalité du liquide.

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Le savon est un agent tensioactif. Son effet est de faire baisser radicalement la tension superficielle d’un fluide, comme l’eau. Cette force ne peut donc plus agir et ses effets sont annulés. Il existe de nombreux tensioactifs.

On a pu trouver une explication à ce phénomène qui serait que lors du dépôt de savon à la surface de l’eau, les molécules de savon ont une attirance forte entre elles mais une attirance faible pour les molécules d’eau (longue chaîne carbonée hydrophobe). Elles ont donc tendance à rester en surface. Ainsi la concentration de tensioactifs sera plus importante en surface que dans le fluide lui-même. Les molécules de savon vont s’étendre au fur et à mesure à la surface de l’eau, recouvrant la totalité du liquide.

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A notre tour, nous avons voulu réaliser un prototype de gerris : nous avons alors pris du fil de cuivre très fin et environ 2 cm de mine de criterium ( dans un soucis de respect des proportions réelles ).

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La troisième expérience que nous avons réalisée a été de saupoudrer une surface d’eau avec du poivre et d’y ajouter ensuite une goutte de liquide vaisselle. Lorsque que nous avons ajouté le liquide vaisselle, le poivre s’est dispersé vers les bords du bocal pour ensuite couler au fond.

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Nous avons déposé à la surface de l’eau une aiguille. Nous avons remarqué que l’aiguille ne coulait pas. On a pu conclure que son poids était compensé par la force de la tension superficielle

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De la même façon, le gerris utilise la tension superficielle pour se déplacer sur l'eau. Nous avons réalisé plusieurs expériences de mise en évidence de la tension superficielle :

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Les physiciens considèrent que tout se passe comme si une fine pellicule élastique et extensible était tendue sur toute la surface du liquide.

Cette dernière relève pourquoi certains corps surnageant alors qu’ils sont plus denses que l’eau: pesant sur la pellicule superficielle, ces corps l'incurvent vers l’intérieur du liquide, et accroissent son aire créant, tel un athlète debout sur un trampoline, une force dirigée vers le haut qui compense leurs poids.

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↦ : force exercée par une molécule sur une autre
໐ : molécule d'eau

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Pour comprendre l’existence d’une tension à la surface d’un liquide, nous nous sommes placés à l’échelle moléculaire. Au sein d’un liquide, chaque molécule est soumise de la part de ses voisines à des forces d’origine électrostatique : ce sont les interactions de Van Der Waals qui assurent la cohésion du liquide. Étant dirigées dans toutes les directions, les forces exercées sur une molécule donnée présentent une résultante nulle, elle équivaut à zéro.

En revanche, une molécule située à la surface n’est en interaction qu’avec celles présentes à l’intérieur du liquide. Par conséquent, la résultante des forces n’est cette fois pas nulle : c’est une force dirigée vers l’intérieur, qui est équilibrée par la résistance du liquide à la compression. Le liquide est confiné et il y a formation d’une membrane (ou couche de molécule H2O
) : c’est ce qu’on appelle la tension superficielle.

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B. Mise en évidence de la tension superficielle

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B. Mise en évidence de la tension superficielle

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Dans notre environnement, on observe souvent des phénomènes naturels qui semblent défier les lois de la physique en milieu aquatique.

La tension superficielle est une force s’exerçant sur un liquide (dans notre cas l’eau) qui l’incite à diminuer sa surface de contact avec l’air et à avoir davantage d’affinités avec lui même. L’intensité de la force de tension superficielle est proportionnelle à un indice appelé “indice de tension superficielle“, noté i , ainsi qu'à la longueur l de l’objet avec lequel il interagit : F=i*l .

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De plus la présence de gerris sur certaines eaux atteste que celles-ci sont non polluées. On le considère tel un indicateur de la pollution de l’eau.

C’est pour cela que nous en venons à parler de la notion de tension superficielle qui s’exerce sur lui pour le maintenir à la surface de l’eau.

Tous ces phénomènes remarquables chez le gerris, ne sont rattachés qu'à un seul facteur : la tension superficielle.

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Il possède des poils microscopiques très nombreux qui augmentent la surface de contact avec l’eau, favorisant ainsi la flottaison. es griffes vont alors dans l’eau ce qui permet d’assurer son maintien et sa propulsion sur l’eau.

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On peut d’ailleurs voir leur effet « répulsif » sur l’eau par la légère dépression qu’ils génèrent à la surface.On appelle ces dernières des dépressions topographiques. L’insecte est léger, et grâce à ses 4 points d’appui hydrofuges, il tient à la surface.

On l’appelle le patineur de surface. Il est parfois improprement appelé « araignée d’eau ».

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La planète Terre est à 80% recouverte d’eau par les océans, les lacs, les fleuves… qui sont encore infranchissables sans “artifices” tels que ponts et bateaux malgré certaines avancées technologiques et scientifiques majeures. Se déplacer sur l’eau lorsque celle-ci est à son état liquide apparaît impossible, un problème de poids et de vitesse étant en cause. Cependant cela suscite la convoitise des hommes.

Nous avons remarqué que certains animaux d'espèces complètement différentes parviennent à se déplacer sur l’eau nous pouvons donc nous demander si en s’inspirant des animaux l’Homme est capable de marcher sur l’eau.

Nous étudierons le mode de déplacement de certains animaux.

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C’est un animal faisant partie de la famille des hémiptères. Il a la faculté de pouvoir se déplacer sur l’eau. Il appartient aux punaises aquatiques, qui vivent soit sur la surface de l’eau, soit sous cette surface, soit carrément en pleine eau. Le gerris fait aussi partie de la famille des hexapodes ; il possède donc six pattes : deux se situant vers sa tête et étant relativement courtes, et quatre autres dont la taille est comparable à celle de son corps et se situant de part et d’autre de celui-ci en formant un X. Il a le corps allongé. Le gerris atteint généralement 15 – 17 mm. Il prend appui sur deux paires de pattes qui sont très longues, et dont les tarses, qui reposent sur l’eau sont munis de poils hydrofuges.

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I. Le déplacement du gerris :
A. Description du gerris
B. Mise en évidence de la tension superficielle
C. Méthodes de mesures de la tension superficielle

II .D’autres modes de déplacement :
A. La méthode de la frappe
B. La poussée d’Archimède
C. La portance

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Dans ces TPE divers calculs et expériences seront réalisés pour trouver une explication au maintien sur l’eau de différents animaux et pour chercher d'éventuelles solutions pour que l’Homme puisse faire de même. Par soucis de cohérence, nous avons décidé de faire tous les calculs avec la masse de Maëva, qui est de 49.0 kg et qui représentera la masse d’un être humain indifférencié.

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                                                                        TPE 

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                                                                        TPE 

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Marzat Maëva                                                                                                                              1ère S1
Ponceau Julie
Bouchet-Lacoste Lucie