Question n°19 : Pourquoi le Queen Elisabeth II s'est échoué ? ou l'effet Venturi Bernouilli
Quel point commun trouver entre le fait de souffler entre deux feuilles de papier et l’échouage du Queen Elizabeth II près de la Nouvelle-Angleterre en 1992 ?
Tenez deux feuilles de papier, l’une en face de l’autre, et soufflez dans l’espace libre entre elles, les feuilles se rapprochent au lieu de s’écarter !
L’explication en revient à deux physiciens : l’un Suisse, Daniel Bernouilli en 1734 et un Italien, Batista Venturi. Bernoulli a montré que l’énergie par unité de volume d’un fluide incompressible s’écoulant sans frottement ni tourbillons ne varie pas. Cette énergie se compose de trois parties : la première d’autant plus grande que la vitesse de l’écoulement est rapide s’appelle l’énergie cinétique. La seconde est l’énergie potentielle de pesanteur qui augmente avec l’altitude et la troisième est due à la pression.
L’énergie potentielle de pesanteur dans un fluide a un effet bien connu. C’est elle qui est exploitée dans les chutes d’eau et transformée en énergie électrique dans les usines hydroélectriques. La somme de ces trois énergies est constante. Donc si l’une augmente, les autres doivent diminuer ? Dans un écoulement "horizontal", l’énergie potentielle de pesanteur reste constante, donc si la vitesse augmente, la pression diminue et réciproquement, c’est l’effet Venturi. La vitesse de l’écoulement de l’air canalisé entre les deux feuilles de papier passe de zéro à une valeur V, donc la pression diminue et devient inférieure à la pression atmosphérique qui, appuyant sur l’extérieur des feuilles provoque leur rapprochement.
Et le paquebot Queen Elizabeth ? Pour un observateur sur la proue du bateau, l’eau arrive à vitesse égale à la vitesse du navire. La vitesse de l’eau est plus grande sur les lignes de courant qui contournent la carène sur les côtés et par en dessous. Cet effet d’augmentation de la vitesse sous le bateau est encore amplifié dans un canal dont la section n’est pas très largement supérieure à celle de la carène. La hauteur immergée d’un bateau est celle pour laquelle la résultante des forces de pression sur la carène équilibre le poids du bateau. Si la pression baisse sous la coque, le bateau se « surenfonce ». A l’arrêt, le Quel Elisabeth II qui pesait 66.000 tonnes avait 10 mètres de tirant d’eau, lorsqu’il se déplace à 25 noeuds il se « surenfonce » environ de 3,5 mètres ce qui a conduit à l’avarie dans un chenal de faible profondeur où le paquebot est entré trop vite. L’effet venturi se manifeste dans de très nombreux phénomènes de la vie quotidienne et si vous voulez en savoir plus sur l’aération des terriers de chiens de prairie, le tirage de votre cheminée, ou les problèmes de circulation sanguine .... consultez par exemple :
http://sciencespourtous.univ-lyon1.fr/video-leffet-venturi/
