Physique à la piscine : les sciences mouillent le maillot

Une piscine n’est pas seulement un lieu de détente ou de sport : c’est aussi un laboratoire naturel où les lois fondamentales de la physique peuvent être observées et comprises de manière concrète. Les physiciens Roland Lehoucq, Edouard Kierlik et Jean-Michel Courty y voient un outil pédagogique idéal pour rendre accessibles des concepts souvent perçus comme abstraits. Contrairement à un cours théorique, la piscine permet de ressentir ces principes avant même de les étudier. Par exemple, la flottabilité, la pression ou la réfraction de la lumière y deviennent des phénomènes tangibles, liés à des expériences quotidiennes comme nager ou plonger. Les trois chercheurs organisent ainsi des ateliers pour illustrer ces idées à travers des activités simples, comme mesurer sa flottabilité ou observer les déformations optiques sous l’eau.

La capacité de flotter dans l’eau repose sur le principe d’Archimède, formulé il y a plus de 2 000 ans par le savant grec du même nom. Ce principe stipule que tout corps immergé dans un fluide subit une poussée verticale dirigée vers le haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. Pour le corps humain, cette poussée est généralement suffisante pour maintenir la tête hors de l’eau grâce à la présence des poumons, remplis d’air. En effet, l’air est environ 1 000 fois moins dense que l’eau, ce qui réduit la densité moyenne du corps et permet de flotter. Cependant, si l’on vide ses poumons, la densité corporelle augmente et le corps coule. Il n’existe pas d’état intermédiaire : soit on flotte, soit on coule. Cette expérience peut être quantifiée en mesurant, par exemple, le niveau d’immersion du visage ou la vitesse de redressement après une immersion.

Sous l’eau, la perception des couleurs et des objets est profondément modifiée par deux phénomènes physiques : l’absorption sélective de la lumière et la réfraction. L’eau absorbe plus rapidement les longueurs d’onde correspondant aux couleurs rouges et vertes, ce qui explique pourquoi un objet rouge semble s’assombrir et disparaître plus vite qu’un objet bleu lorsqu’on s’éloigne. Ce phénomène influence même les choix de sécurité : les gilets de sauvetage sont souvent jaunes, une couleur qui reste visible plus longtemps dans l’eau. Par ailleurs, la réfraction, c’est-à-dire la déviation de la lumière lorsqu’elle passe de l’air à l’eau, fait apparaître les objets immergés à une position différente de leur emplacement réel. Cela rend difficile, par exemple, de viser précisément un objet au fond d’une piscine sans ajuster sa perception.

La pression hydrostatique, c’est-à-dire la force exercée par l’eau sur un corps immergé, augmente avec la profondeur. Cette pression est responsable de la sensation de douleur dans les oreilles lors d’une plongée, car le tympan est sensible à ces variations. À titre d’exemple, à 1 mètre de profondeur, la pression est déjà 10 % plus élevée qu’à la surface. Cette augmentation est linéaire : plus on descend, plus la pression s’accroît. Dans une piscine, cette pression reste modérée, mais elle devient un facteur crucial en plongée sous-marine. Elle explique aussi pourquoi il est nécessaire d’équilibrer ses oreilles en soufflant légèrement par le nez lors d’une descente, pour éviter une gêne ou une blessure.