Notre projet : l'expérience du bateau
Le principe de notre expérience
Schéma de l'effet de serre
Hypothèse
Après avoir étudié le fonctionnement de l'hydrophobie, nous nous sommes posées la question suivante : Est-ce qu'un bateau avec une coque hydrophobe aurait moins de contact avec l'eau et donc pourrait avancer à des vitesses plus élevées?
Dans le cas où cette hypothèse serait vraie, cela permettrait de faire des économies de carburant. En effet, si un bateau, avec la même motorisation avance à une vitesse plus élevée, alors il lui faudra moins de temps pour parcourir la même distance. Il utiliserait alors moins de carburant pour le même trajet.
Or, le carburant utilisé dans les bateaux est le fioul lourd. Ce dernier, fabriqué à partir de pétrole, génère un fort rejet de CO2 dans l’atmosphère autant dans sa fabrication (raffineries) que lors de son utilisation. Le CO2 fait partie des gaz à effet de serre, limiter son rejet permet de limiter l’effet de serre.
Nous avons donc, tout d'abord, pensé à la construction de nos bateaux. Nous avons eu comme idée de faire nos bateaux à partir de polystyrène car c'est un matériau léger, qui flotte, facile à trouver et abordable au niveau du prix. Nous avons donc réalisé un premier test nous permettant de savoir si le spray faisait effet sur le polystyrène et le rendait hydrophobe ou non. Car, si cela le rend pas hydrophobe il faudrait trouver un autre matériau qui composerait nos bateaux.
Pour cela, nous avons simplement acheté un spray hydrofuge puis nous l'avons vaporisé sur un bout de polystyrène.
Nous avons ensuite fait couler de l'eau sur le bout hydrophobe et sur un bout de polystyrène normal servant de témoin afin de les comparer. Nous avons ainsi remarqué de le spray faisait effet sur le polystyrène. Nous allons donc utiliser ce matériau pour la construction des bateaux.
Pour tester notre hypothèse, nous avons pensé à l'expérience suivante :
Construire deux bateaux identiques, puis mettre, sur la coque de l'un des bateaux un spray hydrofuge. Les lancer ensuite, avec la même motorisation, sur une même distance et comparer leurs vitesses.
Le choix du matériau pour le bateau
La composition du bateau
Nos bateaux se composeraient de deux blocs de polystyrène collés entre eux. Celui du bas correspondrait à la coque, et celui du dessus permettrait de créer un compartiment pour contenir la pile et le moteur.
Le moteur serait lui-même relié à l'hélice (située sous le bateau) grâce à un élastique.
Construction des bateaux
Matériel nécessaire
1) Réalisation coque
Pour que les bateaux soient exactement des mêmes dimensions nous avons réalisé un patron en taille réelle pour le poser sur le polystyrène et faire les découpes à partir de ça.
Réalisation de trois bateaux. Un sera un bateau de test qui ne servira pas pour l’expérience. Les deux autres seront les bateaux pour l’expérience, ils seront donc identiques à part que l’un aura une coque hydrophobe et pas l’autre.
Pour cela, nous avons besoin du matériel suivant (quantité pour un bateau):
- polystyrène
- colle (pour relier les deux blocs de polystyrène qui composent un bateau)
- spray hydrophobe
- élastique (transmettre la rotation du moteur à l'hélice)
- moteur rotatif avec câbles électriques
- pile
- hélice :canette pour les pâles + cartouche de stylo + paille
Photo du matériel nécessaire
Photo du patron pour la forme du bateau
Photo de la partie inférieure de la coque du bateau
Photo de la partie supérieure de la coque du bateau
Bateau avec les deux parties assemblées
Nous voulions, au départ, coller nos deux blocs de polystyrène ensemble avec de la colle comme ci-dessus. Nous avons fait des tests avec 5 différents types de colles sur des petits échantillons de polystyrène pour tester et savoir lesquelles étaient efficaces ou non.
Photo des différents types de colle et leur effet sur le polystyrène
3) Construction des hélices
2) assemblage des deux parties pour la formation de la coque
photo d'un bateau assemblé grâce à du scotch
Cependant, les colles étaient soient trop fortes et "rongeaient le polystyrène", soit pas assez fortes et ne collaient pas efficacement le polystyrène.
Nous avons donc décidé de changer de solution, et d'assembler les deux parties d'un bateau à l'aide de gros scotch.
Photos de pâles de l'hélice et de l'hélice finalisée (fixée sur la cartouche)
4)Essai installation moteur
Pour construire les pâles de l’hélice nous avons découpé de l’aluminium d’une canette. Nous avons ensuite vidé une cartouche d’encre puis vissé les pâles de l’hélice dessus.
Nous avons, à l’aide d’un pic en bois, fait un trou à l’intérieur de la coque assez large pour pouvoir laisser passer l’élastique. Nous avons ensuite essayé de disposer le moteur, la pile et l’hélice sur le bateau de test pour essayer de le faire tourner. Cependant, nous remarquons que notre moteur n’est pas assez puissant pour arriver à faire tourner l’hélice correctement, et la technique de l’élastique est plutôt aléatoire : il ne tient pas très bien.
Nous devons donc arriver à trouver une autre solution pour réaliser notre expérience. Nous avons ainsi commandé deux nouveaux moteurs, moteurs cette fois submersibles, c’est-à-dire qu’il ne reste qu’à les fixer sous la coque.
Plusieurs problèmes rencontrés lorsque l’on fait glisser le bateau sur la planche :
- soit le bateau entre trop vite dans l’eau et « rebondit » sur la surface, donc perd toute sa vitesse
- soit le bateau ne glisse pas assez vite sur la planche et atteint l’eau avec une vitesse insuffisante.
Nous avons donc essayé de lui donner la vitesse adéquate en faisant varier plusieurs paramètres :
- l’inclinaison de la pente
- la hauteur de lancer du bateau
Nous avons donc testé de nombreuses inclinaisons de pente (de la plus forte à la moins forte), et, pour chaque inclinaison, testé différentes hauteurs de lancer de bateau (4 différentes hauteurs, marquées d’un trait de crayon).
Malgré ces nombreuses tentatives, nous ne sommes pas parvenus à trouver un bon compromis. Si le bateau va trop vite, il se renverse lors de son entrée dans l’eau. Si on diminue un peu la vitesse, cette dernière n’est pas suffisante et le bateau avance seulement d’une quinzaine de centimètres dans l’eau. Cette distance est très courte, ce qui, même si notre hypothèse était valable, pourrait empêcher de le prouver. En effet, sur une si courte distance on aurait du mal à voir la différence de vitesse (s’il y en a une) entre un bateau avec une coque hydrophobe et un bateau avec une coque normale. Il faut donc, pour nos tests de vitesse, arriver à les réaliser sur une distance beaucoup plus longue.
Ce test n’ayant pas été concluant, nous avons attendu d’avoir les moteurs submersibles pour continuer nos expériences.
Photos du positionnement de la planche
Pour installer les moteurs submersibles que nous avons achetés, nous avons décidé de faire un trou dans le polystyrène, de mettre le moteur à l’intérieur et de finir de le fixer à l’aide de scotch.
5) Alternative avant d'avoir de nouveaux moteurs
Ne pouvant pas réaliser l’expérience comme nous le souhaitions tant que nous n’avons pas les moteurs. Nous avons donc pensé, pour essayer d’avancer malgré tout à une nouvelle manière de tester notre hypothèse. Nous nous sommes dis que si on pose notre bateau sur une planche inclinée, qui l’amène dans l’eau, alors les deux bateaux auront exactement la même énergie (car la pente est la même) et nous pourrons observer s’ils continuent de glisser dans l’eau sur la même distance ou non.
Toutes les photos et vidéos de cette page, sauf précision particulière, ont été prises par nos soins
7) Lancement des bateaux
Cette fois aussi, nos valeurs sont toutes dans le même ordre de grandeur, et leur moyenne est égale à 16,42 secondes; ce qui, vu la précision des mesures, est le même temps que le bateau non hydrophobe
Nous répétons la même expérience avec le deuxième bateau. Cependant, nous rencontrons un problème avec ce bateau : il n’avance pas droit. Après avoir essayé de refixer le moteur correctement, nous nous rendons compte que le trou dans le polystyrène pour poser le moteur est légèrement trop grand, et que le moteur a une légère marge lui permettant de bouger. C’est ce qui explique pourquoi le bateau dévie. Pour palier à ce problème, nous essayons de fixer le moteur plus solidement et de le relancer. Il y a une nette amélioration, cependant il dévie encore trop pour pouvoir avec un temps pouvant être utilisé en comparaison. En effet, comme le bateau dévie, même légèrement, il parcourt une plus grande distance, donc on ne peut pas comparer au temps de l’autre bateau car ce ne sont pas les temps pour une même distance.
Nous essayons alors, pour avoir des mesures précises, de réutiliser le bateau pour lequel nous avons réussi à avoir des valeurs, et à rendre sa coque hydrophobe. Nous réutilisons donc le spray hydrophobe, et, après avoir attendu qu’il fasse effet, nous avons relancé le bateau dans l’eau.
Même chose que pour le précédent lancer, nous avons chronométré une dizaine de passages pour pouvoir en faire une moyenne et s'assurer de la reproductibilité de l'expérience.
Nous avons ensuite lancé les bateaux, un à un, dans un lac. Nous avons mesuré une distance précise (8m) sur un chemin bien précis en ligne droite. Nous avons commencé par lancer le bateau avec la coque non hydrophobe, en chronométrant le temps qu’il mettait à parcourir cette distance pour pouvoir ensuite le comparer avec l’autre bateau pour voir s’il y a une différence.
Nous l’avons lancé plusieurs fois, de sorte à obtenir une dizaine de chronométrages différents, afin de pouvoir avoir un temps moyen et pour vérifier la reproductibilité de l'expérience.
Nos valeurs sont toutes plus ou moins homogènes, on peut donc en conclure que nos mesures sont plutôt justes. Le temps moyen que le bateau a mis est de 16.59 secondes.
Après comparaison des deux moyennes des temps pour les bateaux, nous nous rendons compte qu’il n’y a quasiment aucune différence. Cela signifie peut-être que notre hypothèse de départ était fausse, mais pas forcément. En effet, la distance était peut-être trop courte pour voir la différence avec des mesures de temps pas extrêmement précises, mais pour des raisons matérielles nous ne pouvions pas faire plus long. Une autre hypothèse peut être que la coque hydrophobe a un effet sur la vitesse du bateau, mais qu’il est tellement minime par rapport à la poussée du moteur qu’on ne peut pas le voir sur des mesures de ce type.
6) Mise en place des moteurs submersibles
Conclusion de notre expérience
Comment fonctionne l’effet de serre ?
L’effet de serre est un phénomène naturel. Il permet à la terre de garder une température convenable pour la vie.
L’atmosphère de la Terre contient des gaz à effet de serre. Ces derniers retiennent une partie des rayons infrarouges que la Terre réémet vers l'espace. Ce rayonnement "prisonnier" de l'atmosphère terrestre réchauffe la surface de la planète ainsi que l'atmosphère.
Cependant, l’activité humaine perturbe cet effet. En relâchant une grande quantité de gaz à effet de serre, notamment du CO2, dans l’atmosphère, cela augmente l’effet de serre. Les rayons infrarouges sont plus retenus pas l’atmosphère terrestre, ainsi une plus grande partie est réfléchie et retourne sur la terre. Cela provoque donc le réchauffement climatique.
Ce dernier a de nombreuses répercussions néfastes sur l’environnement. On peut par exemple citer la fonte des glaces, qui menace des espèces animales d’extinction et la disparition de certaines iles qui sont au niveau de la mer. Il y aura aussi une forte hausse des phénomènes météorologiques extrêmes (sécheresses, inondations, tempêtes…) tant au niveau de la fréquence d’apparition que de leur intensité. Enfin, cela menace la biodiversité à long terme.
De réduire la consommation de carburant des bateaux permet donc de limiter le rejet de gaz à effet de serre, et grâce à ça de limiter le réchauffement climatique.
photos de l'installation du moteur submersible
Vidéo du lancement de notre bateau sur le lac.
Elle est aussi disponible sur YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=HY686DIGp1Y