III- Réalisation du bateau

III- Réalisation du bateau :

Nous avions donc choisi la roche que nous allions utiliser pour réaliser le bateau : le calcaire. En effet, nous ne pouvions pas utiliser le granite car ce dernier était trop difficile à travailler avec les outils dont nous disposions. Cependant, les différentes expériences que nous avions faites précédemment ont révélé un problème que nous devions résoudre le plus rapidement possible : l’étanchéité du calcaire. En effet, cette roche absorbe facilement l’eau et n’est donc pas étanche à l’inverse du granite. Or, afin de réaliser notre bateau et pour améliorer sa flottabilité, il fallait donc que l’on trouve une solution pour que notre bateau en calcaire n’absorbe pas l’eau.

             

Nous avons tout d’abord pensé à utiliser un vernis pour rendre le bateau imperméable à l’eau mais notre « possible » solution restait encore vague. Nous nous sommes souvenues du contexte de notre TPE qui n’était autre que le VIe siècle, siècle durant lequel les moines irlandais ont traversé la Manche. En effet si les bateaux des moines irlandais avaient été en calcaire, ils auraient alors dû trouver une solution naturelle au problème d’étanchéité de la roche. En effectuant des recherches et en discutant avec nos professeurs encadrants, nous avons alors pensé au bitume comme imperméabilisant naturel. En effet, le bitume est un matériau présent naturellement dans l’environnement et il est connu pour être imperméable vis-à-vis de l’eau. Les moines auraient donc pu utiliser le bitume pour rendre ainsi le bateau en calcaire étanche. Cependant, le bitume est un matériau extrêmement salissant et nous ne pouvions pas l’utiliser pour notre expérience en laboratoire.

Nous avons donc   continué nos recherches en les étendant cette fois-ci à des matériaux artificiels car nous avions déjà trouvé une possible solution naturelle. Suite à nos recherches, nous avons décidé d’utiliser la paraffine (CnH2n+2) qui est un des composants principaux de la cire de bougie et qui est donc imperméable et facile d’utilisation en laboratoire.  Il existe différentes formes de paraffines (solide, liquide, huileuse). Afin de tester la paraffine comme imperméabilisant sur le calcaire, nous avons tout d’abord utilisé la cire de bougie comme premier test. Ainsi, nous avons fait fondre cette cire que nous avons ensuite étalé sur un petit bloc de calcaire. Une fois le bloc entièrement recouvert de cire de bougie, nous l’avons trempé dans une bassine pleine d’eau. Résultat : la cire de bougie n’a pas absorbé l’eau, le bloc de calcaire est donc ainsi devenu étanche. Nous avions donc trouvé notre imperméabilisant pour le bateau en calcaire et ainsi résolu le problème qui nous était apparu lors du choix de la roche pour le bateau. 

Concernant la quantité de calcaire nécessaire à la réalisation du bateau, la laborantine nous a donné un gros bloc de calcaire provenant du château de notre lycée. Nous avons décidé de ne pas utiliser tout le bloc car nous ne voulions pas que notre bateau soit trop gros afin de pouvoir mieux le travailler. Nous avons ainsi découpé un pavé droit de 24cm de longueur, 14cm de largeur et de 8cm de hauteur. Puis afin de savoir quelle forme nous allions donner au bateau, nous avons téléchargé avec l’accord de nos professeurs encadrants un logiciel de conception pour bateau (logiciel Delftship). Ce logiciel était en anglais et nous avons donc dû traduire certains termes spécifiques au bateau. Nous avons rentré les dimensions que nous voulions pour notre bateau et le logiciel nous a alors donné un possible aperçu de ce dernier en nous indiquant les dimensions pour la profondeur de la coque. 

Une fois le plan du bateau imprimé, nous nous sommes rendues chez une connaissance à Sarah, Pierre,  maîtrisant le travail de la roche. Il nous a aidées à creuser le bloc de calcaire en nous montrant les gestes à effectuer et les outils à utiliser. Ainsi, nous avons tout d’abord tracé au crayon de bois sur le bloc de calcaire, l’esquisse du bateau. Nous avons ensuite creusé autour à l’aide d’un burin et d’un maillet en donnant des petits coups de maillet sur le burin. Puis avec du papier de verre, nous avons polit les contours du bateau et arrondit la coque. Nous avons effectué la réalisation de notre bateau sur deux jours.

Le deuxième jour, nous avons creusé l'intérieur à l'aide d'une perceuse sur les conseils et instructions de Pierre en veillant à bien respecter les consignes de sécurité (blouse, gants, lunette, cheveux attachés). Nous creusions des trous à intervalles réguliers sur la surface à creuser puis nous aplanissions le tout à l'aide du burin et du maillet.

 Une fois le bateau réalisé, nous devions le recouvrir de paraffine. Nous avons ainsi mis à chauffer un bloc de paraffine sur un bec électrique. Puis avec une spatule, nous avons recouvert petit à petit le bateau de paraffine. Cette étape ne fut pas la plus facile car lorsque nous faisions tombé quelques gouttes de paraffine sur la paillasse, la paraffine refroidissait aussitôt et il était alors très compliqué et difficile de l’enlever.

Une fois le bateau de calcaire imperméabilisé, nous avons fait un premier essai. Malheureusement, le bateau de calcaire n’a pas flotté. Nous en sommes alors arrivées à la conclusion que le volume d’air à l’intérieur du bateau n’était pas suffisant et qu’il fallait donc creuser encore un peu l’intérieur de celui-ci. Nous avons donc enlevé la paraffine à l’aide du maillet et du burin et nous avons à nouveau percé quelques trous à l’intérieur en veillant toutefois à ne pas percer trop profond.

Lorsque nous avons jugé la profondeur suffisante, nous nous sommes arrêtées. Afin de savoir si, théoriquement, notre bateau allait flotter ou non, nous avons calculé la Poussée d'Archimède et le poids du bateau afin de les comparer. Rappelons que le Poids d'un objet est le produit de sa masse m en kg et de l'accélération de la pesanteur en N/kg. P = 0.89 x 9.81 d'où P = 8.7309 N. Pour que le bateau flotte, il faut donc que la poussée d'Archimède soit supérieure ou égale à 8.7309 N. Nous connaissions la formule de la poussée d'Archimède : F_A = ρ.V.g  où ρ est la masse volumique du fluide en kg/m3, V  le volume de fluide déplacé en m3 et g l'accélération de la pesanteur en N/kg. Nous savons que la masse volumique de l'eau est de 1000 kg/m3. Pour déterminer le volume de fluide déplacé, nous imaginions que le bateau était complètement immergé. Le volume d'eau déplacé équivalait dans ce cas au volume total du bateau (volume de la partie en calcaire et de celle de l'air contenu dans le bateau)  qui était de 993.25 cm3 soit 0.00099325 m3. Nous utilisions ensuite la formule et trouvions ainsi une poussée d'Archimède égale à 9.74 N. Cette dernière était supérieure au poids du bateau, ce dernier devait donc théoriquement flotter d'autant plus que nous avions décidé de tester le bateau dans de l'eau salée. Cela donc augmenter encore davantage la poussée d'Archimède car la masse volumique de l'eau salée est d'environ 1025 kg/m3.

Comme les bateaux en granite utilisés par les moines irlandais avaient traversé la Manche, nous avons cherché la concentration saline de cette mer qui était environ de 34g pour 1L d’eau soit 1dm³. Puis nous avons calculé le volume d’eau dans  l’aquarium où nous allions tester notre bateau. A l’aide d’un produit en croix, nous avons donc déterminé qu’il fallait mettre 52g de gros sel dans l’aquarium prêté par le lycée pour 1.5345 dm³ (hauteur d’eau de 15 cm). Une fois la concentration saline calculée, nous pouvions donc tester notre bateau en calcaire afin de savoir si, comme nous l’avions démontré précédemment par le calcul, il allait flotter.