Chapitre 8 | Première Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique-Chimie | ⏱ 50 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, 15:45
Nadia, technicienne chauffagiste chez ThermoPlus à Grenoble, effectue la maintenance d'un circuit de chauffage central. Lors de la purge d'un radiateur, elle observe des bulles d'air qui remontent à la surface de l'eau. Elle doit aussi tester l'étanchéité de composants stockés dans un bac d'eau.
| Objet | Masse m (g) | Volume V (cm³) | Matériau |
|---|---|---|---|
| A — Flotteur de niveau | 5 | 200 | Polystyrène |
| B — Raccord cuivre | 178 | 20 | Cuivre |
| C — Bouchon plastique | 46 | 50 | PVC |
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (poids et poussée), §2 (force d'Archimède) et §3 (flottaison) de la leçon Ch08.
Calculer le poids P = m × g de chacun des 3 objets. Exprimer en N.
Attention : convertir m en kg.
Objet A : m = 5 g = 0,005 kg → PA = 0,005 × 9,81 = 0,049 N.
Objet B : m = 178 g = 0,178 kg → PB = 0,178 × 9,81 = 1,75 N.
Objet C : m = 46 g = 0,046 kg → PC = 0,046 × 9,81 = 0,451 N.
Lorsqu'un objet est totalement immergé, le volume d'eau déplacé = volume de l'objet.
Relever le volume de chaque objet. Lequel déplace le plus grand volume d'eau ?
L'objet A (flotteur en polystyrène) déplace le plus grand volume d'eau (200 cm³).
Calculer la force d'Archimède FA = ρ × g × V exercée par l'eau sur chaque objet (totalement immergé).
Convertir V en m³ avant de calculer.
Objet A : VA = 200 × 10⁻⁶ = 2 × 10⁻⁴ m³.
FA,A = 1 000 × 9,81 × 2 × 10⁻⁴ = 1,96 N.
Objet B : VB = 2 × 10⁻⁵ m³.
FA,B = 1 000 × 9,81 × 2 × 10⁻⁵ = 0,196 N.
Objet C : VC = 5 × 10⁻⁵ m³.
FA,C = 1 000 × 9,81 × 5 × 10⁻⁵ = 0,491 N.
Compléter le tableau récapitulatif. Comparer P et FA. L'objet flotte-t-il ou coule-t-il ?
| Objet | P (N) | FA (N) | Comparaison | Flotte/coule |
|---|---|---|---|---|
| A — Flotteur | … | … | … | … |
| B — Cuivre | … | … | … | … |
| C — PVC | … | … | … | … |
| Objet | P | FA | Comparaison | Bilan |
|---|---|---|---|---|
| A — Flotteur | 0,049 N | 1,96 N | P < FA | ✅ Flotte |
| B — Cuivre | 1,75 N | 0,196 N | P > FA | ❌ Coule |
| C — PVC | 0,451 N | 0,491 N | P < FA | ✅ Flotte |
Quand FA > P : l'objet remonte (flotte). Quand P > FA : l'objet descend (coule).
Formuler la condition générale pour qu'un objet flotte. Compléter : « Un objet flotte dans un fluide si … »
Un objet flotte si la force d'Archimède est supérieure au poids : FA > P.
Cela revient à : sa masse volumique est inférieure à celle du fluide : ρobjet < ρfluide.
Vérification PVC : ρC = m / V = 0,046 / (5 × 10⁻⁵) = 920 kg/m³ < 1 000 kg/m³ → flotte ✓.
Bulle d'air dans le radiateur : V = 0,5 cm³ = 5 × 10⁻⁷ m³.
a) Calculer le poids P de la bulle d'air (m = ρair × V).
b) Calculer la force d'Archimède FA exercée par l'eau.
c) Comparer P et FA. Que va faire la bulle ?
a) m = ρair × V = 1,2 × 5 × 10⁻⁷ = 6 × 10⁻⁷ kg.
P = m × g = 6 × 10⁻⁷ × 9,81 ≈ 5,9 × 10⁻⁶ N.
b) FA = ρeau × g × V = 1 000 × 9,81 × 5 × 10⁻⁷ ≈ 4,9 × 10⁻³ N.
c) FA / P = 4,9 × 10⁻³ / (5,9 × 10⁻⁶) ≈ 830. La poussée d'Archimède est ~ 830× plus grande que le poids → la bulle remonte vigoureusement.
Pourquoi ? Parce que ρair = 1,2 kg/m³ ≪ ρeau = 1 000 kg/m³.
Le bouchon PVC flotte en dépassant légèrement de la surface. Calculer la fraction immergée à l'équilibre :
Vimmergé / Vtotal = ρobjet / ρfluide
Cohérent avec l'observation ?
ρC = m / V = 0,046 / (5 × 10⁻⁵) = 920 kg/m³.
Fraction immergée : Vimm / Vtotal = 920 / 1 000 = 0,92 = 92 %.
Le bouchon est immergé à 92 % et ne dépasse que de 8 % hors de l'eau. Cohérent avec « flotte légèrement » ✓.
C'est aussi pourquoi un iceberg ne montre que 10 % de sa hauteur (ρglace = 920 kg/m³, ρeau de mer = 1 025 kg/m³ → 90 % immergé).
Nadia explique à un apprenti pourquoi il faut purger les radiateurs. Rédiger un paragraphe (3-4 phrases) qui décrit :
Pourquoi purger les radiateurs ?
L'air emprisonné dans un circuit de chauffage rempli d'eau est beaucoup moins dense que l'eau (1,2 kg/m³ contre 1 000 kg/m³). La poussée d'Archimède pousse les bulles d'air vers le haut : elles remontent et se concentrent dans la partie haute des radiateurs.
Cette poche d'air empêche l'eau chaude de circuler correctement dans le haut du radiateur → il reste froid en partie haute. La purge consiste à ouvrir la vis de purge (en haut du radiateur) pour évacuer l'air et permettre à l'eau chaude de remplir tout le radiateur.
À faire 1 à 2 fois par an (début de saison de chauffe). Économie estimée : 5-10 % sur la facture si tous les radiateurs sont bien purgés.
Comment fonctionne un sous-marin pour pouvoir plonger et remonter à volonté, sachant qu'il pèse plusieurs milliers de tonnes ?
Un sous-marin moderne pèse 8 000 à 20 000 tonnes. Son volume V étant fixe (coque rigide), comment fait-il pour avoir tantôt P > FA (descend), tantôt P < FA (remonte) ?
Solution : modifier la masse en remplissant ou vidangeant des ballasts (réservoirs).
Architecture :
Application numérique :
Bonus : un poisson utilise le même principe avec sa vessie natatoire qu'il gonfle ou dégonfle pour contrôler sa profondeur. Ingénieux !
Pour Nadia : le même principe physique permet d'utiliser une bouteille d'expansion dans un circuit de chauffage : elle absorbe les variations de volume de l'eau qui chauffe (1 m³ d'eau gagne ~ 4 % de volume entre 20 °C et 80 °C).