C'est quoi un G ?

On fait fréquemment référence à l'accélération subie par les pilotes de chasse dans une unité appelée le G. On lit ou entend par exemple qu'un "pilote peut prendre 9G". Mais un G c'est quoi ? Et qu'est-ce qui se cache derrière cette unité ?

La gravité et l'accélération

J'ai écrit il y a quelques mois un article sur la gravité, cette force qui fait que les objets ayant une masse s'attirent entre eux (l'exemple le plus connu étant la Terre qui attire la pomme "tombant" de l'arbre). Cette force sur Terre est presque la même partout, et provoque une accélération vers le sol de 9,8m/s².

Que représentent ces 9,8 "mètres par seconde carrée" ? L'accélération, vous le savez, évoque la façon dont notre vitesse varie. Dans un véhicule, plus l'accélération est grande, plus ce dernier arrive vite à une vitesse plus élevée.

des voitures qui accélèrent plutôt bien...

En physique on relie la vitesse et l'accélération par l'équation suivante :

Une accélération de 9,8m/s² signifie donc que chaque seconde, la vitesse augmente de 9,8m/s (soit 35,3km/h) : je démarre, au bout d'1s ma vitesse est de 35,3km/h, au bout de 2s elle est de 2x35,3=70,6km/h etc.

Et le G alors ?

Le G, c'est le nom que l'on a donné à la valeur de cette accélération que la Terre provoque sur les objets qu'elle attire à sa surface. La pomme qui tombe de l'arbre a une accélération de 1G en tombant, et si elle chute pendant une seconde, alors en arrivant au sol sa vitesse sera de... de ?... 9,8m/s, bravo ! Une voiture qui démarre avec une accélération de 1G (une voiture très rapide) aura atteint la vitesse de 70,6km/h au bout de 2s.

Le G dans la vie de tous les jours

J'en reviens à ma question initiale : ça veut dire quoi "un pilote de chasse peut prendre 9G" ? Eh bien cela veut tout simplement dire que son avion peut atteindre une accélération de 9x9,8m/s². Imaginez une voiture qui fait du 0 à 100km/h en 0,31s ! C'est ça 9G. Et on dit que le pilote "prend" 9G car il encaisse l'accélération, qui le projette contre son fauteuil.

Le corps humain, comme tout système vivant, a ses limites. Alors, quand on voit qu'à 9G l'homme non entraîné s'évanouit, quelle est l'accélération maximum que l'on peut subir ? Un petit tableau de la NASA permet de donner une idée de ce que l'on peut supporter, dans quelle direction, pendant combien de temps :

Le cerveau résiste à une accélération de 300G pendant 1ms, et subira des lésions graves à partir d'une accélération de 200G maintenue pendant plus de 5ms. Et pendant que j'écris ces lignes, je subis donc 1G vers le bas.

Vous voulez voir à quoi ça ressemble quelqu'un d'entraîné qui prend 9G ? Voici :

Et quand on n'est pas assez entraîné, ça donne quelque chose comme ça :

En savoir plus

Le voile noir : Les effets de la force d'accélération
Le Jerk et le Yank : des grandeurs liées à l'accélération utilisées en ingéniérie (montagnes russes par exemple)
Les relations entre accélération, vitesse et distance en physique sur Wikipedia.

Pourquoi flotte-t-on mieux dans l'eau de mer ?

Ah l'été... le soleil, la mer, pour les plus chanceux. Si vous avez l'habitude de nager en piscine, ou tout simplement d'y faire la baleine à l'occasion (je ne parle pas pour vous mesdames !), vous vous rendrez sans doute compte une fois dans l'eau de mer qu'il est beaucoup plus facile d'y flotter... Pourquoi ? Parce qu'elle est plus lourde. Mais on peut être plus précis. Densité, salinité, poussée d'Archimède... je vais vous expliquer tout ça.

L'eau de mer : une pincée de sel

L'eau de mer, vous le savez sans doute pour y avoir goûté un jour, pour avoir bu la tasse ou avoir été un brin trop curieux... ou alors parce qu'on vous l'a dit tout simplement, est salée. Cette salinité (ce mot désigne la quantité de sel dans un liquide, en g/kg) tire ses origines dans la formation des océans, il y a plusieurs milliards d'années (voir cet article qui l'explique succinctement). 

Or la salinité est un paramètre qui influe sur la densité de l'eau (à température constante, au fur et à mesure que j'ajoute du sel dans mon eau, elle deviendra plus dense). Il s'avère que l'eau de mer, autour de 20°C (parfois plus parfois moins selon l'endroit où vous vous baignez), est plus dense que l'eau de piscine.

Mais...

La densité, c'est quoi ?

La densité, c'est un facteur sans unité qui détermine la masse volumique d'un corps par rapport à un corps de référence. What??? Explications :

• en physique, un corps, c'est en fait un liquide, un solide ou un gaz (pour nous ça sera l'eau de mer donc)
• un corps de référence = l'eau pure à 4°C dans le cas des liquides
• la masse volumique = la masse (en kg par exemple) de ce que l'on peut mettre dans un volume (en dm³ par exemple) donné. Exemple : si je peux mettre 1kg d'un liquide dans un cube de 10cm de côté (d'un volume de 1dm³) la masse volumique de ce liquide est de... 1 kg/dm³.

Donc si je veux déterminer la densité de l'eau de mer dans laquelle je me baigne, je prends 2 récipients strictement identiques (c'est-à-dire de même volume), j'en remplis un de cette eau de mer, l'autre de mon liquide de référence, et j'en pèse les contenus. Le rapport entre les deux poids me donne la densité de l'eau de mer, qui sera plus grande que celle de l'eau de la piscine.

On comprend encore mieux la notion de densité quand on compare des objets tels que le plomb et les plumes. Vous vous souvenez de la fameuse question : qu'est-ce qui est plus lourd, un kilo de plumes ou un kilo de plomb ? Eh bien si la réponse est que les deux ont le même poids, mais on pourrait ajouter que le plomb est plus dense que les plumes, car un kilo de plomb pourra tenir dans la main, alors que pour stocker un kilo de plumes, il faudra un grand sac !

Tout ça pour dire qu'à volume constant, l'eau de mer dans laquelle vous vous baignez est plus lourde que l'eau de la piscine municipale ! 

Mais en quoi ça fait que je flotte mieux si je suis dans une eau plus lourde ? La réponse, est donnée par Archimède.

La poussée d'Archimède

Archimède, qui était loin d'être un cancre, a découvert la loi suivante, que l'on appelle la poussée d'Archimède :

"Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume du fluide déplacé."

Vous pouvez observer cette poussée lorsque vous essayez d'enfoncer un ballon dans l'eau : vous sentez qu'une force résiste et augmente au fur et à mesure que le ballon entre tout entier dans l'eau. Oui car plus le ballon entre dans l'eau, plus il déplace d'eau (le "volume de fluide déplacé" cité ci-dessus).

Donc bilan, vous, c'est le corps, et comme l'eau de mer est plus lourde que l'eau de piscine, eh bien elle vous "pousse" plus fort, ce qui fait que vous avez tendance à rester plus facilement en surface ! Pigé ?

La prochaine fois que vous ferez la planche, pensez-y !

Pour aller plus loin

Démonstration de l'effet du sel sur la densité de l'eau : on ne peut faire plus simple.
Pour mieux comprendre la densité, je vous engage aussi à reproduire l'expérience chez vous, et à faire varier la quantité de sel. Mais vous pouvez aussi garder le même liquide, et essayer d'y plonger des matériaux de masse volumique différente !