Questions d’enfants : « Pourquoi l’eau du bain se vide-t-elle en faisant un tourbillon ? », se demande Célia (9 ans)

Tu as déjà remarqué que dans ton évier ou dans ta baignoire l’eau se vidait en formant un tourbillon. La légende raconte qu’il tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans l’  hémisphère nord et dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’  hémisphère sud. Aujourd’hui, je vais t’expliquer si cette légende est vraie.

Tout d’abord, il faut comprendre que la terre tourne sur elle-même, comme une toupie, et qu’en tournant, elle est soumise à une force nommée « la force centrifuge ». C’est cette même force qui fait lever tes bras quand tu tournes très vite sur toi-même ou qui permet au lanceur de marteau de lancer son poids très loin !

VIDÉO : Les mouvements de la Terre sur elle-même et autour du Soleil CM1 - CM2 - 6ème (Maître Lucas – Youtube 2020)

À l’échelle de la planète, on appelle cette force : « Coriolis ». L’endroit sur Terre où elle est la plus importante se trouve au niveau de l’équateur, car c’est l’endroit le plus éloigné de l’  axe de rotation de notre planète. Ainsi, plus un objet est proche de l’équateur plus sa vitesse est grande. À l’inverse au niveau des  pôles nord et sud cette force est quasiment absente car la vitesse est faible voire nulle.

Pour résumer, si on prend une bassine d’eau et que l’on retire un bouchon au fond, on devrait observer l’eau se vider en faisant un tourbillon dans un sens différent si on se trouve au-dessus ou au-dessous de l’équateur. En effet, la moitié de l’eau de la bassine proche de l’équateur tourne plus vite que la moitié près du pôle, cela crée un déséquilibre entre les deux masses d’eau, et donc un tourbillon. Il tournera dans le sens inverse des aiguilles d’une montre si je suis au nord et dans le sens des aiguilles d’une montre si je suis au sud !

Schéma de la force de Coriolis © Benoît Augier (via The Conversation)

C’est une belle théorie, pourtant, à l’échelle d’un lavabo ou d’une baignoire il est pratiquement impossible d’observer ce phénomène… Ce déséquilibre de force est beaucoup trop faible pour jouer un rôle car la différence de distance avec l’équateur entre les deux côtés de ton lavabo est toute petite !

Lorsque tu observes un tourbillon dans ton évier, il est fort probable que ce soit uniquement à cause de la forme de ta vasque qui n’est pas parfaite et n’a pas un écoulement identique sur toute la paroi, ou encore parce que tu as donné une impulsion à l’eau dans un sens ou l’autre en retirant le bouchon.

Pour observer la force de Coriolis il faudrait un grand bassin parfaitement sphérique, laisser reposer l’eau pendant très longtemps et avoir un système pour retirer le bouchon qui ne donnerait aucune direction à l’eau.

D’ailleurs tu peux facilement prouver que tu as plus d’effet que Coriolis et changer le sens de rotation du tourbillon en brassant l’eau de ton lavabo dans un sens ou l’autre avant d’ouvrir le bouchon. Essaie après ton prochain bain !

Cette analyse a été rédigée par Benoît Augier, chercheur en hydrodynamique à l’Institut Français de Recherche pour l’Exploitation de la Mer (Ifremer).
L’article original a été publié sur le site de The Conversation.