Ce fut cet été - lors d'une chaude soirée - que l'auteur de ces lignes eut l'idée de se lancer un petit défi à l'occasion d'un apéritif au bord du lac : réussirait-il à faire tenir en suspension dans l'eau une des bouteille déjà consommée ? Pour cela, la quantité d'air dans la bouteille doit être juste suffisante pour que d'une part elle ne remonte pas à la surface, mais sans pour autant couler. Afin que l'air ne s'échappe pas, le goulot de la bouteille doit être orienté vers le bas, ce qui rend la tâche assez difficile.

À un moment donné, la bouteille semblait avoir presque atteint l'état d'équilibre, car elle ne dépassait plus de la surface de l'eau. Afin de vérifier si elle flottait réellement, elle a été enfoncée d'un mètre sous la surface. A cet endroit, la bouteille s'est mise à couler lentement vers le fond. Le blogueur a donc remonté la bouteille et l'a relâchée juste sous la surface de l'eau ; là, la bouteille est remontée vers la surface. Une répétition de l'expérience a donné le même résultat : soit la bouteille coulait vers le fond, soit elle remontait vers la surface.
Comment expliquer ces observations ?

La flottabilité varie en fonction de la profondeur

La poussée hydrostatique subie par un objet dans l'eau est égale au poids de l'eau déplacée par cet objet. Ainsi, lorsqu'on plonge une bouteille en PET vide d'un litre dans l'eau, on ressent une poussée hydrostatique de 1 kg.
La bouteille en verre (d'environ 3.5 dl) utilisée dans l'expérience décrite plus haut était à moitié remplie d'air ; on peut donc estimer grossièrement que le volume d'air était de 170 ml et que la poussée était de 170 g.  Près de la surface, cette poussée était manifestement suffisante pour que la bouteille remonte lentement. Lorsque cette même bouteille a été enfoncée à 1 m sous la surface, la pression de l'eau - désormais plus élevée - a légèrement comprimé l'air contenu dans la bouteille. Le volume d'eau déplacé a ainsi été réduit d'autant et la poussée est devenue inférieure à 170 g, désormais insuffisante pour faire remonter la bouteille, laquelle s'est mise à couler lentement.

Il existe une profondeur optimale où le volume d'air présent dans la bouteille provoque une poussée vers le haut compensant exactement le poids de la bouteille. Dans cette situation, la bouteille flotte entre deux eaux, ne montant ni ne descendant, jusqu'à la fin des temps, du moins en thérorie...

La bouteille agit simultanément comme un baromètre et un thermomètre

En réalité, la bouteille ne reste pas indéfiniment en suspension. Si l'eau refroidit légèrement pendant la nuit, par exemple, l'air contenu dans la bouteille refroidit également... et son volume diminue ; dès lors la bouteille se met à descendre. En ce sens, la bouteille agit comme un thermomètre ; si la température de l'eau s'abaisse, la bouteille descend.
Mais la bouteille est également un baromètre.  En effet, la pression exercée sur l'air dans la bouteille n'est pas seulement celle de l'eau, mais aussi celle de l'atmosphère à la surface de l'eau. Si la pression atmosphérique baisse en raison de l'arrivée d'une zone de basse pression, la pression dans la bouteille diminue également ; dès lors, l'air dans la bouteille se dilate et la bouteille remonte.

La règle météorologique suivante s'applique donc : si la bouteille remonte, le temps se dégrade, si la bouteille descend, le temps s'améliore.

Le Diable de Descartes

Evidemment, le blogueur n'a pas ici révolutionné la science, mais expérimenté un fait bien connu sous le nom de "Diable de Descartes" (ou ludion). Vous trouverez ici quelques notions supplémentaires ainsi que des instructions pour fabriquer vous-même votre ludion.