Pourquoi est-il dangereux de fuir à pied sur une route inondée ?
― Même avec de l'eau jusqu'aux genoux, un adulte peut perdre pied s'il y a du courant
« Avec de l'eau jusqu'aux genoux, je devrais pouvoir marcher. » C'est en pensant cela que des gens sortent, et les accidents où le courant emporte leurs jambes se répètent. La cause est un duel entre deux forces. La force avec laquelle l'eau pousse les jambes augmente brutalement avec la vitesse du courant. En même temps, le corps immergé devient plus léger, et l'adhérence des semelles au sol s'affaiblit.
Par une nuit de forte pluie, de l'eau boueuse envahit la route devant chez vous. La profondeur atteint les genoux. Le centre d'évacuation est à environ 10 minutes à pied.
Vous avez sans doute déjà marché dans une piscine avec de l'eau jusqu'aux genoux. C'était un peu lourd, mais pas de quoi tomber.
Pourtant, à la même profondeur, tout change dès que l'eau se met à « couler ». Qu'est-ce qui diffère au juste ?
Le danger vient d'un duel entre deux forces
Si la vitesse du courant double, la force qui pousse les jambes quadruple. Une légère accélération suffit à faire bondir cette force.
Dans l'eau, la flottabilité agit et allège le corps. Comme la force qui presse le sol diminue, les semelles perdent leur résistance au glissement.
Que la personne soit emportée ou non dépend de laquelle des deux forces l'emporte : « la force du courant qui pousse » ou « la force de résistance des semelles ». Voyons cela dans l'ordre.
Pourquoi la force du courant augmente-t-elle si brutalement ?
L'eau en mouvement heurte les jambes et change de direction. La quantité de mouvement que l'eau transmet ainsi aux jambes constitue la force qui les pousse.
Si la vitesse double, le volume d'eau qui heurte les jambes chaque seconde double aussi. Et la quantité de mouvement de chaque portion d'eau double également. Ces deux doublements se combinent, et la force qui pousse quadruple. C'est cela, « augmenter avec le carré de la vitesse ».
De plus, plus l'eau est profonde, plus la surface de jambe exposée au courant augmente. Si la profondeur double, la force qui pousse double elle aussi, environ. Essayez de faire varier la vitesse du courant avec le curseur de la figure 1.
1,6 m/s correspond à peu près à la vitesse d'un adulte marchant d'un pas pressé. Pour une eau qui s'écoule sur une route, ce n'est absolument pas une vitesse rare.
Pourquoi l'immersion réduit-elle la résistance ?
Nous tenons debout sur le sol parce que notre poids presse les semelles contre lui. Plus cette pression est forte, moins les semelles glissent sous une poussée latérale.
Mais dans l'eau, la partie immergée subit la flottabilité. Pour une personne de 60 kg immergée jusqu'au-dessus des genoux, le poids de l'eau déplacée par les jambes allège le corps d'environ 10 kg. La pression des semelles sur le sol diminue d'autant, et le glissement devient plus facile.
De plus, la surface d'une route inondée est glissante, couverte de boue. C'est bien plus glissant qu'une route sèche. Plus la profondeur augmente, plus « la force qui pousse augmente et la force de résistance diminue » : ces deux évolutions défavorables se produisent en même temps.
Quand on marche, au moment où l'on lève un pied, c'est l'autre jambe, seule, qui doit résister au courant. C'est pourquoi marcher est plus dangereux que rester immobile.
Dans une eau trouble, on ne voit pas le sol. Lors d'une inondation, la pression de l'eau peut faire sauter le couvercle d'une bouffe d'égout, ou effacer la limite entre la route et un fossé ou un canal d'irrigation. Un seul faux pas peut faire tomber dans un trou et entraîner la personne dans le courant.
Alors, que faire ?
- Évacuer avant que l'eau n'arriveÉvacuez pendant que la route est encore sèche. Sortir une fois l'inondation commencée est déjà dangereux en soi.
- Si l'eau est déjà là, ne sortez pas de forceMonter à l'étage de sa maison ou d'un bâtiment solide à proximité est aussi une forme d'évacuation valable.
- Si vous voyez quelqu'un emporté, ne plongez pas dans l'eauSans vous approcher, appelez les secours, lancez un objet flottant et attendez l'aide.
Selon les documents des organismes de prévention des catastrophes, marcher est dangereux pour un adulte dès environ 50 cm de profondeur, et un courant peut faire perdre pied même à 20 cm. Les bottes en caoutchouc, qui se remplissent d'eau et deviennent lourdes, sont à éviter : des chaussures de sport lacées sont recommandées. Tâtez le sol avec un bâton, et marchez en groupe plutôt que seul, reliés par exemple avec une corde. Mais ceci reste une méthode de dernier recours. Le mieux est toujours de terminer l'évacuation avant l'arrivée de l'eau.
En résumé
Sur une route inondée, une personne est emportée pour deux raisons combinées : ① la force du courant sur les jambes augmente avec le carré de la vitesse, et ② plus on est immergé, la flottabilité allège le corps et réduit l'adhérence des semelles. Juger « je peux marcher » en se basant seulement sur la profondeur fait oublier la force du courant.
C'est la vitesse, plus que la profondeur, qui emporte les gens.
C'est pourquoi l'évacuation doit être terminée avant l'arrivée de l'eau.
Dans une même inondation, si la portière d'une voiture ne s'ouvre plus, ce n'est pas le courant mais le « poids de l'eau » qui en est la cause. Les détails sont expliqués dans pourquoi la portière d'une voiture ne s'ouvre plus sur une route inondée. Sur les raisons pour lesquelles une rivière peut monter soudainement même sous un ciel dégagé, lisez pourquoi une rivière peut monter alors qu'il fait beau.
- Dans la baignoire, ouvrez la paume de la main et déplacez-la lentement sur le côté. Puis parcourez la même distance, mais plus vite.
- Sentez combien la force qui repousse la paume est plus forte quand le mouvement est rapide. Si la vitesse double, la force quadruple.
- Assis dans la baignoire, soulevez légèrement les hanches. Vous devriez sentir votre corps se lever bien plus facilement que sur terre. C'est la flottabilité.
S'il y a une piscine à courant (rivière artificielle), tenez-vous debout face au courant : vous sentirez bien la poussée sur le corps. Ne tentez jamais cela sur une vraie route inondée.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules, liens avec les programmes scolairesDu collège à l'université, le niveau de chaque notion est indiqué clairement
- Collègeniveau du programme de sciences au collège
- Lycéeniveau du programme « physique fondamentale/physique » au lycée
- Lycée+niveau avancé du lycée, ou encadré complémentaire du manuel
- Universitécontenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (mécanique des fluides)
- Recherchesujet qui n'est même pas enseigné à l'université comme un « fait établi », et que les chercheurs étudient encore activement
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Traînée : force qui pousse un objet placé dans un courant, dans le sens de l'écoulement. C'est la force que l'eau exerce sur les jambes.
- Flottabilité (poussée d'Archimède) : force dirigée vers le haut que subit un objet immergé dans l'eau, égale au poids de l'eau déplacée.
- Force de frottement : force qui empêche deux surfaces de glisser l'une sur l'autre. Elle augmente avec la force qui presse les surfaces l'une contre l'autre.
CollègeLycéeVérification par le calcul : comparer la force du courant et la force de résistance
Calculons les deux forces pour un adulte de 60 kg debout dans un courant de 50 cm de profondeur. Les valeurs ne servent qu'à illustrer le mécanisme.
| En notation symbolique | F ＝ ½ × ρ × C × A × v² et R ＝ μ × ( m × g − ρ × V × g ) |
| En mots | Force qui pousse ＝ ½ × densité de l'eau × coefficient de forme × surface exposée au courant × carré de la vitesse. Force de résistance ＝ coefficient de frottement ×（poids − flottabilité） |
| D'où viennent ces formules | La force qui pousse provient de la quantité de mouvement de l'eau freinée en heurtant les jambes. La force de résistance combine la loi du frottement et le principe d'Archimède. Quand la force qui pousse dépasse la force de résistance, le pied commence à glisser. |
| Symbole | Signification et unité |
|---|---|
| F | Force du courant sur les jambes (traînée). Unité : N (newton) |
| ρ | Densité de l'eau. Unité : kg/m³ |
| C | Coefficient de traînée. Nombre déterminé par la forme de l'objet, sans unité |
| A | Surface frontale des jambes exposée au courant. Unité : m² |
| v | Vitesse du courant. Unité : m/s |
| R | Limite de résistance des semelles. Unité : N |
| μ | Coefficient de frottement entre semelle et sol, sans unité |
| V | Volume de la jambe immergée. Unité : m³ |
| Densité de l'eau | 1000 kg/m³ |
| Coefficient de traînée d'un cylindre comme une jambe | environ 1,0 |
| Surface frontale exposée (deux jambes de 12 cm de large, profondeur 50 cm) | environ 0,12 m² |
| Vitesse du courant | 1,5 m/s |
| Poids | 60 kg |
| Volume de jambe immergée (équivalent à 10 kg d'eau) | environ 10 L |
| Coefficient de frottement entre une route boueuse mouillée et une semelle | supposé à 0,3 |
| Carré de la vitesse | 1,5 × 1,5 ＝ 2,25 |
| Moitié de la densité de l'eau (le coefficient 1,0 ne change rien) | 1000 ÷ 2 ＝ 500 |
| Multiplication par la surface | 500 × 0,12 ＝ 60 |
| Force F qui pousse | 60 × 2,25 ＝ 135 N |
| Poids de la personne | 60 × 9,8 ＝ 588 N |
| Flottabilité (poids de 10 kg d'eau) | 10 × 9,8 ＝ 98 N |
| Force qui presse le sol | 588 − 98 ＝ 490 N |
| Force de résistance R | 490 × 0,3 ＝ 147 N |
| Carré de la vitesse où la force qui pousse égale la résistance | 147 ÷ 60 ≒ 2,45 |
| Vitesse correspondante | la racine de 2,45 est environ 1,57 (environ 1,6 m/s) |
À 1,5 m/s, la force qui pousse est de 135 N. On est tout près de la limite de 147 N : une légère accélération suffit à faire glisser le pied.
| Équivalent en poids de la force de 135 N | 135 ÷ 9,8 ≒ 13,8 kg |
| À une vitesse double, 3 m/s, la force qui pousse devient | 135 × 4 ＝ 540 N |
Un courant à 1,5 m/s revient à être poussé en continu par un sac d'environ 14 kg. À 3 m/s, c'est l'équivalent de 55 kg, comme un adulte qui vous percuterait sans cesse. Et au moment où l'on lève un pied, la résistance diminue encore davantage.
LycéeLycée+Équilibre des forces et résistance en carré de la vitesse
LycéeEn physique fondamentale, on apprend que la force de frottement statique maximale vaut « coefficient de frottement statique × force normale ». Dans l'eau, la flottabilité réduit la force normale, donc la force de frottement maximale diminue même avec les mêmes chaussures. La flottabilité s'obtient avec le principe d'Archimède : elle égale « le poids du liquide déplacé ».
Lycée+La résistance de l'eau ou de l'air comporte une composante proportionnelle à la vitesse (résistance visqueuse) et une autre proportionnelle au carré de la vitesse (résistance inertielle). Pour une taille comme celle d'une jambe humaine, dans un courant d'environ 1 m/s, on considère qu'il suffit de prendre en compte presque uniquement la résistance en carré. C'est le même raisonnement que pour la vitesse limite d'une goutte de pluie ou d'un objet en chute.
UniversitéCoefficient de traînée, nombre de Reynolds et tourbillons de Kármán
Le coefficient de traînée varie selon le nombre de Reynolds (vitesse × taille ÷ viscosité cinématique), qui caractérise le régime d'écoulement. Pour une jambe de cette épaisseur dans une eau à 1 m/s, le nombre de Reynolds atteint environ 100 000. Dans cette plage, pour un cylindre, le coefficient de traînée est estimé entre 1 et 1,2 environ. De plus, des tourbillons alternés se forment à l'arrière du cylindre (tourbillons de Kármán), et la jambe est secouée périodiquement non seulement dans le sens du courant mais aussi latéralement.
📖 Pour la dérivation des formules et approfondir : traînée (Wikipédia japonais) ／ principe d'Archimède (Wikipédia japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- À partir de quand devient-on « incapable de marcher » dans l'eau ? Des méthodes évaluant le danger à partir du produit de la profondeur et de la vitesse du courant ont été proposées, mais la limite varie énormément selon la morphologie, l'âge et les chaussures, et ne peut pas se résumer à une seule courbe.
- La force d'une eau chargée de boue ou de débris. Dans une inondation réelle, l'eau se mélange à de la boue et à du bois flotté. On ignore encore, avec la précision des expériences en eau claire, à quel point une eau trouble et lourde augmente la force qui pousse.
- L'effet de la nuit et de la peur. La façon dont l'obscurité, l'invisibilité du sol et la panique modifient la marche, et dans quelle mesure elles augmentent le risque de chute, reste difficile à reproduire en expérience.
Autrement dit, le contenu de cet article aussi n'est qu'une « explication dans la limite de ce qui est connu aujourd'hui ». C'est justement parce que la limite ne peut pas être fixée avec certitude qu'il est important d'agir avant l'arrivée de l'eau.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, « action des forces », « pression de l'eau et flottabilité » | Le corps allégé par la flottabilité |
| Lycée | Physique fondamentale, « frottement », « flottabilité » | Résistance ＝ coefficient de frottement ×（poids − flottabilité） |
| Lycée+ | Physique, approfondissement sur « résistance de l'air et vitesse limite » | Augmentation de la force en carré de la vitesse |
| Université | Mécanique des fluides, « traînée, nombre de Reynolds » | Coefficient de traînée et tourbillons de Kármán |
| Recherche | Génie de la prévention des catastrophes, hydraulique | Comment déterminer la limite de marche |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Décision d'évacuation en cas de forte pluie |
- Cabinet du Japon (service de la prévention des catastrophes), « Lignes directrices relatives aux informations d'évacuation »
- Ministère japonais du Territoire, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme, « Informations sur la prévention des risques fluviaux » et documents explicatifs sur l'évacuation en cas d'inondation
- Société japonaise des ingénieurs mécaniciens (JSME), « Mécanique des fluides » (série de manuels JSME), Maruzen Publishing
- Institut de prévention des catastrophes de l'Université de Kyoto, rapport sur les expériences de marche en zone inondée menées au laboratoire ouvert d'Uji-gawa
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faire comprendre le mécanisme. La profondeur et la vitesse à partir desquelles une personne est réellement emportée varient fortement selon la morphologie, les chaussures et l'état de la chaussée. En cas de forte pluie, suivez les consignes des pompiers, de la municipalité et les informations d'évacuation officielles.