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Date de l'événement : le 28 septembre 2018
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Les performances du golf expliquées par la physique - La Ryder cup, un trophée de golf entre l’Europe et les Etats-Unis, démarre ce 28 septembre à Saint-Quentin en Yvelines (Yvelines). A cette occasion, zoom sur la physique de la balle de golf, et les raisons de sa curieuse forme alvéolée.

Rares sont les golfeurs qui savent à quoi servent les petites alvéoles de leur balle. Et pourtant, sans ces irrégularités, ils seraient beaucoup moins performants ! Cet effet étonnant a été découvert dès le 18ème siècle, lorsque le golf a été inventé. Les balles étaient alors fabriquées en cuir, remplies de sable. Pour qu’elles soient bien lisses et subissent moins de frottements, les coutures étaient disposées à l’intérieur. Or, les joueurs se sont vite aperçus que les balles usées, pourtant plus rugueuses, allaient plus loin. Comment cela était-il possible ?

Il a fallu attendre le début du 20ème siècle pour découvrir l’explication. On la doit notamment à Gustave Eiffel (oui, le constructeur de la tour Eiffel) qui, à la fin de sa vie, s’est intéressé à l’aérodynamique, la science des écoulements d’air. Il a tenté d’établir le « coefficient de traînée » de boules dans une soufflerie. Ce coefficient indique la faculté de pénétration dans l’air d’un objet. C’est le fameux Cx des voitures, d’autant plus faible que le véhicule est aérodynamique. Eiffel, donc, mesure le Cx de sphères, et trouve un résultat très différent de celui d’un autre chercheur, l’Allemand August Föppl, et de son directeur Ludwig Prandtl. Une différence presque du simple au double !

Dans un contexte politique de forte rivalité franco-allemande, Prandtl affirme même que Gustave Eiffel s’est trompé dans ses calculs. Qu’à cela ne tienne : Eiffel recommence ses expériences, mais ne se contente pas de tester une seule sphère, ni une seule vitesse de vent dans la soufflerie. En multipliant les expériences, il s’aperçoit qu’il existe deux valeurs du coefficient de traînée. Lorsque la vitesse de soufflerie est faible, ou que la sphère est petite, il observe la même valeur que l’équipe de Prandtl. Inversement, pour les grandes vitesses ou les grandes sphères, il retrouve ses résultats précédents, avec un Cx plus faible. Le seuil pour passer d’un régime  à l’autre dépend uniquement du produit du diamètre de la boule par la vitesse de soufflerie.

Ce seuil, c’est le nombre de Reynolds.  Mis en évidence en 1883 par le physicien irlandais Osborne Reynolds, il caractérise la manière dont les fluides s’écoulent autour d’un objet. Au-delà d’un seuil, appelé Reynolds critique, l’air ne s’écoule plus de manière laminaire, mais turbulente autour de l’objet. C’est ce seuil que Gustave Eiffel a mis en évidence expérimentalement. Le régime turbulent diminue le sillage derrière la sphère, ce qui réduit la traînée, une force qui s’oppose au mouvement. Donc en régime turbulent, l’objet subit moins de frottements. « Le cas de la balle de golf est atypique, souligne cependant Bruno Chanetz, maître de recherches à l’Onera, le centre français de recherche aérospatiale. En général, la turbulence freine l’avancement. ll existe en effet deux composantes de traînée, l’une  due au sillage, l’autre due au frottement à la paroi. La turbulence réduit la première et augmente la seconde. Dans le cas de la balle de golf, la résultante est une force de traînée totale plus faible. »

Quel rapport entre ces phénomènes et les alvéoles de la balle de golf ? Ces alvéoles favorisent le passage vers un régime turbulent. La balle est donc moins freinée, et va plus loin. Pour le plus grand plaisir des spectateurs de la Ryder Cup !

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