Pourquoi... les balles de tennis rebondissent ?

Sur du sable, support déformable et non élastique, une balle rebondit très mal. © Dany CARN Galerie photos de L'internaute

Pour qu'un objet rebondisse, il faut qu'il ait conservé de l'énergie après le contact avec le sol.

Energie conservée, rebond assuré

D'où vient cette énergie ? Au départ, un lanceur, en propulsant un objet, lui fournit une vitesse, c'est-à-dire une énergie cinétique. L'objet possède également un poids dont la poussée dépend de son altitude. L'énergie qui en découle, c'est l'énergie potentielle de pesanteur. Jusque là, pas de différence entre l'énergie d'une balle lancée de celle d'un caillou envoyé en l'air.

Lors de la descente au sol, l'objet perd de l'énergie de pesanteur puisqu'il tombe, mais il gagne de la vitesse et donc de l'énergie cinétique. Puis c'est le contact. Pour rebondir et remonter, l'objet doit avoir conservé de l'énergie après le choc.

Etre élastique c'est efficace...

Facile pour une balle : elle est élastique. Le matériau qui la constitue peut se déformer sans dissiper l'énergie du choc. De plus, à l'intérieur, l'air qui s'y trouve est aussi élastique : il se comporte comme un ressort. Lors de l'impact, il se comprime légèrement puis se détend, forçant l'enveloppe à reprendre sa forme ronde initiale. En se reformant, la balle fait pression sur le sol et remonte. Puis, une fois que toute son énergie cinétique est utilisée, elle retombe, et ainsi de suite.

Bien sûr, des déperditions énergétiques interviennent et mettent un terme à ce mouvement. Pour qu'une balle de tennis rebondisse plusieurs fois, la déformation, lors du choc, doit rester localisée autour du point d'impact et la balle doit reprendre sa forme rapidement. C'est le cas si son revêtement est à la fois élastique et rigide. Plus le temps de contact est bref, moins le sol a le temps de prendre de l'énergie à la balle. La force du rebond est alors élevée.

Mais tous les matériaux ne sont pas élastiques ! Une balle trop molle, comme un ballon dégonflé, où l'air est sous une faible pression, se déforme en touchant terre et absorbe l'énergie de la collision. Il ne lui en reste donc pas assez pour rebondir. Même cas de figure pour une tomate jetée au sol.

De son côté, le caillou, lui, transmet l'énergie du choc au sol. Mais là, c'est le sol qui se déforme et absorbe toute l'énergie : une trace apparaît à terre et la pierre ne rebondit pas. Il se passe d'ailleurs le même phénomène si on lance une balle sur du sable.

... ne pas se déformer, c'est encore mieux !

Enfin, sachez que ce ne sont pas les petites balles rebondissantes qui montrent les meilleurs rebonds : ces balles très élastiques sont constituées de polymères, de longues chaînes de molécules identiques, qui peuvent se contracter comme des accordéons sans perte d'énergie. Elles se déforment donc légèrement.

Or, il est possible d'obtenir un rebondissement encore meilleur lorsqu'aucun des deux protagonistes (objet et sol) ne se déforme. Dans ce cas, l'énergie n'est pas dissipée lors du choc et est intégralement réutilisée dans le rebond. On parle de chocs élastiques. Ils se produisent quand une bille d'acier est lâchée sur une surface très dure, en acier, verre ou ivoire. La bille peut alors rebondir jusqu'à cent fois de suite !