Pourquoi les balles de golf ne sont pas lisses ?

Les balles alvéolées vont plus loin, mais elles favorisent aussi les effets liftés. Photo © Cislunar Aerospace, Inc.

Autrefois, les balles de golf étaient des poches en cuir remplies de plumes d'oie mouillées. A l'époque, on était certain qu'il fallait obtenir la balle la plus lisse possible pour l'envoyer loin. C'est pourquoi on retournait le cuir pour que les coutures soient à l'intérieur de la balle. Cette dernière était ensuite séchée, huilée et peinte.

Au bout d'un certain temps, les joueurs se sont aperçus que les vieilles balles avec des trous allaient plus loin que les balles neuves. Aucune explication, jusqu'en 1883. Cette année-là, Osborne Reynolds, un ingénieur anglais spécialiste de l'hydrodynamique trouve un nombre qui porte son nom et qui caractérise les écoulements. Et alors ?

Une question d'aérodynamique

Reprenons au début : lorsque vous lancez une balle, celle-ci est soumise à deux forces de frottement : la friction de l'air à la paroi, là où la balle pénètre l'air, et la dissipation d'énergie dans le sillage de la balle. Or, c'est de ce sillage que dépend l'aérodynamisme. Plus il est fin, et moins la balle sera freinée.

Normalement, le sillage est laminaire, c'est-à-dire qu'il contourne la balle en épousant sa forme. Mais au-delà d'un certain seuil, appelé nombre de Reynolds (Re), il devient brusquement turbulent : le sillage "décolle" de la balle, apportant un surplus d'énergie. Grâce à cette énergie, le sillage turbulent reste plus longtemps attaché à la balle, et réduit donc le frottement.

Au-delà d'un certain seuil, le sillage de la balle devient "turbulent". Le seuil est plus bas pour une balle alvéolée que pour une balle lisse. Schéma © Cislunar Aerospace, Inc.

Pour lancer la balle le plus loin possible, il faut donc réduire la valeur du nombre de Reynold. C'est justement le cas des balles alvéolées. Pour une même vitesse, cette dernière "accroche" l'air et subit donc moins de frottements qu'une balle lisse.

Des balles très spéciales...

Plusieurs expériences ont été menées sur les formes des alvéoles. A l'heure actuelle, elles sont rondes, mais d'après les chercheurs, des alvéoles hexagonales réduiraient encore le nombre de Reynolds.

Mais ce n'est pas tout : les balles rugueuses sont meilleures pour les effets liftés (car elles favorisent l'asymétrie de l'écoulement de l'air autour de la balle). Ces derniers, très utiles pour impressionner vos adversaires au tennis ou marquer des coups-francs au foot, sont plutôt indésirables quand vous cherchez à mettre votre petite balle au fond d'un trou.

Certains joueurs ont donc tenté d'inventer des balles lisses avec une simple bande alvéolée au milieu, qui réduit les déviations de la balle. Réponse de la très officielle Association des golfeurs des Etats-Unis (USGA) : cette balle "réduit les compétences nécessaires pour jouer au golf et menace l'intégrité du jeu". Un nouvel article a donc été ajouté dans le règlement : "la balle doit avoir des propriétés aérodynamiques et une force d'inertie égale dans n'importe quel axe". Même sans ces balles truquées, les meilleurs golfeurs arrivent à faire des "long drive" de 250 m. Pas mal !

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