Sirtin

Mon beauf préféré (oui, je suis polygame) m’a envoyé cet article : Walter Frederick Morrison, inventeur du Frisbee, est mort. Le voilà qui me demande « comment ça vole un frisbee ? », croyant me poser une colle. Ah, ah, super facile et je te réponds les doigts dans l’nez. Le frisbee vole grâce à l’effet combiné de la portance et de l’effet gyroscopique qui contrebalancent la gravitation tout en assurant une stabilité tout le long de la trajectoire.

Bon, je vois qu’il y en a qui tournent de l’œil au fond de la salle et moi-même n’étant pas très sûr des termes que j’utilise, c’est reparti mon kiki pour un tour dans le Net. Verdict: ma réponse est bonne mais décortiquons la un peu en prenant l’avion comme exemple. Un avion, tout le monde sait, ça vole mais comment ? Un p’tit schéma pour commencer.

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Pendant le trajet, l’avion est soumis à quatre forces :

• La traction (poussée) est la force qui fait avancer l’avion. Elle est créée par un moteur ou tout autre moyen de propulsion.
• La traînée correspond à la résistance de l’air qui tend à faire ralentir le mouvement de l’avion.

=>La traction (vers l’avant) et la trainée (vers l’arrière) sont des forces qui s’opposent sur le plan horizontal de l’avion.

• Le poids est la force de gravitation exercée par la Terre sur tous les objets (lire mon article à ce propos: Le confus balancement entre poids et masse).
• La portance correspond à la force ascendante créée par le mouvement de l’air au-dessus des ailes

=> La portance (vers le haut) et le poids (vers le bas) sont des forces qui s’opposent sur le plan vertical de l’avion.

Intéressons nous de plus près à la portance. En regardant bien une aile d’avion, nous pouvons remarquer qu’elle est bombée sur le dessus. Le mouvement d’air se divise en deux et passe sur et sous l’aile pour arriver en même temps à l’autre extrémité. Or, la face supérieure de l’aile est plus longue que la face inférieure du fait de la forme bombée, ce qui veut dire que l’air qui circule au-dessus doit aller plus vite pour arriver en même temps que l’air qui circule au-dessous. L’augmentation de vitesse entraîne alors la création d’une dépression qui fait aspirer l’aile vers le haut: c’est la portance. Ainsi, l’avion vole grâce à une inspiration et non une poussée vers le haut. C’est exactement ce qui se passe pour l’aileron démesuré des formules 1 mais à l’envers: les voitures de courses sont plaquées au sol !

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Quel rapport entre l’aile d’un avion et le frisbee ? Ils volent grâce à la portance. Regardez la forme du frisbee : ce n’est pas un simple disque, il est légèrement bombé au-dessus. J’imagine qu’il a fallu aussi trouver la bonne forme pour diminuer la trainée tout en assurant une portance optimale.

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Seulement, en lançant « bêtement » le frisbee, il aura vite fait de tomber comme une pierre. C’est là qu’un autre facteur intervient : l’effet gyroscopique (ou inertie gyroscopique). C’est la seule différence qui joue entre l’aile d’avion et le frisbee. En gros, c’est le fait qu’un objet garde sa trajectoire et sa vitesse grâce à sa rotation. Il résiste aux changements de directions et aux accélérations ou aux freinages. Petite démonstration en vidéo.

La roue de vélo en rotation élevée arrive a garder une position verticale stable. L’effet gyroscopique explique ainsi la stabilité du frisbee (et aussi celle obtenue en vélo ou en moto) pendant sa trajectoire. Il est donc important d’imprimer une rotation au frisbee lors du lancer par un délicat mouvement du poignée. Et encore, ne pas lancer trop tôt (destination l’herbe) ou trop tard (oh la belle courbe !) mais pile au bon moment pour tracer bien droit vers son partenaire.

C’est fini ? Que nenni ! Il reste un dernier détail : les stries à la surface du frisbee alors que la face inférieure concave est lisse. Elles ne sont pas là pour faire joli mais pour optimiser le portance et donc la stabilité du frisbee lors de son déplacement dans l’air. En effet, les stries introduisent à la surface une turbulence microscopique dans la couche d’air qui passe juste au dessus. Conséquence : le disque semble attaché au courant d’air et l’utilise comme support pour progresser le plus loin possible. Et oui, le frisbee est un véritable condensé de technologie et en jouant avec, vous conciliez la physique au physique.

Donc je répète : le frisbee vole grâce à l’effet combiné de la portance et de l’effet gyroscopique qui contrebalancent la gravitation tout en assurant une stabilité tout le long de la trajectoire. Ca fait classe de pouvoir dire ça non ?

[EDIT]
Après vérification, si le frisbee vole bien grâce à l’effet combiné de la portance et de la rotation, mes explications sur l’origine de la portance sont fausses. La portance est davantage dû à l’angle d’attaque par rapport au vent relatif (vent créé par le déplacement du frisbee) que moins à sa forme bombée. Pour les détails, voir dans les commentaires.

En savoir plus…
- Tout sur l’aérodynamisme
- Notes sur l’effet gyroscopique, et d’autres faux paradoxes