A chaque nouvelle compétition internationale, un nouveau ballon. A chaque nouveau ballon, de nouvelles polémiques quant à sa qualité. Jabulani, le dernier ballon créé par Adidas est au centre des débats comme ses prédécesseurs. Nombreux sont les gardiens à s'en être plaint, le comparant à un ballon de plage ou de volley. Pourtant, ce ballon, comme l'affirme son fabricant n'est pas plus léger que ses prédecesseurs. Il a raison. D'autant plus que le poids de l'objet n'a de toute façon rien à voir avec ses trajectoires qui surprennent les gardiens.
Lorsqu’un ballon est en vol, l’air s’écoule autour de celui-ci
Cet écoulement est responsable de la trajectoire de la balle. D’abord, l’air frotte contre la surface du ballon et le ralentit. Ensuite, ces écoulements ont un grande importance dans la trajectoire du ballon. Il existe deux formes d’écoulements autour du ballon, les écoulements laminaires et les écoulements turbulents :
Écoulements laminaires et turbulents
Les écoulements laminaires sont réguliers : les différents flux d’air sont parallèles et ne se mélangent pas. Pour les turbulents, c’est tout le contraire. Les flux tournent, se mélangent et vont jusqu'à créer des mini tourbillons autour du ballon.
Commençons par le cas le plus simple et le plus classique : les écoulements laminaires. Voici comment s’écoule l’air autour d’un ballon qui vole sans tourner sur lui-même à une faible vitesse :
Écoulements laminaires autour d'un ballon
Le gaz s’écoule autour du ballon avec des flux réguliers et à la même vitesse des deux cotés du ballon.
Ballon en rotation et effet Magnus
Lorsqu’un ballon tourne sur lui-même ces écoulements laminaires sont modifiés. Prenons l’exemple d’un ballon tournant sur lui-même, dans le sens des aiguilles d’une montre si on le regarde par-dessus :
Écoulements laminaires autour d'un ballon en rotation sur lui même
Sur la droite du ballon, les mouvements de l’air et de la surface du ballon se font dans le même sens. Par les frottements entre l’air et la surface du ballon, les flux gazeux sont accélérés de ce côté.
Sur la gauche, les directions de l’air et de la surface du ballon sont contraires. Le gaz est donc ralenti.
A droite, l’air s’écoule vite et est donc chassée par le ballon. A gauche, le gaz s’écoule moins vite et s’accumule. On observe alors une dépression à droite (diminution de la quantité d’air) et une surpression à gauche. Ce déséquilibre des pressions d’air autour du ballon vont le faire se déplacer. Il est poussé par la surpression à gauche et aspiré par la dépression à droite. La trajectoire du ballon va donc être inclinée vers la droite.
C’est pour cette raison qu’une frappe brossée va avoir une trajectoire courbe. Souvenez-vous des coups francs extraordinaire de Roberto Carlos il y a une dizaine d’années.
Cette modification de l’écoulement de l’air autour d’un ballon en rotation sur lui-même est due à ce qui est appelé l’effet Magnus. Ce phénomène ne peut exister que si le ballon tourne, bien sûr mais aussi que si les écoulements autour du ballon sont laminaires. C'est-à-dire seulement si le ballon ne va pas trop vite.
Tout s'accélère : les effets turbulents
Au dessus d’une certaine vitesse du ballon, les écoulements ne sont plus laminaires mais turbulents. Dans ce cas, l’effet Magnus n’existe pas. C’est pour cela que lorsqu’un coup franc est frappé fort, le ballon file d’abord tout droit avant d’incurver sa trajectoire (si la balle tourne), ce qui lui permet de contourner le mur. Au début, la vitesse du ballon est élevée, les écoulements sont turbulents et le ballon file droit. Ensuite la vitesse ayant diminuée, les écoulements deviennent laminaires et l’effet Magnus se met en place si le ballon tourne.
Lorsque le ballon est frappé sans rotation, les écoulements turbulents se maintiennent à des vitesses moins élevées. Dans le cas des ballons modernes, on observe des trajectoires surprenantes pour les gardiens. C’est à cause de ces écoulements turbulents.
Écoulements laminaires et turbulents autour d'un objet ovoïde
Avec ces écoulements turbulents, des mini tourbillons se forment et des mini dépressions et surpressions apparaissent alors autour du ballon en vol. Pendant quelques centièmes de seconde, une dépression va se former sur la droite du ballon et il ballon va se diriger un peu vers la droite. Quelques centièmes de secondes plus tard, une mini dépression va se former sur la gauche (ou sur dessus, ou le dessous) et la trajectoire va s’orienter alors vers la gauche (ou vers le haut, le bas). Lors de son vol, le ballon va donc subir des soubresauts qui vont désorienter le gardien.
Ensuite, lorsque le ballon atteint une vitesse suffisamment faible, il réintègre un régime d’écoulement laminaire. A ce moment là, le comportement du ballon par rapport à l’air qui l’entoure va changer. Du coup, près des buts, le ballon change de trajectoire brutalement s’il a ne serait-ce qu’une toute petite rotation sur lui-même.
Pourquoi, les ballons modernes favorisent ils les trajectoires imprévisibles?
D’abord parce qu’ils sont de plus en plus rapides (ils sont plus rigides, glissent mieux dans l'air). Une étude menée à l'université d'Adélaïde par le physicien Derek Leinweber l'a prouvé. Du coup, il est plus facile pour les joueurs de leur faire atteindre les vitesses nécessaires au régime turbulent. Comme en plus, les techniques de frappes ont changé ; moins de rotation, plus de force, à la manière de Cristiano Ronaldo ou Juninho ; les écoulements turbulents existent plus longtemps pendant le vol du ballon. Et les trajectoires encore moins lisibles pour les gardiens.
Les ballons modernes sont aussi beaucoup plus sphériques que leurs ancêtres. En effet, la surface composée seulement de 8 pièces contre 32 auparavant en fait une boule presque parfaite. Les défauts de surface des ballons à 32 facettes (coutures, méplats dues aux facettes formant un icosaèdre tronqué) avaient tendance à linéariser les trajectoires en gommant les instabilités liées aux écoulements turbulents. Le caractère trop parfait de Jabulani, malgré les petites rainures ajoutées à la surface par Adidas, entrainent l’existence d’instabilités aérodynamiques donnant dans certains cas des trajectoires imprévisibles.
Procédé de fabrication de Jabulani
Enfin, le ballon du mondial sud-africain a été étudié pour subir encore plus l’effet Magnus. Lors de frappes avec une balle en rotation, les trajectoires vont donc être plus incurvées qu’avec les ballons habituellement utilisés. Ceci a une importance lors de la transition entre écoulements turbulents et laminaires transformant plus brutalement le comportement du ballon dans l’air et donc sa trajectoire.
Conclusion
Le ballon Jabulani, à la vue des matchs, nous semble finalement ne pas être un mauvais ballon. Lorsque l'on étudie ses trajectoires, on voit qu'il n'y a pas de soubresauts lors de son vol. Par contre, il semble subir un important changement de comportement lors de la transition turbulent/laminaire qui trompe les gardien. Les gardiens indiquent d'ailleurs devoir rester concentrer sur les frappes jusqu'à ce qu'ils aient touché le ballon et peu d'entre eux s'aventurent à tenter de bloquer la balle.
Par contre, les commentateurs imputent au ballon le fait de voir beaucoup de frappe passer haut au dessus des cages. Or, il est évident que ces ratés sont le plus souvent du à une erreur technique des joueurs. On a vu de tout temps un nombre important de frappes passer au dessus de la barre et ce, même avec des ballons ancienne génération. Mais il est clairement tendance de critiquer ce ballon. Vous, vous saurez expliquer maintenant que ca n'est pas le cas et en quoi ce ballon a un comportement différent des anciennes générations et pourquoi certaines trajectoires peuvent tromper les gardiens lors de frappes tendues.
Merci au site brindesciences pour son illustration des fluides turbulents utilisée dans cet article.
Si certains d'entre vous souhaitent mieux apprécier l'Effet magnus, je conseille la consultation de la simulation numérique réalisée par l'université du Mans.
-
2010-07-05 15:54:20 | MastaAutant la démonstration est intéressante, autant la conclusion est un peu rapide ! Un ballon qui trompe les gardiens n'est pas un mauvais ballon ? Je le note ! Sur les erreurs techniques des joueurs, ok. Mais tu oublies de dire que tous les joueurs n'ont pas été logés à la même enseigne dans leur préparation avec le ballon, et que cela explique les nombreuses erreurs techniques des gardiens, des défenseurs mais aussi des attaquants sur les phases aériennes (centres, coup-francs, corners, frappes bien sûr). L'Allemagne joue avec le Jabulani depuis un an, cela explique sans doute en partie leur succès pour l'instant, si l'on compare avec les autres équipes.
-
2010-07-05 16:21:42 | DenKoFaire un raccourci entre le ballon et la réussite de l'Allemagne me semble également excessivement rapide. De plus le ballon ne trompe pas les gardiens... C'est simplement que les gardiens n'ont pas l'habitude de jouer avec des ballons de plus en plus "parfaits", mais cela va venir puisque l'évolution technologique tend vers la généralisation de ces ballons. Les gardiens sont dans une phase de transition mais en aucun cas cela veut dire que le ballon est mauvais... c'est même un peu... rapide de dire ça
-
2010-07-05 23:25:37 | MastaDonc est-ce intelligent de la part de la FIFA de prendre un ballon auquel les joueurs (et les gardiens en premier lieu) ne sont pas habitués pour la compétition la plus importante ? D'autre part, l'argument de l'évolution technologique inéluctable, ça me fait bien marrer. Rien n'est inéluctable : c'est avant tout le résultat de choix, politiques, économiques, etc. La notion de "ballon parfait" reste à définir, d'ailleurs.
