La physique du saut de pierre pourrait aider les vaisseaux spatiaux à atterrir en toute sécurité sur l’eau

Par Matthew Sparkes

Les gens sautent – ou effleurent – des pierres depuis des milliers d’années, mais les physiciens continuent d’en apprendre davantage sur le phénomène. Les dernières informations suggèrent de nouvelles techniques qui pourraient aider à ramener les vaisseaux spatiaux sur Terre en toute sécurité.

Une équipe composée de chercheurs de plusieurs universités chinoises a réalisé un modèle expérimental d’une pierre à sauter à l’aide d’un disque d’aluminium. Le modèle contenait des capteurs électroniques pour transmettre les détails de sa rotation et de son mouvement à un ordinateur via Bluetooth.

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Le disque en aluminium a ensuite été lancé vers une piscine d’eau à l’aide d’une bouffée d’air et d’un moteur qui lui donnait une vitesse de rotation précise, ce que des recherches antérieures ont montré est la clé pour obtenir un saut. Une caméra à grande vitesse au-dessus et une autre positionnée parallèlement à la surface de l’eau suivaient le mouvement du disque dans deux plans.

L’équipe a constaté que le disque rebondissait ou surfait sur l’eau en fonction de son taux d’accélération lorsqu’il a heurté l’eau pour la première fois. Lorsque l’accélération a dépassé quatre fois l’accélération due à la gravité, le disque a rebondi. Lorsque l’accélération était légèrement inférieure, à environ 3,8 fois, le disque surfait sans rebondir.

Les chercheurs ont également appris que l’effet Magnus, qui fait dévier un objet d’une ligne droite lors de la rotation, jouait un rôle à la fois pendant le vol et lors du rebond. Le chemin emprunté par une pierre lorsqu’elle rebondit sur l’eau n’est pas rectiligne, mais se courbe vers la direction de la rotation, et la quantité de courbe augmente avec le nombre de rebonds.

L’équipe affirme que les leçons apprises peuvent aider les ingénieurs à construire de meilleurs bateaux, sous-marins et hydravions, suggérant que les résultats pourraient même contribuer à la conception de vaisseaux spatiaux pour amener les astronautes sur Terre en atterrissant dans la mer.

Maarten van Reeuwijk de l’Imperial College de Londres dit qu’il y a encore plus à explorer concernant la physique du saut de pierre, mais il dit que l’article est un «modèle assez complet».

Cependant, il pense que les suggestions de la recherche pourraient conduire à des atterrissages plus sûrs pour les astronautes qui reviennent dans un vaisseau spatial sont problématiques. «Il faudrait que ça tourne très vite, donc avoir des humains là-dedans n’est pas une bonne idée», dit-il. «Vous imaginez tourner à travers toute la phase de rentrée. Mais [uncrewed] pourrait fonctionner. Vous avez besoin d’un faible angle d’attaque, vous devez tourner très vite, et j’imagine que c’est très délicat. Et vous pourriez avoir besoin de tellement de boosters et d’ajustements qu’il est plus facile de faire ce que fait SpaceX. »

Référence du journal: Physique des fluides, DOI: 10.1063 / 5.0040158