La science des alvéoles des balles de golf

Amateurs et amatrices de golf, si les bunkers (= fosse de sable) sont connus pour être vos pires ennemis, saviez-vous que les alvéoles des balles de golf sont vos meilleures amies? Eh oui, ce n’est pas par souci d’esthétisme que la surface de ces petites balles blanches est ornée, en moyenne, de 432 alvéoles, mais bien pour augmenter leur portée. Aujourd’hui, nous savons effectivement que les balles avec alvéoles volent beaucoup plus loin que les balles lisses, en raison d’une combinaison d’effets.

Un peu d’histoire sur l’évolution de la balle

Le golf, tel que nous le connaissons actuellement, est apparu en Ecosse au début du XVe siècle. Les balles étaient alors faites en bois. Je vous laisse imaginer la difficulté pour les frapper. En 1750, elles sont remplacées par de petites poches en cuirs ou en toiles, remplies de plumes d’oie et recouverte de peinture, les featheries ou plumeuses. Le golf était alors un sport réservé à quelques privilégiés à cause du prix élevé des balles, en raison d’un processus de fabrication complexe. En 1850, les plumeuses laissent leur place aux balles gutta-percha (= gomme issue du latex provenant d’arbres de Malaisie) inventées par le physicien Robert Adams Paterson et dont le prix était beaucoup plus abordable.

Evolution de la balle de golf – Crédit photo : site haoui.com

A l’époque, tous les golfeurs pensaient que cette balle allait couvrir de très grandes distances. Cependant, ses performances ne rivalisèrent pas avec la plumeuse. Elle était impossible à contrôler et rebondissait dans tous les sens. Mais après plusieurs coups donnés à la même balle, les joueurs ont rapidement remarqué qu’elle allait plus loin et qu’elle se dirigeait en ligne droite : les défauts apportés à la balle par les joueurs changeaient son comportement. En 1905, l’industriel britannique, William Taylor, introduit des balles de golf avec un motif alvéolé, donnant ainsi naissance à la balle de golf moderne tel que nous la connaissons aujourd’hui.

Une question d’aérodynamisme

Toute balle se déplaçant dans l’air subit, outre la gravité, deux forces principales : une force de portance et une force de traînée. La traînée ralentit le mouvement de la balle, tandis que la portance agit dans une direction qui lui est perpendiculaire. La présence des alvéoles permet d’accentuer l’effet de la portance et de diminuer celui de la traînée.

La force de portance

Cette force permet à la balle de golf de rester en l’air plus longtemps. Concrètement, quand une balle est en rotation dans l’air, elle va interagir avec l’air qui l’entoure. Si elle tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, elle accélère l’air qui passe au-dessus d’elle, ce qui a pour effet de diminuer la pression et d’aspirer, en quelque sorte, la balle vers le haut : elle peut donc voler plus longtemps.
Le schéma ci-dessous montre une représentation de la force de portance (en rouge). La balle se dirige de droite à gauche et le vent, de gauche à droite.

La portance. Site : Le Golfeur

C’est exactement la même force qui permet aux avions de voler. La forme incurvée des ailes va permettre à l’air de s’écouler plus vite sur la partie supérieure que sur la partie inférieure : l’avion est alors « aspiré » vers le haut. Mais revenons à nos balles de golf.

La présence des alvéoles amplifient la force de portance, mais c’est surtout la diminution de la force de traînée qui permet aux golfeurs d’améliorer leurs drives (coup joué au départ d’un trou)!

La force de traînée

Lorsqu’une balle (ou n’importe quel objet d’ailleurs) est lancée dans l’air, sa course est freinée par le frottement de l’air. Cette force, également appelée traînée, s’oppose ainsi au mouvement de la balle de golf. En effet, l’air frappe la face de la balle, créant ainsi une aire de haute pression qui se divise sur les cotés. En s’éloignant de la surface, elle laisse un creux de basse pression. C’est cette combinaison de haute pression à l’avant de la balle et de basse pression à l’arrière qui est la principale cause de la résistance de la balle.
Dans le cas d’une balle lisse, comme le montre l’illustration ci-dessous (la balle de golf se dirige toujours de la droite vers la gauche), l’air n’est pas redirigé autour de la balle, ce qui crée une grande zone de basse pression.

La traînée. Site : Le Golfeur

Dans le cas d’une balle avec alvéoles, ces dernières permettent à l’air de « s’accrocher » autour de la balle réduisant ainsi la perte d’énergie générée par le frottement de l’air. En d’autres mots, l’air peut suivre la courbure de la balle plus longuement qu’une balle lisse, créant ainsi moins de résistance et augmentant considérablement la portée de vos drives!

La traînée en présence d’alvéoles. Site : Le Golfeur

De drôles de balles…

Aujourd’hui, la plupart des balles de golf possèdent entre 300 et 600 alvéoles de forme circulaire, ce qui permet à certains golfeurs de réaliser des drives de plus de 200 mètres. Le record du monde est détenu par l’américain Michael Austin. Lors de l’Open National des Vétérans, disputé à Las Vegas en 1974, il réalisa un drive de 471 mètres!

Si le poids et le diamètre d’une balle de golf sont très réglementés (46 g pour 42,6 mm), ce n’est pas le cas pour la forme des alvéoles. Les scientifiques ont donc entrepris de nombreuses recherches afin de parvenir à la configuration idéale. Basées sur la modélisation de la circulation de l’air autour des balles, ces expériences ont montré que les formes hexagonales diminuent plus la force de traînée que les alvéoles rondes.
La science des alvéoles a tellement évolué que les scientifiques savent maintenant quel type de balle choisir pour avoir une trajectoire basse, haute, avec plus de distance ou plus de précision.
Parmi les différentes marques sur le marché, on trouve des alvéoles ovales, rondes, hexagonales, avec des arêtes plus ou moins lisses et plus ou moins profondes, chacune de ces balles ayant une fonction bien particulière!
La prochaine fois que vous en achetez, n’hésitez donc pas à jeter un petit coup d’œil.

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2 réflexions au sujet de « La science des alvéoles des balles de golf »

  1. « la surface de ces petites balles blanches est ornée, en moyenne, de 432 alvéoles ».
    Pourquoi 432 ?

    Comme je m’étais cassé la tête sur ce sujet il y a quelques années. ( http://www.drgoulu.com/2007/01/31/comment-placer-n-points-regulierement-sur-une-sphere/ ) je vais répondre à ma propre question (…) :

    Il n’est pas facile de répartir uniformément n’importe quel nombre de points (donc de centres de cavités) sur une sphère. Pour les balles de golf, il existe des centaines de brevets sur comment faire, mais en gros un des premiers brevets (https://www.google.com/patents/US4142727 ) protégeait les répartitions faites en divisant la sphère en triangles (comme la Géode), solutions dites « icosahédriques ». Ces solutions permettent de faire des cavités qui ont toutes la même taille, alors qu’autrement soit les points ne sont pas bien répartis, soit il faut faire des cavités de tailles différentes.

    Depuis que le brevet de Dunlop est tombé dans le domaine public pratiquement toutes les balles de golf ont une répartition icosahédrique, et 432 est l’une des solutions possibles ( http://neilsloane.com/icosahedral.codes/ ), probablement celle qui s’est avérée expérimentalement la meilleure.

  2. Ping : La Balle de golf-ogolf.fr

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