Dans la plupart des sports de balle, cette dernière est parfaitement sphérique. Cependant, des alvéoles couvrent la surface des balles de golf.  Mais, à quoi servent elles ? Il y a bien sûr une explication physique derrière cela !

La force de traînée

La vitesse d’une balle de golf peut atteindre celle d’une Formule 1 : plus de 300 km/h ! De ce fait,  son interaction avec l’air n’est plus négligeable. Cela induit une force de traînée totale, qui a tendance à s’opposer au mouvement de la balle. Cette dernière augmente avec la vitesse de la balle dans l’air.

Ainsi, un objet en mouvement par rapport à l’air est freiné par la force de traînée totale. Elle est composée de trois types de traînées :

  • Traînée de forme
  • Traînée de frottement
  • Traînée induite

Toute la traînée totale des objets se déplaçant dans un fluide est la somme de ces trois types de traînée.

La plupart du temps, deux de ces trois types de traînée sont négligeables par rapport à la troisième. Dans le cas de notre balle de golf, c’est la traînée de forme qui est prédominante. (La traînée induite ne concerne que les profils d’ailes, et la traînée de frottement (friction entre l’air et l’objet) est négligeable par rapport à la traînée de forme dans le cas de notre balle de golf).

La traînée de forme est causée par la différence de pression entre la face avant de la balle de golf, et sa face arrière.  En effet, à cette vitesse, l’air arrivant sur la balle de golf commence à épouser sa forme, pour ensuite décoller de cette dernière.  La pression de l’air est donc plus importante sur la face avant de la balle que sur la face arrière. Il en résulte une force : la force de traînée qui s’oppose au mouvement de la balle. Ainsi, plus l’air décolle en avant de la balle, plus la pression derrière cette dernière sera faible, ce qui induit une augmentation de la traînée.

Remarque : A de faibles vitesses, l’air ne décolle pratiquement pas de la balle : la différence de pression entre les deux faces est négligeable, et donc la force de traînée également.

Pour réduire cette force de traînée (de forme) pour une vitesse donnée, il faut donc diminuer cette différence de pression entre les deux faces de la balle.

Les différents types d’écoulement

En mécanique des fluides, il existe deux types d’écoulements : l’écoulement laminaire et l’écoulement turbulent. Le premier est un écoulement où l’ensemble du fluide s’écoule dans la même direction. Le deuxième correspond à un écoulement anarchique composé de tourbillons. Pour une balle parfaitement sphérique (sans alvéole) se déplaçant à une vitesse donnée, la fine couche d’air en contact de la balle est laminaire. C’est la couche limite. Le décollement de cette dernière se fait assez tôt sur la surface de la balle. Il y a donc une grande surface soumise à la pression P2.

Balle parfaitement lisse se déplaçant à une vitesse V Avec P1 > P2

Mais, en présence des alvéoles, la couche limite n’est plus laminaire mais turbulente !

Balle de golf se déplaçant à la même vitesse V que précédemment, avec P1 > P2

Le « décollement » de la couche limite apparaît un peu plus en aval sur la balle. Il y a moins de surface à la pression P2, ce qui va faire chuter la force de traînée . À vitesse égale, la traînée de forme a donc diminué par rapport à une sphère parfaitement lisse !

Les alvéoles permettent donc le passage de la couche limite (fine couche d’air en contact avec la balle) d’un état laminaire à turbulent au voisinage de la vitesse d’une balle de golf.

La traînée de forme étant moins importante dans le cas d’une sphère et d’un écoulement turbulent, la balle est  beaucoup moins freinée par l’air : elle peut donc aller plus loin ! Grâce aux alvéoles, les golfeurs peuvent tirer leurs balles beaucoup plus loin !