Durant votre enfance, vous avez sans doute déjà essayé de faire des ricochets au bord de l’eau avec quelques galets, à la recherche de la technique parfaite. Grâce la science, vous pourrez enfin détenir tous les ingrédients nécessaires afin de battre votre record de ricochet !

Les ingrédients nécessaires aux ricochets parfaits

Il existe 4 ingrédients indispensables pour réaliser un maximum de ricochet.

  • Galet léger (1) et plat (2)
  • Vitesse initiale horizontale, élevée (3) et légèrement inclinée (4)
  • Surface de l’eau calme (5)
  • Mise en rotation du galet (6)

Ces ingrédients conditionnent certains phénomènes physiques indispensables à la réalisation d’un ricochet parfait.

La portance

Le principal phénomène physique nécessaire à la réalisation d’un ricochet est la portance du galet. C’est la force qui va permettre de contrer la force de gravité, et permettre le rebond du galet sur l’eau. Elle est dirigée vers le haut et dépend de nombreux paramètres.

Ricochet

La force de portance est celle qui permet aux avions de voler ! Elle apparaît pour un objet en déplacement dans un fluide. Cette force est causée par une différence de pression au sein du fluide entre la partie supérieure et inférieure de l’objet. Pour un avion, cet objet en question est l’aile et le fluide l’air. Dans notre cas, l’objet est le galet et le fluide est l’air pour la partie supérieure et l’eau pour la partie inférieure. La portance d’un objet dépend de sa vitesse, des surfaces supérieures et inférieures en contact avec le fluide et de son inclinaison.

Représentation de la force de portance pour le galet et pour un profil d’aile

L’effet recherché est le rebond du galet sur l’eau. La force de portance doit donc être supérieure à son poids. Il faut ainsi que le galet soit le plus léger possible, afin de minimiser son poids (1).

Pour qu’un objet soit soumis à une force de portance, il faut qu’il ait une géométrie particulière.  En effet, si vous lancez un caillou sphérique, ce dernier n’a aucune chance de rebondir sur l’eau. La portance est causée par la différence de pression du fluide entre la surface supérieure et inférieure de l’objet. Plus cette surface est grande, plus la force de portance sera importante. Il faut donc que ses surfaces soient les plus grandes et les plus plates possible, afin de maximiser la résultante des forces dues aux pressions exercées sur ces dernières (2).

Influence de la portance avec la géométrie du galet

Nous devons donc avoir un caillou à la fois léger et plat avec de grandes surfaces supérieures et inférieures : le galet plat fera parfaitement l’affaire !

De plus, la vitesse d’un objet au sein d’un fluide a une importance capitale sur sa portance. Plus la vitesse de l’objet par rapport à celle du fluide est élevée, plus la portance sera importante. Cette dernière augmente avec le carré de la vitesse. En d’autres termes, avec des conditions identiques, si la vitesse du galet est doublée, sa portance sera multipliée par quatre ! C’est pourquoi une vitesse initiale élevée permettra d’avoir une portance optimale (3).

Enfin, la portance d’un objet dépend de son inclinaison. En effet, lorsqu’un avion veut prendre de la hauteur, il va incliner ses ailes (et donc augmenter son incidence) afin d’augmenter sa portance. Il faut une incidence suffisante afin de créer une portance, mais pas trop élevée pour ne déstabiliser le galet. (4)

Influence de l’incidence du galet sur la portance

La surface de l’eau doit être la plus calme possible afin d’offrir au galet une portance homogène. Le galet peut également percuter une vague, ce qui aura pour effet de faire chuter drastiquement sa force de portance. (5)

La stabilité du galet

Si vous tentez de réaliser des ricochets avec les conditions précédentes, vous arriverez difficilement à en atteindre deux. En effet, lorsque vous lancez le galet, certaines imperfections de lancer auront tendance à dévier l’orientation du galet. De plus, au contact de la surface l’eau (qui n’est pas parfaite), ce dernier va subir des forces de portance parasite dues aux irrégularités de la surface de l’eau. Le galet aura tendance à être dévié de son orientation, ce qui aura pour conséquence la perte de sa portance globale.

Pour contrer ces changements d’orientation, une mise en rotation du galet est nécessaire. En effet, tout objet en rotation est soumis à l’effet gyroscopique : l’objet tend à conserver son axe d’orientation en s’opposant à ce qui l’en empêche. L’effet gyroscopique va donc s’opposer aux forces parasites dues aux défauts de lancer et aux irrégularités de la surface de l’eau qui tendent à modifier son orientation ! Cela permet à ce dernier d’être parfaitement stable, et d’effectuer d’autres ricochets ! (5)

Influence de la mise en rotation du galet sur sa stabilité

Conclusion

Pour faire le plus de ricochets possible, il faut donc un galet léger et plat pour maximiser la force de portance. La surface de l’eau doit être la plus calme possible afin que le contact entre le galet et la surface de l’eau se fasse dans des conditions optimales. Enfin, le lancer parfait s’obtient avec une vitesse initiale élevée, accompagnée d’une légère inclinaison du galet afin d’augmenter la portance, et de sa mise en rotation pour garantir sa stabilité.

Malheureusement, vous ne pourrez pas réaliser des ricochets indéfiniment en un seul coup. En effet, lorsque le galet frappe l’eau, il perd de la vitesse à cause des forces de frottements. Il va ainsi perdre de la portance au rebond suivant, et ainsi de suite, jusqu’à une vitesse insuffisante menant à une perte de portance.