Bonnes nouvelles pour les plongeurs maladroits : la physique peut réduire la douleur des claquettes ventrales.

The researchers used computer simulations to investigate how the addition of a spring to the base of a rigid body might change the way it behaves when it hits the water. Tous avons eu la malchance de gâcher un plongeon dans la piscine et de finir par un painful plongeon ventral—ou peut-être l’avons-nous fait délibérément pour frimer et avons aussitôt regretté cette décision. Frapper l’eau dans cette position corporelle peut ressembler à frapper du béton et entraîner des contusions ou (si l’on tombe d’une hauteur plus grande) des lésions internes. Alors que la physique de base est bien comprise, les scientifiques cherchent toujours à mieux comprendre le phénomène dans l’espoir de trouver de nouvelles façons d’atténuer l’impact. Des scientifiques de l’université Brown ont découvert que, surprenamment, l’ajout d’un ressort supplémentaire à un corps frappant l’eau peut en fait augmenter la force d’impact au lieu de la diminuer dans certaines conditions, selon un nouvel article publié dans le Journal of Fluid Mechanics. Les implications vont au-delà de la protection des plongeurs ; une meilleure compréhension de la hydrodynamique améliorera la conception de navires de guerre, d’hydravions ou de projectiles, ainsi que de véhicules autonomes sous-marins. Du point de vue de la physique, nous parlons d’un corps élastique frappant la surface de l’eau. La contrainte de passage d’un milieu aérien à un milieu beaucoup plus dense exerce une énorme force lorsque ce corps le déplace. Les forces de cohésion entre les molécules d’eau sont plus fortes à la surface, ce qui rend plus difficile de la percer. (C’est pourquoi les compétitions de plongée utilisent souvent des aérateurs pour créer des bulles d’eau, rompant la tension superficielle pour protéger les plongeurs.) Un grand volume de fluide doit être accéléré (déplacé) en peu de temps pour suivre la vitesse du corps frappant. Plus la surface de l’objet frappant l’eau est grande, plus il y aura de résistance—et avec les plongeons ventraux, il y aura une surface beaucoup plus grande qu’avec une simple plongée en oiseau de paradis, ce qui entraînera ce claquement caractéristique. Les scientifiques étudient ce phénomène depuis très longtemps, y compris les travaux récents sur les oiseaux plongeurs tels que les fouines et les martins-pêcheurs. Malgré la contrainte sur leur corps, les fouines et les martins-pêcheurs réussissent cet exploit encore et encore sans blessure, en particulier les commotions cérébrales, grâce en partie à leur bec en forme de cône effilé, leur permettant de pénétrer dans l’eau sans créer d’onde de compression sous la surface. Les fouines replient également leurs ailes en plongeant pour obtenir une forme aérodynamique. Cette dernière étude examine l’impact de corps plus obtus frappant la surface de l’eau, dans laquelle l’impact le plus élevé se produit pendant la phase de «slamming» dite. «La plupart des travaux effectués dans ce domaine portent sur des corps rigides frappant l’eau, dont la forme globale ne change pas vraiment ou ne se déplace pas en réponse à l’impact», a déclaré Daniel Harris, co-auteur de l’université Brown. «Les questions auxquelles nous essayons de répondre sont les suivantes: «Et si l’objet qui frappe était souple de sorte qu’une fois qu’il ressent la force, il puisse changer de forme ou se déformer? Comment cela change-t-il la physique et, plus important encore, les forces ressenties sur ces structures?» Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques pour étudier la façon dont l’ajout d’un ressort à la base d’un corps rigide pourrait modifier son comportement lorsqu’il frappe l’eau.