Monde de la Physique : Physique des ventres douloureux

Quiconque touche l’eau de manière inélégante en sautant dans la piscine sait à quel point les tongs abdominales peuvent faire mal. Les chercheurs ont maintenant analysé plus en détail ce qui se passe physiquement lors d’une telle transition d’un corps de l’air à l’eau. Comme ils le rapportent dans la revue “Journal of Fluid Mechanics”, des forces encore plus fortes peuvent agir sur des corps flexibles – comme l’estomac – que sur des objets durs et rigides.

Lorsqu’un corps touche la surface de l’eau, “l’eau accélère soudainement pour ralentir la vitesse du corps qui plonge”, explique Daniel Harris du Centre de mécanique des fluides de l’Université Brown à Providence. Afin d’étudier les flux et les forces, lui et son équipe ont construit un cylindre d’essai pesant pas moins de 500 grammes et mesurant quelques centimètres de long. Ils y ont intégré un capteur pour mesurer les forces lors de l’immersion. À l’avant, ils montaient une demi-coque incurvée reliée au cylindre via des ressorts réglables dans un petit amortisseur.

Dans le cadre de nombreuses expériences, les scientifiques ont laissé tomber le cylindre sur une surface d’eau à différentes hauteurs afin de déterminer les forces lors de l’immersion. Ils ont varié la force des ressorts, c’est-à-dire la flexibilité du petit amortisseur. Parallèlement, ils ont filmé le cylindre de plongée avec une caméra rapide.

Plus l’amorti est élevé, plus l’impact est dur

Le résultat a surpris l’équipe : lorsqu’il est immergé dans un amortisseur, des forces encore plus élevées s’exercent sur le cylindre que sur un corps complètement rigide sans aucun amortissement – et des forces plus élevées rendent l’impact plus douloureux. Après de nombreuses séries de tests, Harris et son équipe ont découvert pourquoi grâce à des calculs supplémentaires sur ordinateur : cela provoquait une vibration de l’amortisseur lors de l’impact. Et lors de certains tests de chute, ces vibrations ont augmenté les forces agissant sur le cylindre. Cet effet dépendait de la rapidité avec laquelle le corps tombait dans l’eau et de la flexibilité de la source.

Selon les chercheurs, certains oiseaux aquatiques, par exemple, tiennent compte de cet effet et réduisent les forces d’impact grâce à des manœuvres de vol spéciales juste avant la plongée. Et il en va de même pour sauter du plongeoir dans la piscine : des corps avec moins d’amorti pourraient parfois entraîner un impact moins douloureux.