7-UN PEU DE SCIENCE

Le boomerang est un des objets les plus bizarres jamais conçus.
Si l’objet en lui-même est très simple, les lois physiques qui conditionnent son retour sont très
compliquées, mais nul besoin de connaître toute la théorie, pour fabriquer et s’amuser avec un boomerang.
Pour bien comprendre, il est nécessaire de faire un rapide historique. Le boomerang a été découvert en Australie en 1770 par le capitaine Cook qui le rapporta à Londres et très rapidement des théories plus ou moins sérieuses furent développées pour expliquer son retour.
De nombreuses explications mettent en parallèle cette drôle d’hélice qui prend appui sur l’air, mais aussi sur le vent qui est censé ramener le boomerang. On s’aperçut très vite que même sans vent, un boomerang correctement confectionné revenait. On comprit alors que l’air, le profil et surtout la forme du boomerang étaient d’une extrême importance. Mais malgré ces constatations, aucune interprétation sérieuse du point de vue physique n’était développée. Et pendant très longtemps, le vol du boomerang est resté mystérieux et sa construction empirique.

Ce n’est qu’en 1975 qu’un physicien, Felix Hess, a expliqué dans une thèse de 500 pages, les phénomènes physiques qui conditionnent ce fameux retour.
Pour simplifier à l’extrême, le boomerang se comporte en vol comme un rotor d’hélicoptère, réalise son amorce de retour comme un avion en virage, garde son équilibre, et se redresse comme une toupie en rotation.
Cela explique que, si on modifie un tant soit peu un seul élément d’un boomerang : son poids, sa forme, son profil, ou le matériau le constituant, le vol et la trajectoire s’en trouvent modifiés.
Il est très difficile de réaliser une simulation, car à chaque seconde, le boomerang modifie son vol et son placement dans l’espace, par un rapport à un réferentiel. Pour mieux comprendre, faisons un parallèle avec un avion. Pour tester l’aérodynamisme d’un aéronef en vol, on fixe sur un support, une maquette d’avion à l’échelle dans une soufflerie, et ensuite on visualise et on mesure divers
paramètres. On simule ainsi facilement le vol d’un avion.
Pour le boomerang, on n’a pas encore entrepris une telle simulation.
Mais, revenons à notre explication. Parlons de la forme du boomerang la plus connue, celle en
forme de cintre.
Les deux pales sont profilées comme des ailes d’avions : le dessus des pales appelé extrados est bombé, avec un bord épais (le bord d’attaque) et un bord plus mince (le bord de fuite). Le dessous des deux pales, appelé intrados reste plat. Grâce à ce profil, un avion en vol ou un boomerang en
rotation, est aspiré par rapport à sa face bombée, (principe de Bernoulli), c’est ce que l’on appelle la portance.
Aussitôt que votre boomerang en rotation quitte votre main, tout de suite, cette rotation se combine avec un mouvement de translation. Il se crée alors un subtil équilibre, la « stabilité gyroscopique », que l’on pourrait définir ainsi : tout objet qui tourne autour de son axe a la faculté de
maintenir son axe de rotation dans une direction donnée.
Comme la toupie, le boomerang maintient son axe et son équilibre, grâce à son mouvement de rotation. D’autres jouets mettent en oeuvre le principe de la stabilité gyroscopique : le yo-yo, le diabolo, le freesbee.
De même, lorsque l’on réalise des ricochets sur l’eau avec un caillou, il faut obligatoirement imprimer à la pierre une rotation importante, pour qu’elle puisse garder un angle d’attaque constant, dans une direction donnée.
Conséquence de quoi, il faut toujours lancer son boomerang avec un maximum de rotation, car sans rotation, point de retour !
Sa trajectoire va légèrement s’incurver, grâce à la portance qui aspire la face bombée des pales. Ensuite, à cause de l’attraction terrestre, il va avoir tendance à se diriger vers le
sol, et c’est là qu’intervient la : « précession gyroscopique » .
À chaque rotation, le boomerang va se redresser, pour retrouver son équilibre de départ, et ainsi relever sa trajectoire, puis continuer son vol. Puis, à chaque révolution, la portance de la pale, avançant dans le sens de rotation, se trouve augmentée grâce à la vitesse de translation. Il se produit tour à tour, un mouvement de bascule et de redressement, et le retour s’amorce, grâce à la précession gyroscopique. Ensuite, le boomerang ayant perdu toute son énergie et sa rotation, se couche et se pose, plus ou moins près de son point de départ.
Voici rapidement résumée la justification du retour.
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