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La physique du saut à ski : comment faire pour « planer » aussi loin ?

saut à ski
Crédits : OIS

Entre la finale de l’épreuve individuelle samedi 12 février (remportée par le Norvégien Marius Lindvik) et l’épreuve par équipes lundi, les athlètes du saut à ski nous ont une fois de plus régalés. Mais comment font-ils pour « voler » aussi loin ? 

Gravité, portance, traînée

L’épreuve de saut à ski est peut-être l’un des événements les plus fascinants des Jeux olympiques d’hiver. Le principe est simple : le gagnant est l’athlète qui plane le plus loin tout en proposant le meilleur atterrissage. Au moyen de plusieurs techniques développées dans le but de composer avec les lois de la nature, les sauteurs à ski sont capables de lutter contre la gravité pendant cinq à sept secondes alors qu’ils parcourent parfois plus de cent mètres. Comment font-ils ? Trois grands concepts de la physique sont en jeu : gravité, portance et traînée.

La gravité attire tout objet en vol vers le sol. C’est inéluctable. Pour tenter de retarder l’échéance, les athlètes interagissent avec l’air lorsqu’ils se déplacent. Cette interaction produit alors de la portance. En se déplaçant dans l’air, la surface d’un objet entre en collision avec des particules d’air, les repoussant vers le bas. L’objet se retrouve alors poussé vers le haut selon la troisième loi du mouvement de Newton, qui dit que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée.

Si la force produite par la portance équilibre approximativement la force de gravité, un objet peut alors planer. Pour produire de la portance, vous devez être en mouvement. Plusieurs facteurs peuvent alors augmenter cette force ascendante : l’augmentation de la vitesse, l’augmentation de la surface ou encore l’angle d’attaque.

Les mêmes collisions entre un objet et l’air qui fournissent la portance produisent également de la traînée, dont l’objet est de résister au mouvement vers l’avant de tout objet, ce qui a pour effet de le ralentir. À mesure que la vitesse diminue, la portance diminue également, limitant la durée d’un vol.

Concrètement, en saut à ski, l’objectif est d’utiliser un positionnement soigné du corps pour maximiser la portance tout en réduisant autant que possible la traînée.

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La skieuse Maria Gerboth en 2020. Crédits : Ailura, CC BY-SA 3.0 AT

Vitesse et technique

Pour opérer, les skieurs doivent d’abord prendre un maximum de vitesse en glissant sur une pente. Ils minimisent la traînée en s’accroupissant et se dirigent avec précaution dans le but de réduire la friction entre les skis et la rampe. Au moment où ils arrivent au « bout de la ligne », certains peuvent atteindre les 96 km/h. Juste avant d’atteindre la fin de la rampe, inclinée d’environ dix degrés vers le bas, les athlètes sautent. Notez que pente d’atterrissage est conçue de manière à ce que le skieur ne soit jamais à plus de quatre mètres au-dessus du sol.

Une fois dans les airs, les sauteurs font alors tout ce qu’ils peuvent pour produire le plus de portance possible tout en minimisant la traînée. Pour augmenter leurs chances, les athlètes alignent leurs skis et leur corps quasi parallèlement au sol et placent leurs skis en forme de V juste à l’extérieur de la forme du corps.

Au fur et à mesure que la traînée réduit la vitesse du skieur, la portance diminue. Les athlètes commencent alors à tomber de plus en plus vite avant de finalement toucher le sol, vaincus par la gravité.

Avec autant de physique en jeu, de nombreux autres facteurs peuvent également affecter la qualité d’un saut, comme le vent. Vous remarquerez d’ailleurs que les officiels déplacent parfois le point de départ vers le haut ou vers le bas de la pente en fonction de la vitesse du vent. En effet, des vents contraires plus rapides produiront plus de portance et entraîneront des sauts plus longs susceptibles de faire atterrir le skieur au-delà de la zone prévue à cet effet.

La longueur des skis est également réglementée. Cette longueur est liée à la taille et au poids du skieur. Concrètement, les skis peuvent mesurer 145 % de la taille du skieur au maximum, tandis que les skieurs ayant un indice de masse corporelle inférieur à 21 doivent avoir des skis plus courts. Enfin, les skieurs doivent porter des combinaisons ajustées pour s’assurer que les vêtements ne génèrent pas davantage de portance.