À chaque Coupe du monde, Adidas introduit un nouveau ballon, et celui de cette année s’appelle Al Rihla. Joern Pollex/FIFA via Getty Images
Comme à chaque Coupe du Monde, lors de la Coupe du Monde de la FIFA 2022 au Qatar, les joueurs utiliseront un nouveau ballon. La dernière chose que les concurrents souhaitent, c’est que la pièce d’équipement la plus importante du tournoi le plus important du sport le plus populaire au monde se comporte de manière inattendue.
Je suis professeur de physique à l’Université de Lynchburg et j’étudie la physique du sport. Malgré les controverses sur la corruption et les problèmes de droits de l’homme entourant la Coupe du monde de cette année, il y a toujours de la beauté dans la science et les compétences du football. Dans le cadre de mes recherches, je fais tous les quatre ans une analyse du nouveau ballon de la Coupe du monde pour voir ce qui a contribué à créer la pièce maîtresse du plus beau jeu du monde.
La physique de la traînée
Entre les tirs au but, les coups francs et les longues passes, de nombreux moments importants d’un match de football se produisent lorsque le ballon est en l’air. Ainsi, l’une des caractéristiques les plus importantes d’un ballon de football est la façon dont il se déplace dans l’air.
À basse vitesse, l’air ne fera qu’embrasser la surface de la moitié avant d’un ballon de football avant de se décoller d’une manière organisée appelée flux laminaire, comme on le voit ici sur cette photo en soufflerie. John Eric Goff, CC BY-ND
Lorsqu’une balle se déplace dans l’air, une fine couche d’air essentiellement immobile appelée couche limite entoure une partie de la balle. À basse vitesse, cette couche limite ne couvrira que la moitié avant de la balle avant que l’air qui s’écoule ne se détache de la surface. Dans ce cas, le sillage de l’air derrière le ballon est assez régulier et s’appelle le flux laminaire.
À grande vitesse, l’air circulant sur un ballon de football se déplacera presque complètement à l’arrière du ballon avant de se séparer en tourbillons chaotiques appelés flux turbulents. John Eric Goff, CC BY-ND
Lorsqu’une balle se déplace rapidement, cependant, la couche limite s’enroule beaucoup plus loin autour de la balle. Lorsque le flux d’air finit par se séparer de la surface de la balle, il le fait dans une série de tourbillons chaotiques. Ce processus est appelé écoulement turbulent.
Lors du calcul de la force que l’air en mouvement exerce sur un objet en mouvement – appelée traînée – les physiciens utilisent un terme appelé coefficient de traînée. Pour une vitesse donnée, plus le coefficient de traînée est élevé, plus un objet ressent de traînée.
Il s’avère que le coefficient de traînée d’un ballon de football est environ 2,5 fois plus grand pour un écoulement laminaire que pour un écoulement turbulent. Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, la rugosité de la surface d’une balle retarde la séparation de la couche limite et maintient une balle dans un écoulement turbulent plus longtemps. Ce fait physique – que les balles plus rugueuses ressentent moins de traînée – est la raison pour laquelle les balles de golf à fossettes volent beaucoup plus loin qu’elles ne le feraient si les balles étaient lisses.
Lorsqu’il s’agit de fabriquer un bon ballon de football, la vitesse à laquelle le flux d’air passe de turbulent à laminaire est essentielle. En effet, lorsque cette transition se produit, une balle commence à ralentir considérablement. Si le flux laminaire démarre à une vitesse trop élevée, la balle commence à ralentir beaucoup plus rapidement qu’une balle qui maintient un flux turbulent plus longtemps.
Évolution du ballon de la Coupe du monde
L’Adidas Telstar, présenté lors des Coupes du monde de 1970 et 1974, est ce que beaucoup de gens imaginent lorsqu’ils pensent à un ballon de football. briller2010, CC BY
Adidas fournit des ballons pour la Coupe du monde depuis 1970. Jusqu’en 2002, chaque ballon était fabriqué avec la construction emblématique à 32 panneaux. Les 20 panneaux hexagonaux et 12 pentagonaux étaient traditionnellement en cuir et cousus ensemble.
Une nouvelle ère a commencé avec la Coupe du monde 2006 en Allemagne. Le ballon de 2006, appelé Teamgesit, se composait de 14 panneaux synthétiques lisses qui étaient thermocollés ensemble au lieu d’être cousus. Le joint collé plus serré empêchait l’eau de pénétrer à l’intérieur du ballon les jours de pluie et d’humidité.
Fabriquer une balle avec de nouveaux matériaux, avec de nouvelles techniques et avec un plus petit nombre de panneaux, change la façon dont la balle vole dans les airs. Au cours des trois dernières Coupes du monde, Adidas a essayé d’équilibrer le nombre de panneaux, les propriétés des coutures et la texture de la surface pour créer des balles avec juste la bonne aérodynamique.
Le ballon plus lisse de Jabulani de la Coupe du monde 2010 en Afrique du Sud a reçu de nombreuses critiques pour sa lenteur dans les airs. Alliance d’images via Getty Images
Le ballon Jabulani à huit panneaux de la Coupe du monde 2010 en Afrique du Sud avait des panneaux texturés pour compenser les coutures plus courtes et un nombre inférieur de panneaux. Malgré les efforts d’Adidas, le Jabulani était un ballon controversé, de nombreux joueurs se plaignant qu’il ralentissait brusquement. Lorsque mes collègues et moi avons analysé le ballon dans une soufflerie, nous avons constaté que le Jabulani était globalement trop lisse et avait donc un coefficient de traînée plus élevé que le ballon Teamgesit 2006.
Les ballons de la Coupe du monde pour le Brésil en 2014 – le Brazuca – et la Russie en 2018 – le Telstar 18 – avaient tous deux six panneaux de forme étrange. Bien qu’ils aient des textures de surface légèrement différentes, ils avaient généralement la même rugosité de surface globale et, par conséquent, des propriétés aérodynamiques similaires. Les joueurs ont généralement aimé le Brazuca et le Telstar 18, mais certains se sont plaints de la tendance du Telstar 18 à éclater facilement.
Le Français Kylian Mbappe est l’une des nombreuses stars du football qui joueront avec le nouveau ballon Al Rihla lors de la Coupe du monde 2022 au Qatar. Franck Fife via Getty Images
Bal Al Rihla 2022
Le nouveau ballon de football de la Coupe du monde du Qatar est le Al Rihla.
Le Al Rihla est fabriqué avec des encres et des colles à base d’eau et contient 20 panneaux. Huit d’entre eux sont de petits triangles avec des côtés à peu près égaux, et 12 sont plus grands et ont la forme d’un cornet de crème glacée.
Pour rendre l’Al Rihla plus rugueux et plus aérodynamique, Adidas a mis de petits divots dans la surface. John Eric Goff, CC BY-ND
Au lieu d’utiliser des textures en relief pour augmenter la rugosité de la surface comme avec les balles précédentes, l’Al Rihla est recouverte de caractéristiques en forme de fossette qui donnent à sa surface une sensation relativement lisse par rapport à ses prédécesseurs.
Pour compenser la sensation plus douce, les coutures d’Al Rihla sont plus larges et plus profondes – peut-être en apprenant des erreurs du Jabulani trop lisse, qui avait les coutures les moins profondes et les plus courtes des balles de la Coupe du monde récente et que de nombreux joueurs jugeaient lente dans l’air. .
Mes collègues au Japon ont testé les quatre derniers ballons de la Coupe du monde dans une soufflerie à l’Université de Tsukuba.
Lorsque le flux d’air passe d’un flux turbulent à un flux laminaire, le coefficient de traînée augmente rapidement. Lorsque cela arrive à une balle en vol, la balle connaîtra soudainement une forte augmentation de la traînée et ralentira brusquement.
La plupart des balles de la Coupe du monde que nous avons testées ont effectué cette transition à environ 36 mph (58 km/h). Comme prévu, le Jubalani est la valeur aberrante, avec une vitesse de transition d’environ 51 mph (82 km/h). Considérant que la plupart des coups francs démarrent à plus de 97 km/h (60 mph), il est logique que les joueurs aient estimé que le Jabulani était lent et difficile à prévoir. L’Al Rihla a des caractéristiques aérodynamiques très similaires à ses deux prédécesseurs, et peut même se déplacer un peu plus vite à des vitesses inférieures.
Chaque nouveau ballon suscite des plaintes de la part de quelqu’un, mais la science montre que l’Al Rihla devrait sembler familier aux joueurs de la Coupe du monde de cette année.
John Eric Goff ne travaille pas pour, ne consulte pas, ne détient pas d’actions ou ne reçoit de financement d’aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, et n’a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination académique.
