Effet Magnus - Définition

Une image illustrant l'effet Magnus sur une balle

L’effet Magnus, découvert par Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), physicien allemand, permet notamment d’expliquer les effets de balle dans le sport.

Quand la vitesse d'un fluide (comme l'air) augmente, sa pression diminue, et réciproquement, comme l'indique l’équation de Bernoulli^[1].

Balistique

Lorsqu'une balle en rotation se déplace dans l'air, elle va par frottement modifier la vitesse du courant d'air autour d'elle. L'effet sera dissymétrique : d'un côté la balle entraîne l'air qui accélère. De ce côté la pression diminue. De l'autre côté la balle freine l'écoulement d'air et la pression augmente. On aura donc une différence de pression et la balle va se déplacer du côté où la pression est plus faible. Selon la vitesse de rotation de la balle, la position des points où la vitesse est respectivement minimale et maximale (et donc le sens de la force appliquée) varie.

Cependant, on peut dire qu'en gros et par exemple, pour une rotation d'arrière en avant (axe horizontal perpendiculaire au mouvement, comme une balle roulant sur le sol), la balle plongera plus vite vers le sol. Dans le sens contraire, elle sera soulevée et aura une trajectoire plus plate, elle volera plus loin avant de toucher le sol.

C'est cet effet qui explique par exemple la trajectoire travaillée des tirs de coups-francs au football ou l'effet plongeant d'une balle de ping-pong lors d'un smash.

Un engin comme le boomerang exploite des effets similaires. Voir discussion.

Inversement, l'effet Magnus participe à l'imprécision des armes à feu à canon non rayé et utilisant une balle ronde : avec ces armes, au sortir du canon la balle a une rotation très variable, et elle se comporte de façon non moins variable.

Propulsion (par rotors Flettner)

Le Buckau en 1923

L'utilisation de l'effet Magnus a été proposé pour mettre au point des systèmes de propulsion composés de gros cylindres verticaux en rotation capables de produire une poussée longitudinale lorsque le vent est sur le côté.

• Buckau (rebaptisé plus tard Baden-Baden)

L'Allemand Anton Flettner fit transformer le schooner trois mâts Buckau dans les chantiers Germania de Kiel (Allemagne) et acquit avec lui une première expérience avec ce principe de propulsion. Le Buckau, qui fit son premier voyage d'essai en 1924 équipé de deux rotors, était mû par un moteur auxiliaire à hélice par calme plat (absence de vent) et lorsque l'espace nécessaire pour louvoyer était limité. Après plusieurs essais par différentes conditions de vent, le Buckau rebaptisé Baden-Baden traversa l' Atlantique et rallia New York le 9 mai 1926.

• Barbara

Les chantiers navals A.G. Weser de Brême construisirent pour l'armateur hambourgeois Rob. M. Sloman jr. le Barbara jaugeant 2077 tonneaux et le mirent en service le 28 juillet 1926. La marine commerciale du Reich équipa ce cargo de trois rotors Flettner pour assister le système de propulsion. Avec un vent de force 4 Beaufort, il atteignait 4 nœuds vent debout, et même 9 vent en poupe. Malgré cela, le principe de la propulsion par rotors Flettner perdit vers 1930 la course à la rentabilité face à des navires à hélice ou à voiles classiques.

• Alcyone (navire expérimental de J. Cousteau)

L'océanographe Jacques-Yves Cousteau fit construire l'Alcyone au début des années 1980. Son principe est sensiblement différent (voir turbovoile). Ses deux cylindres fournissaient environ 25 à 30 % de l'énergie propulsive qui venait assister la propulsion par hélice. Le navire fit son premier voyage en 1985.

• Calypso II

La Calypso II devait être équipée selon Cousteau d'un véritable système de propulsion par rotors Flettner mais elle ne fut plus construite après sa mort.

• Uni-Kat Flensburg

Le Uni-Kat* Flensburg fut développé à l'Institut de Physique et Chimie de l'université de Flensbourg (Allemagne) sous la houlette du Professor Lutz Fiesser dans le cadre du projet PROA. Le navire fut baptisé lors de la réunion Flensburg Nautics 2006.

(* Jeu de mot: Unikat signifie "pièce unique" mais le trait d'union permet de reconnaître la vraie signification: katamaran de l'université)

• E-Ship

En 2006, la société de construction d'éoliennes Enercon commanda aux chantiers navals Lindenau-Werft de Kiel un cargo de 130 m de long équipé, en plus d'un moteur diesel, de quatre rotors Flettner. Sa mise en service est prévue pour septembre 2008.

Note