L'art du coup franc, d'Etienne Klein.

Pour comprendre la dynamique des coups francs qui semblent impossibles: le gardien de but et les joueurs qui forment le mur contemplent méduses, le ballon décrivant une courbe qui contourne le mur et finit par se loger dans le coin le plus inaccessible de la cage. On dirait de la magié, mais non c'est de la physique, plus précisément ce que l'on appelle de "l'invariance de jauge". Deux ingrédients permettent d'expliquer le phénomène : d'abord l'effet qui est communiqué au ballon au moment de la frappe; ensuite, l'interaction du ballon en rotation sur lui-même avec l'air ambiant.

Supposons qu'au moment de la frappe , le tireur a communiqué au ballon un mouvement de rotation sur lui-même dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. cela signifie que le ballon a acquis un moment cinétique propre, qui est dirigé vers le haut. Mais l'air opposant une résistance au mouvement de rotation du ballon se forment a sa surface des tourbillons d'air qui tournent en sens inverse du ballon. Le système forme par le ballon et les couches que sa rotation fait tourner étantpresque isolé, le moment cinétique total de ce système est conservé , urc'est a dire garde constamment la même valeur. Il se trouve que c'est de cette conservation que résulte la courbure de la trajectoire du ballon qui lui permet de contourner le mur...

Voyons cela de plus près . A l'envoi du ballon le moment cinétique est celui qui lui a été communiqué par le tireur. Dans notre hypothèse, il est dirigé vers le haut. Mais ensuite intervient la somme des moments cinétiques des tourbillons d'air, qui, elle, est dirigée vers le bas. Comme le moment cinétique total est conservé, le système doit acquérir un nouveau système qui compense exactement celui des tourbillons d'air, et qui est donc dirigé vers le haut. Ce nouveau moment cinétique ne peut pas être un moment cinétique propre du ballon car cela voudrait dire que la rotation du ballon s'accélèrerait ´du fait de la résistance de l'air. Il ne peut qu'être un moment cinétique orbital: la trajectoire du ballon va donc se courber dans le même sens que la rotation propre du ballon. Quand je vous aurais dit que ce principe d'invariance de jauge est par ailleurs a la base de notre description des interactions entre particules élémentaires, j'aurais sans doute fini de vous convaincre que le football offre effectivement matière a penser.