Certains d'entre nous sont peut-être assez agés pour avoir appris à l'école que les abeilles ne devraient pas avoir la possibilité de voler. Selon les modèles mathématiques et aérodynamiques de l'époque de frères Wright, les scientifiques ont déclaré qu'il n'était pas normal que les abeilles puissent voler. Pourtant c'est ce qu'elles faisaient.
Est-ce que les scientifiques se trompaient ? Bien sur.
Avaient-ils assez d'information ? C'est une autre question. Il a fallu attendre les caméra à haute vitesse pour qu'ils puissent réellement voir et comprendre ce que faisaient les abeilles pour pouvoir voler.

 

Référence : "Smoke visualization of free-flying bumblebees indicates independent leading-edge vortices on each wing pair"

D'après cette étude récente, l'idée que les ailes des abeilles étaient plates était au coeur du problème. Voilà une citation : “Les plus récentes études de l'aérodynamisme instable, à flux séparé du vol des insectes ont utilisés des modèles numériques, analytiques et physiques basés sur des données kinématiques simplifiées supposant que leurs ailes soient plates.''

Les résultats pointent du doigt la capacité des ailes des abeilles de créer de la cambrure et de la torsion au lieu de battre de haut en bas comme on le pensait. En utilisant de la fumée et des caméras à haute vitesse, les scientifiques ont pu visualiser les vortex heliptiques créés par les ailes rendant le vol possible.

Retrospectivement l'auteur déclare : ''Les modèles simplifiés sur l'aérodynamisme des insectes ont besoin d'être de nouveau comparés aux données recueillies sur de vrais insectes''.

  

Observons ''les ailes entrain de battre'' pendant un impact de golf

Il est sans doute temps de regarder l'intervalle d'un impact de golf pour se rendre compte de ce qu'il se passe dans le mondé réel, à une échelle adaptée qui considèrera l'impact comme un intervalle dynamique et non pas quelque chose d'instantané. J'ai récemment fait l'acquisition d'une caméra PHANTOM à ultra haute vitesse capable d'enregistre au-delà de 100 000 images par seconde. Avec une vitesse aussi importante, l'inveralle d'impact dure 40 à 50 images, et il est donc possible de visualiser la déformation asymétrique d'une balle de golf, la dynamique des mouvements du club et le spin qui en resulte.

  

Mouvements de la tête de club avec la caméra PHANTOM

Nous n'avons pu nous faire une vraie idée du battement des ailes des abeilles qu'avec une résolution suffisante et dans le bon angle pour supprimer les distorsions liées à la 2D. Il faut faire de même pour l'impact pour analyser l'angle de la face de club et son chemin en détail. Beaucoup des mouvements qui vont être décrits ne vont seront pas familiers ni intuitifs.

Voici mes premières observations. Je conduira d'autres analyses plus en profondeur de ces différents aspects dans le futur mais ce qui suit devrait être suffisant pour entrevoir la réalité de ce qui se passe PENDANT l'intervalle d'impact.

1. L'angle de la face de club lors du point de contact peut être fermé, ouvert, square) jusqu'ici rien de bien nouveau...mais ensuite
2. L'angle de la face de club pendant la première partie de l'impact peut :
   
   1. S'ouvrir
   2. Se fermer
   3. Être stable
3. L'angle de la face de club pendant la seconde partie de l'impact peut :
   
   1. S'ouvrir
   2. Se fermer
   3. Être stable
4. Le loft peut :
   
   1. Augmenter
   2. Diminuer
   3. Être stable
5. Le Chemin de club peut :
   
   1. Dévier vers la droite
      
      1. i.e. - Avec une face stable (vers une même cible) et un chemin qui dévie vers la droite. (La fermeture de la face par rapport au chemin va augmenter)
      2. Avec une face qui se ferme et un chemin qui dévie vers la droite. Celà entrainera un hook important.
   2. Dévier vers la gauche
      
      1. i.e. – Avec une face stable (vers une même cible) et un chemin qui dévie vers la gauche. (La face s'ouvre par rapport au chemin)
      2. Avec une face qui s'ouvre et un chemin qui dévie vers la gauche. Celà entrainera un slice important.
   3. Rester dans la direction initiale
6.  L'angle d'attaque avant le contact peut être :
   
   1. Remontant
   2. Descendant
   3. A niveau
   4. Il dévie vers le bas dès l'impact d'environ un quart de inch.
7. Le taux de fermeture (angle de la face par rapport au plan varie d'un golfeur à l'autre en fonction de son style de release :
   
   1. Peut approcher les 10 000 degrés par seconde
      
      1. Ce qui peut suffire à créer un draw avec une face de club ouverte par rapport au plan
   2. Peut être très bas, en-dessous de 1000 degrès par seconde
      
      1. La face de club peut aller de fermée vers ouverte ou ouverte vers plus ouverte.
      2. Un sliceur peut avoir une face qui s'ouvre alors que le chemin devie vers la gauche, avec à un taux de fermeture ''techniquement'' négatif.
8. L'endroit du contact sur la face de club peut être :
   
   1. Sur le talon
      1. Ce qui ferme la face de club
   2. Sur la pointe
      
      1. Ce qui ouvre la face de club
      2. Il est possible de tout de même avoir une face qui se ferme avec beaucoup de roll
   3. Au centre de la face (il est illusoire de penser que c'est vraiment possible physiquement)
   4. Haut sur la face
      
      1. Ce qui augmente le loft
   5. Bas sur la face
      
      1. Ce qui diminue le loft
9. Le Gear Effect
   
   1. Ca reste un mystère
      
      1. Une face de club qui se ferme pendant l'intervalle d'impact malgrès un contact sur la pointe. La face de club se retrouve ouverte une fois que la balle a quitté la tête de club. Est-ce la faute d'une caméra trop lente qui ne permet pas de mettre en évidence ce fait et entraine une interprétation erronée d'un draw avec une face qui s'ouvre ?
      2. Avec les fers, un contact sur le talon semble créer un spin en draw au lieu d'un spin en fade.

Avec tous ces éléments dynamiques en tête, peut-on concevoir la création d'un modèle mathématique capable de CALCULER précisément où la balle volera ? Peut-être...un jour...
Et le D-plane alors ? Il ne tiendrait pas compte de tout celà ?

Peut-être que l'un des principaux facteurs dans la trajectoire est le taux de fermeture de la face PENDANT l'impact.

Pour le modèle du D-Plane, le taux de fermeture est de ZERO. Pareil pour le Chemin de Club. Ces deux éléments sont supposés stables.
Or ce n'est pas souvent le cas, le taux de fermeture est très variable, et le chemin de club peut dévier vers la gauche ou vers la droite PENDANT l'intervalle d'impact (causant des variations sur l'ouverture ou la fermeture de la face de club par rapport au plan), l'ensemble modifant l'axe de spin et donc la trajectoire de balle.


Je réalise que tout celà est très complexe, mais si vous comprenez ce qu'il s'est passé sur l'interprétation du vol des abeilles, nous en sommes au même point concernant le vol d'une balle de golf. (certains prétendent le contraire)
Il n'y a que peu de recherche dans ce domaine dans le golf et pour l'instant ce qui est sûr c'est qu'elle n'est pas conduite avec des instruments suffisants pour ''voir battre les ailes''.

  

La Terre n'est pas ronde

Un peu comme Galilée, le monde entier déclare l'inverse de ce que j'ai pu observer. Les gens disent qu'un taux de fermeture élevé de la face de club créerait du slice, et qu'un taux bas créerait du draw. Ce sont les mêmes personnes qui vont nous expliquer que le gear effect est un déterminant principal du vol de balle. Mes observations initiales vont exactement dans la direction opposée.
Avant d'expliquer la collision entre une balle de golf et une tête de club, penchons nous un peu sur ce qui se passe au tennis, un autre sport pour lequel j'ai fait de la recherche.


Le lift au tennis

Sujet plus facile à traiter que l'impact au golf, le coup droit lifté de Federer, Djokovic et Nadal sont si efficaces que ces trois joueurs ont gagné 28 tournois majeurs sur 29 jusqu'à ce qu'Andy Murray ne gagne l'US OPEN cette année. Les différences techniques dans leur façon de faire (en comparision au ''brossé'' avec un mouvement en ''essuie-glace'' traditionnellement enseignés) n'ont pas échappés à l'oeil attentif du Dr Calvin Nii qui étudie l'évolution du tennis depuis environ 40 ans. Imaginez à quel point il était sceptique en lisant cet article du New York Times : http://www.nytimes.com/2012/08/27/sports/tennis/latest-advances-to-tennis-racket-put-new-spin-on-the-game.html?_r=3&ref=tennis

D'après les scientifiques de chez Wilson, trois facteurs créent le lift : ''la vitesse à laquelle la raquette passe, l'angle avec lequel elle rencontre la balle, et la réaction des cordes qui se remettent en place après avoir été déplacées par la balle au contact initial''
Seul un scientifique comme le Dr Nii peut scruter une étude avec un aussi peu de biais. L'étude a été réalisée en fixant une raquette sur une base immobile et en lançant des balles de tennis selon différents angles à l'aide d'un cannon pour déterminer la formation de spin en fonction de ces angles. Est-ce vraiment comme celà qu'on joue au tennis ? Si on parlait de Sursimplification on serait gentils...

 

Un équivalent dans le Golf

Il y en a...
Des balles frappées par des robots avec peu ou pas de taux de fermeture en observant dans quelle direction vole la balle en fonction de l'ouverture de la face de club.
ou alors...
Lancer des balles de golf sur une pièce de bois suspendue pour vérifier le gear effect ? Est-ce que celà ressemble de près ou de loin à une vraie balle de golf frappée avec une grand taux de fermeture de la face de club ?
http://www.physics.usyd.edu.au/~cross/PUBLICATIONS/37.%20GearEffect.pdf

 

Tennis et Golf : des objectifs différents

Au tennis, les 3 joueurs dominants le sont grace à une grande vitesse de balle et des lifts très importants. Etant donné la taille du court, ça n'a aucun sens de frapper à 100 miles par heure sans mettre de lift puisque la balle sera trop longue et la marge d'erreur par rapport au filet sera trop faible.
En golf, nous voulons plutôt une grande vitesse de balle et assez peu de spin lateral, et même très peu de backspin avec le driver, pour pouvoir frapper long et droit.
Les deux sports ont donc des objectifs très différents. Regardons un peu les collisions au tennis, celà nous aidera peut-être à dégager des principes pour les collisions au golf.

  

  

Pour générer beaucoup de lift et de vitesse de balle en même temps, certaines choses intéressantes prennent place chez Roger Federer.

 

 

La Face de la raquette

La face de la raquette chez Roger se referme rapidement lorsque la balle est en contact avec les cordes. Ce coup droit est enregistré à 210 images par seconde donc nous allons devoir extrapoler. La balle est en contact avec les cordes pour 4 à 5 millisecondes (c'est 10 fois plus long que l'impact de golf), mais ça reste très court pour pouvoir bien l'étudier à 210 images par seconde. Mais ce qui est sur c'est que pendant un intervalle de cette durée la face peut se fermer pendant le contact.

Et si la raquette de Roger se comportait comme celle de Maria Sharapova ?

 

 

 

Est-ce que celà ne produirait pas moins d'effet ou un coup plus à plat ?

 

Face de la raquette par rapport au chemin de la raquette

 

   

Et si jamais le chemin de la raquette et l'angle de la raquette deviennent de plus en plus parallèles au lieu de rester à angle droit ?
En d'autres termes, la raquette de Roger tourner quasiment de 90° de plus que celle de sharapova par rapport au plan. Même si on se rend bien compte qu'une grande partie de la rotation intervient une fois que la balle a quitté les cordes, on a quand même un indice sur ce que fait Roger pendant l'intervalle d'impact. Est-ce que ça influe la création de lift ? Bien sur, énormément !

C'est surement important de savoir que Sharapova frapper un coup bien plus plat. Elle ouvre presque un peu sa raquette par rapport au chemin en traversant le coup via la supination de l'avant-bras droit tout en gardant le poignet droit en extension. Federer à l'inverse utilise de la flexion du poignet droit, de la pronation de l'avant-bras et de la déviation radiale pour mêttre le maximum d'effet (lift et effet latéral en hook).

 

Taux de fermeture

Comme Roger ferme beaucoup la face de la raquette lorsque la balle est en contact avec les cordes tout en rendant le chemin plus vertical, on peut dire que le taux de fermeture est très élevé.
Maria par contre ouvre la raquette alors pour une chemin de raquette vertical également. Celà rend son taux de fermeture très bas. La raquette de Maria est plus stable créant un coup plus à plat. Vous voyez où je veux en venir ?

Localisation du contact

Dr. Nii a aussi remarqué que Federer et Nadal ont tendance à frapper la balle  en-dessous de l'équateur de la raquette, ce qui augmente encore plus le taux de fermeture. Il estime que celà leur permet d'augmenter encore plus ce taux de lift.

Le gear effect n'est pas envisagé en tennis parce que le centre de gravité de la raquette se trouve dans le place de la surface d'impact, on peut donc voir les effets des mouvements dynamiques de la collision créant le spin. Voici un ancien joueur ATP d'Hawaii tappant un gros lift.

 

 

C'est surement pour celà que les 3 dominants frappent la balle sous l'équateur pour mettre plus de lift. Dr Nii a établi qui Nadal frappe 80% de ses coups sous l'équateur de la raquette lorsqu'il est sur terre battue. (sur terre battue, le jeu est plus lent ce qui nécessite plus de lift).

  

 

Sur ce coup là, il essaie de faire un coup plus à plat. Est-ce pour celà qu'il tappe au-dessus de l'équateur ? Ces coups là ont moins de topspin (environ 1500 rpm au-dessus de l'équateur contre 3000 rpm en-dessous) et voleront plus loin dans le court. Il parait logique qu'une tendance à l'ouverture de la face lorsque la balle est sur les cordes pourra contrer une partie du topspin créé par une face un peu fermé lors du contact initial.

La localisation du contact et les mouvements dynamiques à l'impact influencent beaucoup la génération de spin et sa direction. Mais on simplifiait trop cet évènement, comment pourrions-nous réellement comprendre la collision et ses différentes variables ?

 

En regardant ces diagrammes, le tennis n'est-il pas aussi coincé dans la simplicité ?

 

Voici une autre présentation des mouvements de l'impact de Roger Federer. Le contact démarre avec la balle avec un léger angle ascendant (pas aussi sévèrement vertical que les coups classiquement enseignés). Celà produit plus de vitesse de balle parce que la contact passe plus par le centre de gravité de la balle que dans le traditionnel coup ''brossé'' (Diagramme simplifié).

Sur l'image du milieu, le point de contact un peu bas sur la raquette associé aux mouvements anatomiques (flexion, pronation et déviation radiale) change le chemin de la raquette qui devient plus vertical (flêche rouge) tout en fermant la face de la raquette pour rendre le vecteur de force appliqué à la balle plus tangentiel. Il y a aussi un peu de spin en hook si nous imaginons une raquette qui se déplace légèrement vers la droite. Mais là c'est trop compliqué...

 

Et maintenant on retrouve le coup droit de maria et on observe quelque chose de très différent. Lors du contact, ses mouvements anatomique (extension du poignet conservée, supination de l'avant-bras) contrecarrent le topspin initialement créé par une face un peu fermée par rapport au chemin. Le coup créé sera plus à plat (moins de topspin).

 

Touner les images de 45° et vous obtenez l'impact du golf

J'en termine avec cette analogie entre le golf et le tennis. Au lieu de frapper la balle de tennis de manière horizontale, nous plaçons la balle au sol (ou sur un tee) pour la frapper. Le Topsin de Roger devient pour nous du spin en Hook. Si on utilise le genre d'impact de Roger transposé en golf, on frapperait des hooks monstrueux qui plongeraient vers le sol. Pas vraiment ce qu'on souhaite.
Le coup  droit à plat de Maria deviendrait un Drive très long et droit avec très peu d'effet latéral. Ca va, ça se précise ?

Un contact sous l'équateur au tennis correspond à un talon au golf, et un contact au-dessus équivaut à une pointe au golf.

 

Mouvements anatomiques à travers pendant l'intervalle d'impact

En décrivant les mouvements de Federer (flexion, pronation, déviation radiale) je décris ce que ferait un Flip/Rolleur.
Les mouvements de Maria gardant l'extension, avec supination et déviation ulnaire ressemblent étrangement à ce que ferait un Drive/Holdeur.

 

Les styles de release et les taux de fermeture

En tennis et en golf il y a des releases différents. En comparant Sharapova (taux de fermeture bas) et Federer (taux de fermeture élevé) c'est évident. En golf, imaginer un robot qui frappe une balle (pas ou peu de taux de fermeture en fonction du design du robot) par rapport à Tiger woods (taux plus élevé), la comparaison serait similaire.
Le robot frapperait une balle droite et Tiger ferait un Pull Hook de 30 mètres.

Les différents release produisent des mouvements de club différents avec taux de fermeture différents, chemins de club différents et créations de spin différentes.

 

Taux de fermeture élevé = FADE ???

Pour certains, c'est ce qui se passerait. Frappez avec un taux de fermeture élevé et vous frapperez en fade.
Imaginons cette collision :

 

 

Supposant deux petites voitures entrant en collision avec une balle de golf géante. L'une des voitures roule à 100 miles par heure et l'autre à 90. Si les deux entrent en contact avec la balle au même moment, dans quelle direction sera le spin créé ? Un enfant de 8 ans pourra surement répondre à votre place.

 

 

 

Et maintenant si c'est la pointe du club qui se déplace 10 mph plus vite que le talon ???

 

Plus de questions

La recherche ne produit pas toujours plus de réponses. Dans notre cas, l'étude des phénomènes de l'impact entre un club et une balle de golf à l'aide de vidéo à très haute vitesse produit plus de questions.

Pourquoi les coups les plus droits sont ils tappé avec des faces ouvertes ? Est-ce que l'on comprend vraiment comment frapper un coup droit ?

Lorsque la face de club apparait square et le chemin également, pourquoi la balle part en draw ou en pull ? Lorsqu'un commentateur annonce classiquement : ''il est revenu par-dessus sur celle là'' il suppose que son chemin de club était plus vers la gauche que d'habitude. Et si c'était juste son taux de fermeture qui était plus élevé que d'habitude créant le raté à gauche ?

Quelle est la responsabilité du soit-disant gear effect par rapport aux mouvements anatomiques qui influencent le taux de fermeture ?

Est-ce que les variables permettant de créer un swing répétitif pour avoir une frappe de balle digne d'un professionnel sont connues ?

Est-ce que les pros comprennent l'erreur systémique qui crée un méchant ''double-cross'' (frapper un pull ou pull draw lorsque vous voulez faire un petit fade contrôlé),  exactement ce qui arrive à Tiger en ce moment ? Tiger devrait s'acheter une caméra PHANTOM pour voir ce qu'il se passe réellement au lieu de se référer à des données statiques calculées à partir d'une formule erronée d'un radar.

Il y a tant de choses à apprendre sur le vol des abeilles. Restez connectés...

 

Rick Malm, Jeffy et moi allons conduire une étude à Phoenix, en Arizona le mois prochain du 5 au 10 décembre. Nous aurons la caméra PHANTOM et un Trackman pour enregistrer les données de l'impact et celle du vol de balle. Si vous voulez mieux comprendre votre taux de fermeture et comment votre balle vole, vous pouvez me contacter à speedchain@gmail.com pour réserver une place.