Pourquoi les patins glissent sur la glace
Deux approches, parisienne et néerlandaise, s’affrontent et se confrontent sur le sujet.
Skieur de fond : sous la surface glissante, le liquide est cent fois plus visqueux que l’eau. PATRICK SEEGER / AFP La saison des sports d’hiver reprend, et avec elle revient une lancinante question scientifique : pourquoi les patins glissent-ils si bien sur la glace, ou les skis de fond fartés sur la neige ? La vulgate balaie cette question : le frottement du support sur la glace l’échauffe, la fait fondre et crée une mince couche liquide, diminuant les frottements ; le patineur est en fait un surfeur. Paris chausse les skis « Si l’eau était un bon lubrifiant, cela se saurait et on l’utiliserait dans nos moteurs », dit en souriant Lydéric Bocquet, chercheur CNRS au Laboratoire de physique statistique de l’ENS. Son équipe a donc chaussé les skis et publie le 4 novembre dans Physical Review X des mesures qui contredisent cette hypothèse séduisante. Elle trouve qu’il y a bien quelque chose sous la surface glissante, mais qui est loin d’être une eau standard. D’abord, la couche est très mince, une centaine de nanomètres (un centième du diamètre d’un cheveu), soit dix, voire cent fois moins épais que les théories du surf. Ensuite, ce liquide est cent fois plus visqueux que l’eau. Et, enfin, il est élastique, ce qui s’oppose au contact entre la glace et les patins ! Bref, un très bon lubrifiant. « Je compare ça à du granité, ce mélange de glace pilée et d’eau froide », décrit Lydéric Bocquet. Ces constats ne sont pas des hypothèses, mais des résultats d’expériences inédites. Les « patins » sont de très petites billes de verre, de 1,5 mm de rayon, qui font des allers-retours rapides sur un glaçon. L’astuce est que cette bille est collée à un diapason en U dont la fréquence de résonance est modifiée par les frottements subis par la bille. Mieux, les très légers mouvements verticaux permettent de mesurer la viscosité et l’élasticité du milieu sous la bille. Une première. Cette sonde macroscopique capable de sentir des effets quasi moléculaires a été baptisée « MicroMegascope ». Amsterdam bille en tête « Leur dispositif expérimental est sublime, estime Daniel Bonn, professeur à l’université d’Amsterdam. Il est très “simple” et très précis. On va faire la même chose ! » Ce chercheur est d’autant plus motivé qu’en mai 2018 il a publié ses propres expériences et trouvé des résultats non compatibles avec la vulgate, ni avec ceux de Paris ! Lui, fait glisser des billes à plus petite vitesse et sur des distances plus grandes, en faisant tourner la bille sur un cercle plutôt qu’en lui faisant faire des allers-retours. Il explore aussi une plage de température plus grande allant du grand froid, – 100 degrés, « où ça ressemble à du ski sur du sable tellement ça frotte », à 0 degré, « où il y a trop d’eau pour glisser ». A – 7 degrés, le frottement est minimal. Selon des simulations numériques, l’interface de glissement serait une sorte de gaz bidimensionnel sur lequel le patin se déplacerait comme sur des roulements à billes.