Tenez-vous debout dans un canoë et vous vous retrouverez probablement dans l’eau avant trop longtemps. Sautez de haut en bas sur les bords supérieurs des côtés du canoë et vous finirez probablement aussi par boire. Mais trouvez le bon équilibre et vous pourrez vous déplacer jusqu’à un mètre par seconde, selon une étude publiée dans Liquides d’examen physique examinant le balancement du plat-bord.
Dans le balancement du plat-bord (prononcé «canonnel»), un canoéiste se tient sur les côtés du canoë – les plats-bords – près de l’arrière de l’engin et saute de haut en bas, le faisant avancer en surfant sur les vagues produites.
Après une première période d’instabilité avant de trouver son rythme, le canoë atteint une vitesse de croisière qui satisfait un équilibre entre la poussée générée par la poussée vers le bas dans la surface des vagues et la résistance causée par la traînée. La technique fonctionne également sur les planches de stand-up paddle.
« Les gens apprécient depuis longtemps le balancement des plats-bords comme quelque chose d’amusant à faire lorsqu’ils sont sur l’eau, mais personne n’a jamais vraiment expliqué comment cela fonctionne », déclare Stephen Morris, professeur émérite au département de physique de la Faculté des arts et des sciences et co-auteur de l’étude décrivant le phénomène. « En nous appuyant sur des théories de longue date des ondes linéaires et des oscillations, nous avons compris comment un tel équilibre peut être maintenu. »
À la recherche de la combinaison parfaite de mouvements vers l’avant, vers l’arrière, vers le haut et vers le bas, Morris et ses collègues de l’Université de Cambridge, de l’Université d’Oxford et de l’Université de Paris ont créé un modèle théorique pour décrire le champ d’ondes produit. Ils l’ont ensuite comparée aux données d’un bobber de plat-bord enthousiaste traversant un plan d’eau en canoë en utilisant des vagues créées lorsque ses deux extrémités s’inclinent de haut en bas.
Dans un système symétrique où le corps d’un canoéiste tangue vers l’avant et vers l’arrière dans une mesure égale – pensez au mouvement rythmique du corps d’un rameur lors d’une compétition olympique – les vagues générées font osciller le bateau d’avant en arrière sans mouvement net. Mais dans un système asymétrique, tel que celui créé lorsqu’une personne imprime un déplacement vertical, par exemple en sautant de haut en bas hors de phase avec le pas d’une extrémité du navire, le véhicule acquiert une poussée nette.
Les chercheurs ont calculé les valeurs optimales des quatre mouvements impliqués pour atteindre une vitesse maximale et, à l’aide de leur modèle, ont déterminé que la technique pouvait propulser un canot typique à des vitesses constantes allant jusqu’à environ un mètre par seconde, comparables aux vitesses observées pour le balancement du plat-bord avec de vrais canoës.
« Comprendre le balancement du plat-bord pourrait être utile dans les sports nautiques de compétition comme l’aviron », explique Morris. « Parce que les rameurs génèrent des forces périodiques vers le bas, comme le font les sauts sur les plats-bords, il pourrait être possible d’optimiser les coups d’aviron, de sorte que le bateau interagisse avec les vagues qu’il génère d’une manière qui aide à le faire avancer. »
Graham P. Benham et al, Gunwale dansant, Liquides d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevFluids.7.074804