Qu’est-ce l’effet magnus?

Imaginons une balle, immobile dans l’air, mais qui tournerait sur elle-même. Elle a tendance à entraîner l’air avec elle.

La balle est immobile dans l’air, mais elle tourne. Lorsqu’une balle en rotation se déplace dans l’air, elle va par frottement modifier la vitesse du courant d’air autour d’elle.

La balle avance dans l’air, c’est donc comme si il y avait du vent, pour elle. On a représenté ce vent par des flèches. On a gardé sous forme de flèches l’effet produit sur l’air par le fait que la balle tourne.

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.

En résumer, la rotation de la balle entraîne par frottement, l’air qui se trouve à sa surface, dans ces conditions les vitesses de l’air par rapport au centre de la balle, s’ajoutent au dessus de la balle et se retranchent en dessous. La vitesse apparente de l’air est ainsi plus grande au dessus qu’en dessous, on a alors un effet de portance vers le haut, c’est l’effet Magnus. C’est cet effet qui est responsable de la courbure de la trajectoire des balles « brossées ».

Lors d’un match du tournoi de France en 1997, les équipes de France et du Brésil s’affrontent au stade de Gerland à Lyon. Le défenseur brésilien Roberto Carlos marque un but surprenant sur coup franc. Le schéma ci-contre illustre la position des joueurs et la trajectoire de la balle. La faute est sifflée à environ 35 mètres du but français, légèrement sur la droite. Après la frappe du Brésilien, le ballon contourne le mur par la droite. Il semblait tellement flagrant que le tir passerait loin du cadre, qu’un ramasseur des balles, instinctivement baissa la tête. Soudain, en fin de trajectoire, la déviation vers la gauche s’accentua et la balle rentra dans le but après avoir heurté l’intérieur du poteau. Le gardien français Fabien Barthez et ses coéquipiers furent très surpris et incrédules sur l’instant. Le ralenti télévisé, caméra dans l’axe du but, montre bien la courbure en fin de trajectoire et l’accélération du ballon.

Cet exemple particulièrement célèbre a été étudié et expliqué par des physiciens des fluides.

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, on appelle ces systèmes de propulsion les « Rotors Flettner ».

• 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.

• 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 de deux moteurs Diesel, de quatre rotors Flettner. Il a été mis à l’eau en aout 2008 et sa mise en service est intervenue en août 2010.