Étonnant ! Pourquoi les baskets crissent-elles sur le parquet ?

Tout commence aux États-Unis après un match des Celtics de Boston. Un chercheur post-doctorant à Harvard s’interroge : pourquoi les baskets des sportifs, glissant sur le parquet, font tant de bruit ? 

De la curiosité scientifique à l’enquête d’investigation

De cette simple interrogation nait une véritable investigation scientifique, qui va durer quatre ans. Vincent Tournat, acousticien CNRS basé au laboratoire d'acoustique de l'université du Mans, qui collabore régulièrement avec un groupe de recherche à Harvard, y est associé. 

Première étape : recréer le phénomène en laboratoire pour pouvoir l’étudier. A l’aide de blocs de silicone, similaires aux semelles des baskets, frottés sur des surfaces rigides comme du plexiglas, ils observent ce qui se passe entre la semelle et le sol.

Contrairement aux idées reçues, le crissement n’est pas dû à un frottement uniforme classique, qui alterne adhérence et glissement ! « Nous avons été surpris de découvrir que des ondes rapides se propageaient le long de l’interface entre la semelle et le sol, comme si le matériau ondulait pour avancer. » raconte Vincent Tournat.

Surprises et découvertes en série

Les observations en laboratoire ont également permis de constater que les rainures sur la semelle ou le sol stabilisaient le son en excitant des modes de vibration spécifiques. 

Autre découverte : le son produit ne dépend pas de la vitesse (au-delà d’un seuil nécessaire à la production du son), ni de la taille de la chaussure, mais bien de l’épaisseur du matériau. Et en ajustant cette épaisseur, il devient possible d’anticiper la note. « Connaissant cette relation entre la fréquence et l'épaisseur, nous nous sommes amusés à créer des échantillons de différentes épaisseurs pour jouer la musique de Star Wars, qui est assez simple et reconnaissable. » raconte Vincent Tournat. 

Enfin, grâce à une caméra rapide à 40 000 images par seconde, les chercheurs ont observé l’apparition de décharges électriques à l’interface du matériau, un phénomène encore partiellement inexpliqué. 

« Nous avons procédé comme dans une véritable enquête : en éliminant les suspects (la longueur du matériau, la vitesse, la force appliquée, etc.). Petit à petit, nous avons identifié le coupable : l’épaisseur de la semelle. C’était une approche très expérimentale, qui s’est avérée fructueuse, beaucoup plus riche que ce qu’on imaginait au départ ! » 

Des méta-matériaux aux séismes... des pistes dans des domaines variés 

Le fait de mieux comprendre les phénomènes en jeu pourrait avoir des applications dans plusieurs domaines. 

• Éviter le bruit produit lorsqu’un matériau souple glisse sur une surface rigide, comme des freins de voitures ou des essuie-glaces par exemple. 
• Optimiser les revêtements sportifs comme les sols de gymnase ou les semelles de chaussures et réduire ainsi les nuisances sonores.

Ces nouvelles connaissances sur la friction intéressent également la communauté des géophysiciens. En effet, les mécanismes observés rappellent ceux des séismes, où le frottement entre plaques tectoniques génère des ondes. Cette étude pourrait donc éclairer des phénomènes à plus grande échelle.

De son côté, Vincent Tournat s’intéresse aux métamatériaux, des matériaux archi-texturés, augmentés, dotés de propriétés surprenantes, absentes dans la nature. « Notre étude sur le bruit des baskets ouvre des pistes pour la création de matériaux très absorbants par exemple, ou pour réfléchir à la manière d’atténuer efficacement des impacts ou des ondes de choc. On pourrait aussi imaginer utiliser ce phénomène de friction pour créer des dispositifs sonores. » explique-t-il. Tout reste à inventer ! 

L’étude a duré quatre ans mais n’a pas encore livré tous ses secrets. L’influence de l’humidité, de la poussière ou de l’état de surface n’a pas encore été étudiée, et les décharges électriques observées à l’interface restent encore à analyser.

En attendant d’en savoir plus, les matches de baskets seront toujours ponctués par ces crissements de semelles. D’autant qu’il est probable que les joueurs se servent de ces couinements pour connaître, à l’oreille, la position et les déplacements de leurs adversaires. Le bruit ferait donc partie intégrante du jeu...