L'«impossible» coup franc de Roberto Carlos décrypté

Pour beaucoup de fans de football, c'est le plus beau coup franc de l'histoire. Pour les physiciens, l'un des plus énigmatiques. Un ballon qui semble se diriger vers les tribunes avant de brutalement changer de trajectoire pour revenir vers le petit filet, ce n'est pas courant. Les chercheurs du laboratoire d'hydrodynamique de l'Ecole polytechnique se sont donc penchés sur le cas de cette célèbre frappe de Roberto Carlos lors d'une rencontre France-Brésil à Lyon en juin 1997. Dans une publication parue jeudi dans New Journal of Physics , ils expliquent enfin scientifiquement ce geste et mettent une équation sur ce morceau de légende footballistique.

Le 3 juin 1997, la France rencontre le Brésil au stade Gerland. A la 22e minute, les Bleus, qui deviendront champions du monde contre la même équipe un an plus tard, concèdent un coup franc à 35 mètres de leurs buts, légèrement décalé sur la droite. Roberto Carlos s'élance et frappe du gauche avec violence. L'effet mis dans la balle lui permet de contourner le mur par la droite. Il semble toutefois impossible que le ballon puisse revenir dans le but. Un ramasseur de balle située à plus de 5 mètres sur la droite se baisse même en pensant que la balle vient sur lui. Fabien Barthez n'y croit pas plus et reste immobile sur sa ligne. Le ballon va pourtant esquisser une étonnante trajectoire et revenir dans le but in extremis (sur la vidéo il semble bien que la balle touche le poteau avant de rentrer).

Comment la physique peut-elle expliquer un tel comportement? Jusqu'à présent elle ne le pouvait pas. Certains supporters amers dénonçaient même un hypothétique coup de vent, évidemment synonyme dans leur bouche d'improbable coup de chance. Une équipe de Polytechniciens férus de physique footballistique s'est depuis attaché à résoudre le mystère. En étudiant le comportement de billes de plastique tournant sur elles-mêmes et tirés à grande vitesse dans de l'eau, les chercheurs ont mis en évidence de nouvelles équations décrivant une trajectoire en spirale lorsqu'une sphère en rotation traverse un fluide à grande vitesse.

L'effet Magnus, bien connu des physiciens, permettait déjà d'expliquer pourquoi une balle avec de l'effet adoptait une trajectoire courbe. En tournant sur elle-même, la balle entraîne les filets d'air qu'elle traverse. Ces derniers sont accélérés d'un côté de la sphère et ralentis de l'autre. Cette différence d'écoulement crée une légère dépression qui attire la balle vers l'intérieur de la trajectoire.

Les hydrodynamiciens de Polytechnique ont montré de leur côté que cet effet n'était pas uniforme et ont mis en équation sa variation en fonction de la vitesse de propagation dans le fluide. En appliquant leurs résultats au coup franc de Roberto Carlos, ils ont alors constaté que la trajectoire n'avait rien de surprenant, compte-tenu de la puissance du tir et de l'important effet mis dans la balle. Les chercheurs assurent même qu'un tel coup franc n'est réalisable qu'à partir d'une certaine distance : environ 35 mètres. Pas étonnant que cette trajectoire surprenante n'ait pas été observée plus souvent. Les coups francs très «travaillés» sont en effet assez rares à de telles distances. Et tout le monde n'a pas la puissance de frappe de Roberto Carlos.