Comment faire rouler une balle contre un mur vers le haut ?

Imaginez une balle posée contre un mur vertical. À l’arrêt, elle tombe. Classique. Mais maintenant, imaginez qu’elle commence à grimper toute seule, lentement mais sûrement, sans moteur, sans aimant, sans trucage. Ça semble impossible ? Et pourtant, c’est ce qu’ont réussi des chercheurs de l’Université de Waterloo, au Canada. Leur expérience repose sur un principe de physique méconnu mais fascinant : l’asymétrie des frottements dans un système vibré.

Le dispositif

Le mur n’est pas totalement passif : il est vibré verticalement à haute fréquence. En d'autres termes, il oscille de haut en bas, des dizaines de fois par seconde. C’est ce mouvement qui alimente le système en énergie.

La balle, quant à elle, est souple, élastique et adhérente. Elle est légèrement comprimée contre le mur, ce qui crée un contact ferme. Ce point est crucial : le comportement de la balle dépend de sa forme et de sa capacité à se déformer au contact.

Le cœur du phénomène : briser la symétrie temporelle

Quand un objet est soumis à des vibrations périodiques, on pourrait penser que le mouvement est symétrique : autant d’énergie vers le haut que vers le bas, donc aucun déplacement net. Mais ici, les chercheurs exploitent une rupture de symétrie temporelle induite par la nature du contact entre la balle et le mur.

Lors des phases descendantes des vibrations, la balle a tendance à rester collée au mur (par adhérence et inertie). Mais quand le mur remonte rapidement, la balle, plus lente à réagir, est légèrement décollée, comprimée puis relâchée, ce qui provoque un mini bond vers le haut. Ce déséquilibre dans la dynamique des contacts produit une force moyenne dirigée vers le haut.

Un moteur sans moteur

Ce type de mouvement est un cas particulier de ce qu’on appelle un moteur brownien ratchet, ou "cliquet brownien". C’est un système dans lequel une source d’énergie non dirigée (ici : les vibrations) peut être transformée en mouvement dirigé, grâce à une asymétrie structurale ou matérielle.

La combinaison :

d’une base vibrante,

d’une balle souple avec un comportement non linéaire,

et d’un frottement directionnel variable selon les phases du cycle,

…permet à la balle de grimper sans aucune commande externe.

Une prouesse fondamentale

Cette expérience n’est pas juste une curiosité : elle ouvre des pistes en robotique douce, en nanotechnologie, ou pour le transport passif de matériaux dans des environnements où l’énergie est diffusée de façon globale et non ciblée. Ce genre de système pourrait inspirer des machines capables de se déplacer ou de grimper sans moteur, alimentées uniquement par des vibrations ambiantes.

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