Tant qu’à supporter cet envahissant petit gadget dont l’heure de gloire s’éternise chez les scolaires, autant en tirer un peu de physique amusante… Voire même replonger dans l’histoire car, sait-on vraiment qui a inventé le hand-spinner ?
Beaucoup contestent à l’américaine Catherine Hettinger la paternité de ce que les anglo-saxons appellent plus volontiers le fidget-spinner, autrement dit « la toupille à pivoter ».
Perso, je vais carrément foncer aux origines des principes en action dans ce bidule et me poser la question : les Egyptiens ont-ils inventé le hand-spinner ? Là, c’est sûr que non ! Certes, ils avaient des bases sous les yeux avec leur capacité à éviter le frottement pour déplacer de gigantesques blocs de pierre sur des rondins de bois. De même, ils voyaient tourner à vive allure les pierres rondes des tours de potiers dont la force centrifuge simplifiait le travail de leurs artisans… mais, même la roue de véhicule, fut d’un usage très tardif dans leur histoire.
Sautons donc presque deux millénaires pour nous retrouver avec Léonard de Vinci, redécouvrant et expérimentant les nombreux calculs effectués par Archimède et autres savants grecs, et nous arrivons à ce qui m’a donné l’idée de cet opus : le mois dernier, Exposciences-Perpignan, qui rassemble dans l’esprit inspiré des écoles américaines tous les travaux d’élèves ayant planché sur les expériences et manipulations du genre éruption de volcan, construction d’un mini sous-marin, etc…, était consacrée à Léonard.
Et, au premier rang de mon cabinet de curiosités sur ce thème, certains lardons s’évertuaient à propulser à vive allure entre leurs doigts le petit agencement de roulements à billes tant à la mode… et dissimulé aux sourcils rageurs des enseignants qui les accompagnaient, mais qui se trouvaient derrière.
Incroyable coup de chance ! Magie de la médiation scientifique. Sans faire exprès, j’avais disposé au premier rang devant eux des reconstitutions de deux imposantes machines réalisées par Léonard de Vinci qui concernaient en fait indirectement le hand-spinner.
L’une d’elles était un broyeur à grains utilisé par les Arabes en Al-Andalus, soit un axe faisant tourner par frottement trois énormes boules de pierre dans un grand récipient. Un système incroyablement plus efficace que l’énorme roue de pierre qui, pour effectuer le même trajet en écrabouillant le grain, passait une fois par cycle sur le même grain, là où les sphères de roc, poussées l’une par l’autre, repassaient trois fois.
Respectant ce principe mais changeant les points fixes et mobiles par rapport aux sphères, Léonard conçut ainsi le roulement à billes.
Bien dommage que ses carnets soient restés secrets, puisque l’histoire des sciences et de l’industrie attribuent désormais le plus souvent ce système incontournable de notre monde moderne à John Harrison, créateur d’une autre machinerie gigantesquement importante jusqu’à l’ère des satellites et du GPS : l’Horloge de Marine.
Mais c’est plus sûrement le gallois Philip Vaughan, qui déposa le premier brevet de « ball-bearing » à la fin du XVIIIe siècle.
Confisquant-empruntant donc provisoirement et, avec le sourire, un des hand-spinners, je fis remarquer en l’actionnant que sans Léonard de Vinci et les physiciens inventant le roulement à billes, terminée la rigolade !
Puis abordons l’autre système du génie italien. Il s’agissait d’un principe pour étudier la gravité, cette discipline scientifique créée par les Grecs qui étudie le mouvement des objets dans l’espace (dont Newton, vous l’aurez deviné, a expliqué plus tard une bonne part du bastringue). Pour sa part, Léonard de Vinci s’était consacré à comprendre pourquoi il existait une force qui ne consistait ni à pousser, ni à tirer une masse. Effectivement, en faisant tourner un axe auquel étaient suspendues des sphères (appelées « graves » dans ce cadre), celles-ci s’éloignaient du sol et de leur point de fixation à l’axe dans le même temps, avec une puissance telle que cela pouvait présenter un intérêt dans certaines machines. « Eureka! », aurait crié Léonard de Vinci.
Voilà donc un autre phénomène essentiel du hand-spinner : cette force centrifuge ! Les graves mis en mouvement dans le hand-spinner ne sont plus ce coup-ci des boules de pierres ou de bois attachées par une chaîne, mais trois nouveaux roulements à billes dont la masse suit la force centrifuge lancée par le mouvement des doigts du « hand-spinnaddict ».
Cependant, penchons nous maintenant sur les virtuoses, ceux qui ont lancé le gadget tellement rapidement qu’ils arrivent à l’utiliser comme une toupie, le faisant rebondir parfois du bout de leur doigt à la pointe d’un stylo bille ou du bout de leur nez, tout en lui conservant sa vitesse. Ils peuvent alors pencher l’axe selon un angle extrême, le hand-spinner gardant pourtant en permanence son horizontalité tant qu’il garde de la vitesse. Et là, (houlà !!), c’est une autre paire de manches en termes de physique.
La plupart d’entre nous ont déjà tenté leur agilité (personnellement très modérée) avec une toupie, un yoyo, une power-ball (bonjour les geeks), voire ont tenté l’idée désastreuse d’imiter les artistes asiatiques spécialistes des assiettes chinoises…Oui, faire tourner une céramique à vive allure en haut d’un bout de bambou, ça ne s’improvise pas ! Encore moins si on le tente simultanément avec une douzaine. Et ça ne vous sert à rien de savoir cette loi fondamentale de la mécanique : « en l’absence de couple appliqué à un solide en rotation, celui-ci conserve son axe de rotation invariable ». Un phénomène qui amena à la création du gyroscope utilisé par Léon Foucault pour son expérimentation impliquant la rotation de la Terre.
Les enfants qui manipulent à huit ans à merveille un ou plusieurs hand-spinners simultanément n’en ont que faire de l’équation du gyroscope, mais un jour peut-être ils s’y intéresseront…
Par Frédéric Feu
