Yoyo

(retranscription intégrale du reportage)

Le yoyo existe depuis des siècles, même s'il n'a trouvé son nom qu'en 1932. Depuis toujours, il monte et descend avec les modes pour se retrouver régulièrement dans les cours d'école, les rues et les squares.
Le Yoyotiste Arthur rencontre le physicien Philippe Pajot et le jongleur Sylvain Pigrée pour comprendre quels principes font vivre ce drôle de jouet.

Philippe Pajot ( physicien ) : Dis donc, comment tu fais ça, toi ?

Arthur : Tout simplement ! Avec le yoyo.

P. Pajot : Et est-ce que tu sais comment il remonte ton yoyo ? Et pourquoi il remonte surtout ?

Arthur : Il descend le long de la ficelle et il remonte le long de la ficelle !

P. Pajot : Oui mais pourquoi il remonte justement ?

Arthur : Parce qu'il a de l'élan ! Parce qu'il ... a la vitesse !

P. Pajot : En fait, effectivement c'est une question d'élan mais on peut exprimer ça en terme d'énergie. C'est une question d'énergie mécanique. Tiens, passe-moi ton yoyo un petit coup. Il y a deux sortes d'énergie mécanique : l'énergie potentielle et l'énergie cinétique. Merci...
L'énergie potentielle caractérise la hauteur, en fait : plus tu es haut, plus tu as d'énergie potentielle. Par exemple, ce yoyo qui est à un mètre du sol a une certaine énergie potentielle ; si je le mets à deux mètres, deux fois plus haut, il a une énergie potentielle deux fois plus importante. L'énergie cinétique, c'est différent, elle caractérise le mouvement. Regarde, une petite démonstration : je vais lâcher ce yoyo à une certaine vitesse sur le sable, pas trop vite. Donc, il va faire un impact dans le sable.

Arthur : Oui.

P. Pajot : Maintenant, je reprends le même yoyo, je vais le lancer beaucoup plus fort donc il va arriver sur le sol beaucoup plus vite. Est-ce qu'il y en a un qui est plus important que l'autre ?

Arthur : Oui, celui-là est beaucoup plus important parce qu'il est beaucoup plus profond, beaucoup plus marqué.

P. Pajot : Donc... il est beaucoup plus profond effectivement parce que il est arrivé plus vite sur le sol donc il avait une énérgie cinétique bien plus grande que la première fois. Il a fait un impact plus important.

Arthur : Quand tu as lancé le yoyo, on va dire de vingt centimètres, à peu près d'ici...

P. Pajot : Ouais...

Arthur : Tu l'as lancé bon, ça a fait une trace. Quand t'as lancé le yoyo de un mètre à peu près...

P. Pajot : Ouais...

Arthur : ... deux fois plus haut, pourquoi tu l'as lancé plus fort ? Parce que ça aura laissé aussi une trace plus grosse.

P. Pajot : Oui mais ce que j'ai voulu montrer c'est que c'était la vitesse qui était importante. Donc quand j'ai lancé le plus haut, j'l'ai lancé avec une plus grande vitesse pour montrer effectivement que la vitesse était plus importante dans le deuxième cas. Alors que se passe-t-il avec notre yoyo ? Quand je vais lâcher le yoyo, qu'est-ce qu'elle va devenir cette énergie potentielle ?Elle va diminuer tout simplement parce que la hauteur diminue.

Arthur : Il perd de l'énergie potentielle.

P. Pajot : Il perd de l'énergie potentielle mais en fait cette énergie potentielle elle part... elle s'évanouit pas dans la nature, elle va se transformer petit à petit en énergie cinétique, c'est à dire en mouvement, mouvement du yoyo, mouvement de rotation et mouvement de translation. Il y a un transfert de l'énergie potentielle vers l’énergie cinétique. Arrivée en bas, cette énergie cinétique, elle va pas s'évanouir dans la nature, elle va se transformer en énergie potentielle et le yoyo va remonter. Passe-moi ton yoyo s'il te plait. Je vais le lâcher d'une certaine hauteur et regarde bien ! Je le lâche et il remonte. Alors, est-ce qu'il est monté aussi haut que la position où je l'avais laché ?

Arthur : Non parce qu' en descendant, il a perdu de l'énergie.

P. Pajot : Il a perdu de l'énergie sous la forme de frottements : le frottement du yoyo avec l'air, frottement de la ficelle avec le yoyo, de la ficelle contre elle-même également et échauffement, en fait, au moment du choc lors de la remontée, il y a également un peu d'énergie qui se perd.
C'est pour ça que le yoyo, on le lance un petit peu... tu vois, on le lâche pas directement, on lui donne un petit peu d'énergie comme ceci. Montre-moi comment tu le lances de nouveau ! Tu donnes un mouvement de rotation supplémentaire au yoyo... Lance-le à nouveau comme ça, doucement cette fois-ci. On appelle ça le lâcher enroulé, en fait. Tu donnes de l'énergie cinétique de rotation supplémentaire, de l'énergie cinétique dont profitera le yoyo pour remonter.
Est-ce que tu connais la vitesse de rotation de ton yoyo ?

Arthur : Non.

P. Pajot : Viens t'asseoir à côté de moi. Passe-moi ton yoyo. Arrête de jouer, écoute-moi un peu. Voilà. Le yoyo, il faut aussi qu'il tourne. Il ne fait pas que tomber, il tourne. Et donc, l'énergie potentielle se transforme à la fois en énergie de translation donc le mouvement de chute et également en énergie de rotation.

Arthur : Il tourne sur lui-même.

P. Pajot : Il tourne sur lui-même, exactement ! Et du coup, il va moins vite que l'objet que tu lâches en chute libre.

Arthur : Parce qu'il prend du temps à tourner.

P. Pajot : Il prend du temps à tourner, exactement. La vitesse de rotation du yoyo, une fois qu'il est en bas, c'est environ trente tours par seconde. Chaque seconde, le yoyo fait trente tours. En revanche, si je lui donne une énergie supplémentaire, ce que tu fais toi quand tu fais tes lâcher-enroulés, ou si je le lance comme ceci, on peut donner beaucoup plus d'énergie, il arrive en bas beaucoup plus rapidement, il peut arriver jusqu'à cent tours par seconde.
C'est justement cette vitesse de rotation qui va permettre de faire la roue libre grâce au mécanisme qui est inclus dans ces yoyos qu'on appelle les yoyos à cerveau. Donc, il y a des petites masselottes, deux petites billes qui vont être entraînées par la force centrifuge. On va essayer de sentir la force centrifuge en fait. Toi, tu vas te tenir au tourniquet.

Arthur : D'accord.

P. Pajot : Donc toi, tu es comme une petite bille en acier et ton bras, ici, c'est un ressort. Et on va démarrer. J'augmente la vitesse. Et là, tu vas...

Arthur : Oh !

P. Pajot : Donc, tu es éjecté par la force centrifuge. De la même façon les masselottes sont écartées de l'axe du yoyo. Tiens, viens Arthur, je vais un peu te montrer ce que c'est que cette roue libre dans ces yoyos à mécanisme. Il est muni de deux petites masselottes, deux petites billes d'acier et de ressorts. Lorsque la force centrifuge est suffisamment grande, elles vont s'écarter comme ceci. Alors tu vois que si il n'y avait pas...

Arthur : De ressorts

P. Pajot : Ca casserait tout de suite mais y a un ressort qui résiste à cet écartement donc il faut qu'il y ait une certaine vitesse, une vitesse limite pour qu' elles s'écartent...

Arthur : Elles poussent

P. Pajot : Elles compriment le ressort, les deux mâchoires vont s'écarter de l'axe et la ficelle ne sera plus solidaire du yoyo et on a la roue libre.

Arthur :Ouais.

P. Pajot : Comment la roue libre revient ?Tout simplement parce qu'à partir d'un certain moment le yoyo, il va freiner, sa vitesse va diminuer. Lorsque sa vitesse va être trop, trop, trop faible, les ressorts vont avoir une force plus importante, ils vont l'emporter sur la force centrifuge et ça va resolidariser le yoyo qui va remonter.

Sylvain Pigrée ( jongleur ) : C'est l'avantage d'un yoyo à roue libre, d'un yoyo moderne. C'est que c'est toi et toi seul qui décide d'un moment où ton yoyo remonte. Hop ! L'autre avantage, c'est que ça dort, ça dort longtemps.

P. Pajot : Comment tu fais remonter ce yoyo si, si c'est en roue libre ? En permanence.

Sylvain Pigrée : Avec la grande vitesse d'inertie qu'il a, c'est juste un petit mou dans la corde qui est suffisant pour faire remonter le yoyo.

Arthur : Ouais.

Sylvain Pigrée : Le yoyo avale le mou. Ca fait un nœud.

Arthur : Ouais.

Sylvain Pigrée : Ca augmente la force de frottement et le yoyo remonte.

Arthur : Ok.

P. Pajot : De la même façon, sur le yoyo moderne et sur le yoyo à mécanisme, il suffit de faire ce petit geste...

Sylvain Pigrée : Ce petit geste d'à coup.

P. Pajot : Ce petit geste d'à coup, ça va...

Sylvain Pigrée : Créer le mou.

P. Pajot : Ca va créer le mou...

Arthur : Et ça va remonter.

Sylvain Pigrée : D'ailleurs, y a des figures. Tu connais ? Robin Wood, Robin des Bois. Une figure qui nr se sert que de ça. Tu fais un grand mou, c'est l'arc et tu lâches tout, il avale tout ! Ou spaghetti. Là, là, tu fais les pâtes déjà. Faut les faire et une fois que tu les as faites, tu les manges ! C'est le même principe, tu avales le mou !

Arthur : J'aurais voulu savoir un yoyo parfait comment il serait encore mieux ?

P. Pajot : Le yoyo parfait, il doit tourner d'abord relativement vite, donc, il faut pas...

Arthur : Et plus longtemps... à mon avis…

P. Pajot : Plus il tourne vite, plus il tourne longtemps. Alors, pour qu'il tourne vite, il faut qu'il ne soit pas trop lourd, il faut qu'on puisse le manipuler et pour le faire tourner vite, là, il faut un yoyo qui ait un moment d'inertie relativement important parce que à ce moment-là, qu'est-ce qui va se passer ? On va profiter de la stabilisation par la rotation. Alors, le moment d'inertie qu'est-ce que c'est ? C'est très facile à comprendre. Il suffit d'aller sur ce tourniquet. On va comprendre. On va se mettre...

Arthur : Je peux faire tourner, si vous voulez ?

P. Pajot : On va se mettre au centre tous les deux. Donc au centre, notre masse est répartie au centre ; le moment d'inertie de l'ensemble tourniquet plus nous n'est pas tellement important et donc Arthur peut très bien faire tourner le tourniquet. Il le fait tourner très facilement.
Donc le moment d'inertie est ici, faible. Alors, maintenant, on va faire le même exercice en se mettant sur les bords du tourniquet. Donc, le moment d'inertie de l'ensemble du tourniquet et de nous deux est bien plus grand et c'est beaucoup plus difficile à mettre en branle. Le moment d'inertie est plus grand que lorsque nous étions au centre du tourniquet. C'est la même chose sur les yoyos, on répartit la masse à l'extérieur du yoyo, on a un moment d'inertie plus grand et on profite de cette stabilisation par la rotation.

Arthur : Est-ce que je peux monter ?

P. Pajot : Vas-y monte. Alors, est-ce que c'était effectivement plus dur que tout à l'heure lorsqu'on était au centre ?

Arthur : Oui, beaucoup plus dur. Est-ce qu'on pourra aller jouer au foot …?

P. Pajot : Ah, le football, justement le football, c'est pareil que le yoyo. Une balle de foot qui rebondit ...