L'air d'un pneu de vélo.

         Je publie souvent des articles simples de physique ou chimie, et mes lecteurs me posent parfois des questions.
         Un jeune lecteur m’a posé une question originale, car elle montre une grande curiosité intellectuelle. Mais elle est déconcertante car on ne se l’est jamais posée, et j’ai dû réfléchir avant de répondre et puis j’ai regardé mon linge tourner dans ma machine à laver..

« Que devient l’air dans un pneu de velo quand celui-ci se déplace et que la roue tourne à grande vitesse ».

        Mais aussi étonnant que cela puisse être j’ai trouvé un site d’échanges à ce sujet : https://www.reddit.com/r/AskEngineers/comments/u04usj/when_a_car_wheel_turns_does_the_air_inside_rotate/
       Les personnes y étaient perplexes.

       L’air est un gaz et donc, à la différence d’un liquide, il est compressible et déformable. Il peut de ce fait subir des turbulences plus importantes. Dans le pneu il est d’ailleurs comprimé à environ 2,3 bars.

      La surface du pneu tourne avec une grande vitesse de rotation constante.

      Il est certain que les molécules d’air au contact immédiat du pneu, sont entrainées par frottement. Mais elles ne sont pas « attachées » au caoutchouc et ont une inertie. Leur vitesse va être un peu inférieure à celle du pneu. En particulier au départ ou au freinage, il y aura un retard d’entrainement des molécules et un risque de turbulence.
      Mais au contact du sol et sous le poids du vélo et de la personne, le pneu s’écrase et se déforme, cette déformation tournant comme la roue. C’est un peu comme un piston qui va pousser l’air, le chasser vers le bas et générer des perturbations, dont des turbulences.
           Sous le pneu, il y a la jante métallique de la roue qui entrainera également les molécules d’air, mais la roue fait un nombre de tours par minutes constant et donc une vitesse angulaire ω constante. Par contre la vitesse linéaire V = r x ω  sera plus faible sur la jante que sur le pneu, le rayon étant plus petit. La vitesse de l’air sera plus faible.

          L’air subira, aussi,  l’accélération centrifuge due à la rotation qui aura tendance à le pousser vers le haut du pneu.

        En outre, pas pour un vélo, mais pour une voiture sur autoroute, le pneu chauffe (frottements sur la route) et donc la température et la pression des molécules va augmenter au contact du pneu.

        Bref en raison de toues ces différences et perturbations je pense que l’air sera, au contact immédiat du pneu et de la jante, entrainé à une vitesse probablement un peu inférieure à celle de la roue, mais que les diverses perturbations doivent entraîner des écoulements perturbés et des tourbillons, même si, en moyenne l’air est forcément entrainé par frottement à une certaine vitesse forcément inférieure à celle de la roue, puisqu’il aura dépensé de l’énergie dans les déplacements latéraux dus aus tourbillons.