Pourquoi les feuilles mortes mouillées sont-elles si glissantes ?
― La feuille devient un « toboggan » qui ne laisse pas l'eau s'échapper
Après une même pluie, on marche normalement sur l'asphalte, mais dès qu'il y a un tapis de feuilles mortes, le pied part tout seul vers l'avant. Les feuilles mortes ne sont pas spécialement « lisses ». Ce sont deux choses combinées qui font tout le travail : la surface de la feuille repousse l'eau, et les feuilles sont empilées les unes sur les autres.
Un matin après la pluie, vous marchez sur votre trajet habituel vers l'école ou le travail. La chaussée est encore mouillée, mais vous n'avez aucune difficulté à marcher.
Mais sous les arbres bordant la rue, des feuilles mortes se sont accumulées. Dès que vous posez le pied dessus, votre corps part brusquement vers l'avant. Vous essayez de vous rattraper, mais la semelle de votre chaussure n'accroche plus le sol.
À vélo, c'est pareil : au moment de freiner, la roue part de côté. Avec des feuilles sèches, ça craque sous les pneus et ça s'arrête là. Alors, qu'est-ce qui change ?
Il n'y a que deux raisons
La surface de la feuille est recouverte d'une fine couche cireuse. L'eau ne s'y infiltre pas, ne forme pas non plus de gouttes : elle reste étalée en un film plat. Ce film d'eau s'intercale entre la semelle et la feuille, empêchant tout contact direct.
Les feuilles mortes s'accumulent en plusieurs couches. Même si l'on écrase bien la feuille du dessus, si la jonction avec la feuille du dessous est mouillée, tout glisse à cet endroit. On croit accrocher le sol, mais c'est toute la pile de feuilles qui se déplace.
Aucun de ces deux facteurs, pris isolément, n'est vraiment dangereux. Si c'est sec, même empilé, on peut bien s'appuyer dessus. S'il n'y a qu'une seule feuille, même mouillée, la rugosité du sol en dessous suffit à accrocher. Ce n'est que lorsque les deux se combinent que le sol devient soudain instable. Voyons cela en détail.
Sur une feuille mouillée, un film d'eau persiste
Un objet ne glisse pas parce que les minuscules aspérités des deux surfaces s'accrochent l'une à l'autre. Les grains de l'asphalte et le caoutchouc de la semelle s'entrechoquent à une échelle invisible à l'œil. Quand l'eau s'infiltre là, ce contact est perturbé.
Sur un revêtement routier ordinaire, l'eau s'échappe dans les interstices de la surface et s'absorbe aussi dans les rainures de la semelle. C'est pourquoi, même mouillé, on garde une certaine adhérence. Mais la surface d'une feuille est différente. Les feuilles des plantes sont recouvertes d'une couche cireuse qui repousse l'eau et évacue le surplus vers l'extérieur. L'eau ne s'y infiltre pas : elle reste étalée en une fine pellicule sur la surface plate de la feuille. Elle n'a nulle part où aller.
Regardez la figure 1. À gauche, une feuille morte sèche ; à droite, une feuille morte mouillée, vues de côté au niveau du pied. À droite, une couche d'eau s'intercale entre la semelle et la feuille, empêchant les aspérités de s'accrocher.
L'autre point faible se trouve entre les feuilles
Même si la semelle accroche bien la feuille du dessus, ce n'est pas encore gagné. Les feuilles mortes s'accumulent en général sur plusieurs couches.
À la jonction entre feuilles empilées, l'eau de pluie s'accumule. Les feuilles étant fines et plates, cette eau ne s'évacue pas facilement. Pendant le court instant où le pied pousse sur le sol, l'eau n'a pas le temps de s'échapper latéralement. Résultat : c'est à l'endroit le plus faible, entre les feuilles, que toute la couche se met à glisser.
C'est un peu comme empiler des livres et appuyer avec la main : c'est tout le livre du dessus qui se déplace. Le point d'appui n'est plus le sol, mais un « plancher mobile ». Et avec le temps, les feuilles mortes se décomposent, deviennent plus molles, et glissent encore plus facilement.
Une feuille sèche se casse en craquant sous le pied. Les cassures et les nervures de la feuille s'accrochent à la semelle, ce qui donne étonnamment bien d'appui. Autrement dit, le danger ne vient pas du fait qu'il y a des feuilles mortes, mais du fait qu'elles sont mouillées. Le risque est maximal après la pluie, après la rosée du matin, et lors de la fonte des neiges.
Alors, que faire ?
- Évitez les tas de feuilles mortesMarcher sur une seule feuille ou sur un tas, ce n'est pas du tout la même chose
- Faites de petits pas, posez le pied à plat en douceurPoser fort le talon d'abord vous fait basculer vers l'avant
- Soyez particulièrement prudent sur les pentes, escaliers et pontsSur une surface inclinée, un petit glissement peut ne plus s'arrêter
Un deux-roues est un véhicule très difficile à redresser dès que la roue part sur le côté. Freiner ou tourner le guidon sur des feuilles mortes mouillées déclenche immédiatement un glissement. Si vous voyez un tapis de feuilles, ralentissez avant, tant que vous roulez encore droit, et évitez toute manœuvre brusque une fois dessus. Une chute avec choc à la tête peut entraîner une blessure grave. Si vous sentez quelque chose d'anormal, ne forcez pas : arrêtez-vous en lieu sûr pour vérifier.
En résumé
Les feuilles mortes mouillées glissent parce que deux choses se combinent : la feuille repousse l'eau et la garde en film, et les feuilles empilées glissent en bloc les unes sur les autres. Ces deux propriétés sont des vestiges de fonctions que la feuille possédait de son vivant ; elles n'ont pas été conçues pour faire tomber les gens. Pourtant, chaque automne, le même danger réapparaît sur les chemins.
Ce qui glisse, ce n'est pas la feuille morte elle-même,
c'est la fine pellicule d'eau qu'elle n'a pas laissée s'échapper.
La raison pour laquelle une route gelée est glissante, c'est en fait aussi « de l'eau posée sur la glace ». Lisez aussi Pourquoi les routes gelées sont-elles si glissantes ? pour mieux comprendre la vraie nature du glissement. Et si vous vous demandez pourquoi les feuilles mortes ne s'accumulent pas en montagne sans fin, voyez Pourquoi les feuilles mortes de la forêt ne s'entassent-elles pas en montagne ?.
- Prenez une planche ou un carton rigide et posez-y quelques feuilles mortes. Préparez deux lots : des feuilles sèches et des feuilles mouillées.
- Placez un petit objet, comme une gomme, sur les feuilles, puis soulevez lentement un bord de la planche. Arrêtez-vous dès que l'objet commence à glisser, et mesurez la hauteur atteinte.
- Comparez la hauteur nécessaire pour déclencher le glissement entre feuilles sèches et feuilles mouillées. Les feuilles mouillées devraient glisser à un angle bien plus faible.
Si vous empilez deux feuilles avec de l'eau entre elles, le glissement démarre à un angle encore plus faible. Faites cet essai sur une table, pas au sol, et ne montez jamais dessus vous-même pour tester.
Pour en savoir plus ― termes, formules, liens avec les programmes scolairesDu niveau collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, chaque niveau est indiqué
- CollègeNotions vues en sciences au collège
- LycéeNotions vues en « physique fondamentale » au lycée
- Lycée+Contenu avancé du lycée, ou traité en encadré dans les manuels
- UniversitéContenu non vu au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (ingénierie du frottement et de la lubrification)
- RechercheContenu qui n'est même pas encore enseigné comme « établi » à l'université, encore en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Cuticule : fine couche, principalement cireuse, qui recouvre la surface de la feuille. Elle empêche les échanges d'eau et repousse la pluie.
- Coefficient de frottement : valeur qui exprime la résistance au glissement. Elle indique jusqu'à combien de fois la force de pression, la force latérale peut être supportée.
- Lubrification : le fait d'intercaler un liquide ou autre entre deux surfaces pour les rendre volontairement plus glissantes. Utile dans les machines, mais gênant sous les pieds.
CollègeLycéeVérification par le calcul : de combien s'allonge la distance d'arrêt
La distance que parcourt un vélo avant de s'arrêter est égale au carré de la vitesse, divisé par le coefficient de frottement et l'accélération de la gravité. Comparons les chiffres entre un revêtement sec et des feuilles mortes mouillées.
| Vitesse du vélo | 4 mètres par seconde (environ 14 km/h) |
| Coefficient de frottement sur revêtement sec | environ 0,7 |
| Coefficient de frottement sur feuilles mortes mouillées | environ 0,2 |
| Accélération de la gravité | 9,8 mètres par seconde carrée |
| Carré de la vitesse | 4 × 4 = 16 |
| Revêtement sec : construction du diviseur (étape 1) | 2 × 0,7 = 1,4 |
| Revêtement sec : construction du diviseur (étape 2) | 1,4 × 9,8 = 13,72 |
| Distance d'arrêt sur revêtement sec | 16 ÷ 13,72 ≒ 1,2 |
| Feuilles mortes mouillées : construction du diviseur (étape 1) | 2 × 0,2 = 0,4 |
| Feuilles mortes mouillées : construction du diviseur (étape 2) | 0,4 × 9,8 = 3,92 |
| Distance d'arrêt sur feuilles mortes mouillées | 16 ÷ 3,92 ≒ 4,1 |
| Facteur d'allongement | 4,1 ÷ 1,2 ≒ 3,4 |
Les unités sont en mètres. Un vélo qui aurait pu s'arrêter en 1,2 mètre parcourt 4,1 mètres. La différence, environ 3 mètres, correspond à peu près à la largeur d'un passage piéton. Comme la distance est proportionnelle au carré de la vitesse, doubler la vitesse la multiplie par quatre : sur des feuilles mortes, « ralentir d'abord » est donc le geste le plus efficace.
LycéeLycée+L'adhérence ne dépend pas de la surface de contact
LycéeOn apprend que la force de frottement est proportionnelle à la force qui presse les surfaces l'une contre l'autre, et ne dépend pas de la surface de contact apparente. Élargir la semelle n'apporte donc, en principe, aucun avantage. Seuls comptent la force de pression et le coefficient de frottement, qui exprime l'affinité entre les deux surfaces.
Lycée+Cette loi se vérifie parce que la surface réellement en contact est bien plus petite que la surface apparente. Seuls les sommets des aspérités se touchent, et leur surface totale augmente proportionnellement à la force de pression. Le film d'eau réduit ce contact « sommet contre sommet », ce qui abaisse directement le coefficient de frottement lui-même.
UniversitéDe la lubrification limite à la lubrification hydrodynamique
Dans l'ingénierie du frottement et de la lubrification, la relation entre l'épaisseur du liquide séparant les surfaces et la vitesse de glissement est essentielle. Quand le liquide est très fin et que les aspérités se touchent encore, on parle de lubrification limite ; quand le liquide soulève complètement les surfaces, on parle de lubrification hydrodynamique. Plus le mouvement est rapide, plus le liquide a du mal à s'échapper, ce qui rapproche le système de la lubrification hydrodynamique et fait chuter brusquement le coefficient de frottement. C'est ce basculement qui explique pourquoi, sur des feuilles mortes mouillées, « plus on avance le pied vite, plus on glisse ». La surface plate de la feuille, sans échappatoire pour l'eau, ne permet la lubrification limite que dans une plage très étroite de conditions.
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- Différences selon les essences d'arbres Ginkgo, zelkova, cerisier... l'épaisseur des feuilles et la quantité de cire de surface varient selon l'essence. Les mesures comparant clairement les espèces les plus dangereuses, dans des conditions identiques, restent rares.
- Les feuilles en décomposition Les feuilles ramollies par la décomposition portent aussi le mucus produit par des micro-organismes. On ne sait pas encore précisément quelle est l'importance de cette contribution.
- La conception des semelles La forme optimale des rainures de semelle pour les feuilles mortes mouillées est encore en cours d'étude. On ne sait pas encore si des rainures qui évacuent l'eau ou des crampons qui accrochent la feuille sont plus efficaces.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend à ce jour ». Les valeurs chiffrées varient beaucoup selon les conditions ; lisez-les comme de simples ordres de grandeur.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage correspondant de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・action des forces | La partie qui explique glissement et arrêt par l'équilibre des forces |
| Lycée | Physique fondamentale・mouvement et force | Le calcul de la distance d'arrêt |
| Lycée+ | Physique・approfondissement des lois du frottement | L'explication de l'indépendance par rapport à la surface de contact |
| Université | Ingénierie mécanique・frottement et lubrification | La transition entre lubrification limite et hydrodynamique |
| Recherche | Science des surfaces végétales・sécurité routière | Différences entre essences, mucus des feuilles en décomposition |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Comment marcher en automne et en hiver, conduite des deux-roues |
- Ouvrage d'introduction au frottement, à l'usure et à la lubrification, édité par la Société japonaise de tribologie (日本トライボロジー学会). Concernant la distinction entre lubrification limite et lubrification hydrodynamique.
- Document de sensibilisation de l'Agence de la consommation du Japon (消費者庁) sur les accidents de chute chez les personnes âgées. Concernant les lieux et périodes de chute en extérieur.
- Rapport de tests utilisateurs de la Fédération automobile du Japon (日本自動車連盟) sur l'état de la chaussée et le glissement des pneus.
- Koch, K. and Barthlott, W., "Superhydrophobic and superhydrophilic plant surfaces", Philosophical Transactions of the Royal Society A (2009). Concernant la couche cireuse des feuilles et la répulsion de l'eau.
※Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. L'état réel de la chaussée varie fortement selon le lieu et la météo. Pour la circulation sur la voie publique, suivez les instructions et réglementations de la police, des gestionnaires de voirie et des collectivités locales.