En ces heures, une courte vidéo postée sur Instagram attise la curiosité de nombreuses personnes. Montre une voiture qui va 100km/h sur une route, avec à son bord un petit drone qui reste suspendu dans les airs au-dessus du siège passager. D’un côté, le drone pris depuis le siège du conducteur apparaît parfaitement immobilede l’autre côté, il avance avec la voiture à 100 km/h. La question est donc : le drone est-il à l’arrêt ou avance-t-il à grande vitesse ? La bonne réponse est : dépend du système de référence à partir duquel le drone est observé.
D’un point de vue physique, il est correct d’affirmer à la fois que le drone est stationnaire et qu’il se déplace à 100 km/h. Mais ces deux réponses sont incompletcar la question fondamentale ici est « Toujours par rapport à quoi ? En mouvement par rapport à quoi ? ». La vitesse, en fait, est l’une de ces quantités qu’on appelle en physique relationnel: la vitesse d’un corps n’a de sens que si elle est précisée par rapport à un autre corps par rapport auquel elle est mesurée. Nous pouvons donc dire avec certitude que nous avons raison, que le drone est à la fois stationnaire par rapport à la voiture et se déplaçant à 100 km/h par rapport à la route.
L’aspect de ce scénario qui remet en question notre intuition est probablement que notre intuition nous dit que si le drone était « immobile » par rapport à la voiture, il s’écraserait sur la lunette arrière. Alors que le drone monte, il ne faut pas « prendre du retard » par rapport à la voiture en mouvement ? La réponse est : Absolument pas. La raison est somme toute simple : alors que le drone est « stationnaire » par rapport à la voiture, il avance quand même à 100 km/h, car il a la même vitesse que la voiture. Cela signifie que lorsque le drone s’élève, il a déjà été amené à la vitesse nécessaire pour rester « stationnaire » par rapport au cockpit. Il n’est pas nécessaire qu’il « atteigne » cette vitesse car il l’a déjà « héritée » de la voiture.
C’est exactement la même raison pour laquelle, si nous lançons une balle vers le haut alors que nous sommes dans un train en marche, elle n’est pas lancée en arrière (essayez-la !) mais retombe sur notre main sans problème. La balle a la même vitesse que le train, et le fait qu’elle soit immobile par rapport au wagon ne signifie pas qu’elle soit également immobile par rapport à la voie.
Mais tout cela n’est valable que parce que la vitesse de la voiture est presque constant pendant que le drone vole. Si ce n’était pas le cas – c’est-à-dire si la voiture accélérait ou freinait – le drone continuerait à avoir la vitesse horizontale qu’il avait lorsqu’il quittait le siège, mais pas la voiture, et cette différence de vitesse signifierait que le drone ne serait plus stationnaire par rapport à l’habitacle : il y aurait un mouvement horizontal du drone par rapport à la voiture. Mais tant que la voiture maintient une vitesse constante sur une route droite, le drone semble stationnaire par rapport au cockpit.
Tout cela a un nom bien précis en physique : Relativité galiléenne. C’est un principe découvert par Galilée Galilée au XVIIe siècle et dit en substance qu’il n’y a aucun moyen de distinguer un système de référence stationnaire du même système se déplaçant à vitesse constante : toute expérience physique donnera toujours le même résultat, tout se comportera exactement de la même manière dans les deux cas. Galilée a découvert qu’un système « stationnaire » ou en mouvement uniforme est complètement équivalent d’un point de vue physique. Le drone volant dans la voiture est la parfaite démonstration de ce principe : aux yeux du conducteur qui filme le drone, le comportement de ce dernier c’est exactement la même chose que si la voiture était à l’arrêt.
C’est précisément pour cette raison que les deux réponses à la question initiale sont correctes : la vitesse est toujours relative. Le drone, comme tout le reste dans l’univers, n’a pas de vitesse absolue : il aura autant de vitesses qu’il y a de systèmes de référence par rapport auxquels on choisit de mesurer sa vitesse.