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Ana Barbosu et Sabrina Voinea ont fini au pied du podium à l'issue de la finale du sol, derrière la Brésilienne Rebeca Andrade, la superstar américaine Simone Biles et sa compatriote Jordan Chiles.
Mais elles ont fustigé la façon dont l'épreuve s'est déroulée, quittant les lieux en larmes.
Ana Barbosu, 18 ans, avait initialement été annoncée médaillée de bronze, brandissant même le drapeau roumain dans l'Arena Bercy, avant de se voir rétrograder en quatrième position après une revalorisation par les juges de la note de Chiles.
Quant à Sabrina Voinea, arrivée cinquième, elle a contesté son résultat sans succès. "J'ai réalisé ma meilleure performance, je ne suis pas sortie du tapis, je ne sais pas pourquoi j'ai été pénalisée. Je sais que je méritais une bien meilleure note", a déclaré la gymnaste de 17 ans à la presse roumaine.
Sa mère et entraîneuse, Camelia Voinea, a annoncé dans la foulée sur Facebook leur retrait du circuit.
La légende Nadia Comaneci s'est également immiscée dans le débat en prenant la défense des deux jeunes filles dans une série de messages sur X: elle a appelé à revoir la performance de Sabrina Voinea et à "protéger la santé mentale" des gymnastes.
Devant le scandale, la fédération a annoncé mardi son intention de déposer deux plaintes auprès du Tribunal arbitral du sport (TAS), selon sa présidente Carmencita Constantin contactée par l'AFP, tandis que le Premier ministre a annoncé "avoir décidé de ne pas participer à la cérémonie de clôture" dimanche.
"Nos athlètes ont été traitées de manière tout à fait déshonorante", a estimé Marcel Ciolacu, condamnant "une injustice flagrante". "Quelque chose ne tourne pas rond dans le système", a-t-il ajouté.
Le chef du gouvernement a promis aux deux gymnastes qu'elles seraient "traitées comme des championnes olympiques" à leur retour au pays. Les médaillés de bronze ont droit à une récompense de 60.000 euros.
L'équipe de gymnastique de Roumanie, qui participait à ses premiers JO depuis 12 ans, repart de Paris bredouille. Elle avait terminé septième de l'épreuve par équipes.
