200
La chimie et le sport
grandeur des rigidités que
l’on peut obtenir, voici des
valeurs données en GPa (gigapascals) : pour le polyester ou
l’époxy, 1 à 5 ; pour des fi bres
de verre dans une matrice
d’aluminium, 70 ; pour l’acier,
à titre de comparaison, 200, et
pour les fi bres de carbone, de
200 à parfois plus de 1 000.
La résistance, c’est la mesure
de la traction maximale
supportée par le matériau ;
elle se mesure en mégapascals (MPa). Les matrices
polymères dépassent rarement quelques dizaines de
MPa, l’aluminium se situe
à 450 MPa. Entre 1 000 et
1 500 MPa, on trouve les
meilleurs aciers. Mais la
résistance des fi bres de verre
comme celle des fi bres de
carbone peut s’élever jusqu’à
4 000 à 5 000 MPa. Les fi bres
de verre ne sont peut-être pas
très rigides, mais elles sont
au moins aussi résistantes
que celles de carbone (voir
le Chapitre de C. Lory).
3
Conception de
matériels de sport :
quelques exemples
Le mot « matériau » désigne
bien plus qu’un échantillon
de matière. Il implique plus
profondément une démarche
très puissante du scientifi que
et de l’ingénieur, démarche
qui comprend les phases
suivantes, souvent d’ailleurs
exécutées de façon itérative,
les résultats d’une phase
pouvant modifi er les données
d’entrée d’une autre :
- conception générale de
l’objet ;
- phénoménologie de l’objet
en
fonctionnement.
Les
phénomènes physiques qui
interviennent lors du fonctionnement du matériel doivent
être identifi és et compris aussi
bien que possible afi n que l’infl uence des divers paramètres
(géométrie, propriétés intrinsèques des matériaux de
base, etc.) puisse être mise en
évidence ;
- modélisation. Cette étape a
pris une importance majeure
dans toutes les « démarches
matériaux » d’aujourd’hui.
Le fonctionnement de l’objet
fi nal est simulé sur ordinateur
à l’aide de l’analyse qualitative et quantitative qu’apporte la phénoménologie. Ce
travail permet de déterminer
les valeurs-cibles des paramètres (la géométrie, les
dimensions, le poids, etc.)
et des propriétés (rigidité,
résistance, etc.) qui permettront d’atteindre le résultat
recherché ;
- établissement d’un cahier
des charges. Il s’agit de
décider
des
caractéristiques que l’on veut obtenir
de l’objet recherché. Dans
le cas du matériel sportif, il
pourra s’agir du poids, de la
résistance, de la rigidité, du
frottement, de la tenue aux
contraintes thermiques etc.
Ces caractéristiques objectives sont déduites de l’analyse du fonctionnement de
l’objet, comme on le verra
plus loin dans les exemples
présentés. Les contraintes
correspondant à la faisabilité
de l’objet (par exemple possibilité de soudure ou d’assemblages) ne devront pas être
oubliées ;
- la fabrication proprement
dite.
Les exemples qui suivent
visent à faire mieux saisir ces
différentes étapes du travail
– qui ont d’ailleurs soutenu
La chimie et le sport
grandeur des rigidités que
l’on peut obtenir, voici des
valeurs données en GPa (gigapascals) : pour le polyester ou
l’époxy, 1 à 5 ; pour des fi bres
de verre dans une matrice
d’aluminium, 70 ; pour l’acier,
à titre de comparaison, 200, et
pour les fi bres de carbone, de
200 à parfois plus de 1 000.
La résistance, c’est la mesure
de la traction maximale
supportée par le matériau ;
elle se mesure en mégapascals (MPa). Les matrices
polymères dépassent rarement quelques dizaines de
MPa, l’aluminium se situe
à 450 MPa. Entre 1 000 et
1 500 MPa, on trouve les
meilleurs aciers. Mais la
résistance des fi bres de verre
comme celle des fi bres de
carbone peut s’élever jusqu’à
4 000 à 5 000 MPa. Les fi bres
de verre ne sont peut-être pas
très rigides, mais elles sont
au moins aussi résistantes
que celles de carbone (voir
le Chapitre de C. Lory).
3
Conception de
matériels de sport :
quelques exemples
Le mot « matériau » désigne
bien plus qu’un échantillon
de matière. Il implique plus
profondément une démarche
très puissante du scientifi que
et de l’ingénieur, démarche
qui comprend les phases
suivantes, souvent d’ailleurs
exécutées de façon itérative,
les résultats d’une phase
pouvant modifi er les données
d’entrée d’une autre :
- conception générale de
l’objet ;
- phénoménologie de l’objet
en
fonctionnement.
Les
phénomènes physiques qui
interviennent lors du fonctionnement du matériel doivent
être identifi és et compris aussi
bien que possible afi n que l’infl uence des divers paramètres
(géométrie, propriétés intrinsèques des matériaux de
base, etc.) puisse être mise en
évidence ;
- modélisation. Cette étape a
pris une importance majeure
dans toutes les « démarches
matériaux » d’aujourd’hui.
Le fonctionnement de l’objet
fi nal est simulé sur ordinateur
à l’aide de l’analyse qualitative et quantitative qu’apporte la phénoménologie. Ce
travail permet de déterminer
les valeurs-cibles des paramètres (la géométrie, les
dimensions, le poids, etc.)
et des propriétés (rigidité,
résistance, etc.) qui permettront d’atteindre le résultat
recherché ;
- établissement d’un cahier
des charges. Il s’agit de
décider
des
caractéristiques que l’on veut obtenir
de l’objet recherché. Dans
le cas du matériel sportif, il
pourra s’agir du poids, de la
résistance, de la rigidité, du
frottement, de la tenue aux
contraintes thermiques etc.
Ces caractéristiques objectives sont déduites de l’analyse du fonctionnement de
l’objet, comme on le verra
plus loin dans les exemples
présentés. Les contraintes
correspondant à la faisabilité
de l’objet (par exemple possibilité de soudure ou d’assemblages) ne devront pas être
oubliées ;
- la fabrication proprement
dite.
Les exemples qui suivent
visent à faire mieux saisir ces
différentes étapes du travail
– qui ont d’ailleurs soutenu