I. Propriétés et évolution des matériaux :


A l’heure où le sport* de haut niveau exige de plus en plus de performances, la technologie, et notamment les nouveaux matériaux, jouent un rôle majeur en contribuant à l’amélioration du matériel sportif. Cependant, certaines entités spécifiques sont très souvent utilisées pour leurs propriétés ou encore leur coût. Nous nous proposons dans cette partie de dresser l'évolution des matériaux au cours du temps ainsi que leur composition.

1.Les progrès technologiques :

D'une manière générale, les performances sportives connaissent, dans tous les domaines, une progression parfois inimaginable quelques années auparavant. Les causes qui permettent d'expliquer ces records, sans cesse remis en question, tiennent en plus grande partie des progrès technologiques.

On a pu constater une élévation du niveau de vie à partir de la fin du XXème siècle, ce qui implique un changement de mentalité, le sport représentait 0,75 % de la consommation française en 1989.

La production de l'équipement et du matériel sportif est passée de l'artisanat à l'industrialisation par conséquence d’une demande croissante. Ainsi, à cause du mode de fabrication industriel, les produits utilisés par les sportifs se sont transformés : les anciens matériaux tels le bois, le cuir ou le chanvre ont été remplacés par des matériaux modernes issus des industries métallurgique et chimique. Les exemples sont nombreux, de la piste de course cendrée aux pistes synthétiques, en passant par les chaussures et les vêtements adaptés à chaque discipline, les skis et les raquettes de tennis, qui soulignent cette évolution des matériaux qui conditionnent en fait la performance sportive.

L’exemple des skis :

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Vieux ski                                                                                                                                      

Ski moderne


Le milieu des années 1960 marque une nouvelle grande révolution dans la technologie sportive, l’arrivée des fibres synthétiques et des dérivés plastiques. Elles révolutionnent par exemple les sauts en athlétisme; les aires de réception construites de blocs de mousse ou de polyester permettent les chutes sur le dos. Les outils raquettes, skis, tremplins, sont refaits les uns après les autres avec ces matières moulées. Les fibres sont souvent agencées en lames pour associer au mieux la déformation et la solidité, deux points importants. Il faut des surfaces étirées pour mieux glisser, ceci va amener à la création de beaucoup d’engins de glisse tel que le surf, la planche à voile ou même l’hydroptère, célèbre voilier mi-bateau, mi-avion, construit pour traverser l’Atlantique en un temps record. Il est également inspiré de beaucoup de techniques aérospatiales.

L’hydroptère DCNS

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L’électronique a aussi amené un changement radical dans les années 1980. Par exemple, le micro-ordinateur n’est plus qu’un instrument de calcul aidant à inventer la technique, il devient embarqué sur les engins et un outil aidant le sportif.
L’évolution des matériaux a été continue et son moteur a toujours été l’aspect financier. Le sport est un domaine où les particuliers sont prêts à mettre beaucoup d’argent pour le développement. Les universités aiment bien travailler avec des projets sportifs car il n’y a pas beaucoup de risques et le développement se fait dans une période assez courte. Puis toutes ces découvertes peuvent être réutilisées dans d’autres projets donc très utiles pour la société.
Il y a deux types d’innovations bien distinctes. L’innovation acrémentale, c’est une amélioration petit à petit d’un procédé et l’innovation de rupture, c’est un changement radical de la technique. Le sport est toujours constitué de ces deux points.


2. Illustration à l'aide d'exemples:

Les matériaux ont vécu les époques évoquées dans les points précédents. A première vue on pourrait croire que certains sports y ont échappé mais au cours de nos recherches, nous avons constaté que chaque sport a été touché à large échelle par ce phénomène.

Une des grandes différences entre le sport d’hier et d’aujourd’hui c’est les matériaux moulés, profilés, aérodynamiques et design. L’équipe suisse de ski passe une grande partie de ses étés à tester des combinaisons dans des souffleries afin de trouver les meilleurs tissus et les coutures optimales.

nrc-90th-anniversary-cnrc-90e-anniversaire-7-3.jpgSteve Podborski dans une
soufflerie du centre national
de recherche canadien.

 

De même le ski(la planche) n'a pas cessé d'évoluer au cours de ces dernières années. On peut notamment le remarquer à son design, principal acteur de ces constantes évolutions. Sa structure est étudiée dans les moindres détails pour offrir à son utilisateur les sensations qu'il désire, par conséquent, le ski est loin d'être une simple planche de bois qui se laisse glisser sur la neige.

 


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Des skis modernes

 

Les contraintes imposées lors de la fabriquation d'un ski sont très nombreuses. En effet, chaque partie du ski a une utilitée qui lui est propre, et par conséquent le nombre de matériaux différents employés est important. Autrefois, tout était beaucoup plus simple, il n’y avait que du bois. Ainsi, celui-ci était peut-être plus facile à construire cependant, sa résistance et son élasticité laissaient à désirer. Le matériau optimal pour la conception d’un ski devrait proposer à la fois une raideur suffisante (flexion, torsion), une masse plutôt faible, et une grande élasticité.

 

De nos jours, on utilise beaucoup la fibre de verre et un alliage d'aluminium(le zicral). Mais leur masse est trop élevée pour pouvoir constituer des skis uniquement de ces matériaux. Ainsi, on doit disposer ces différents matériaux en lames minces de part et d’autre d’un noyau en matériau plus léger. On appelle ce mode d'assemblage une structure en "sandwich". Dans certains types de construction, on prévoit des cloisons entre les lames extérieures (fibre de verre et zicral) qui renforcent ou remplacent le noyau : on parle alors de structure en "caisson".

 

 coupe d'un ski
Les différents éléments constituants un ski

 

 

La voile, sport avec beaucoup de matériel, a aussi été touchée par cette évolution. Premièrement, cette évolution s'est vue dans les matériaux utilisés pour les voiles passant du coton au polyester, kevlar puis maintenant au carbone. Egalement pour les matériaux utilisés pour les coques: le bois, l’aluminium, le polyester et le carbone. 


macif-bi-1280x1024-0-2.jpg    Macif, bateau moderne de la course en solitaire.

Le vélo:


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De nos jours, il est possible de fabriquer des vélos pesant à peine une centaines de grammes. Cette prouesse technique est dut aux propriétés des matériaux actuels, tels que le carbon, l'aluminium.

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Le saut à la perche est également un sport où l'évolution des matériaux fût fulgurante au cours du XXème siècle et continue encore de nos jours.

- Avant 1900 : perche en bois
- 1900 : Bambou 
- 1943 : Aluminium
- 1960 : Fibres de carbone 
- 1964 : Fibres de verre et polyester 
- Développement de perches en fibres de verre et de carbone et résines synthétiques 


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Structure d'une perche moderne




Comme nous pouvons le constater, la perche d'aujourd'hui est principalement constituée de fibres de carbone ou de verre. Ces matériaux permettent à la perche d'avoir une excellente résistance à la compression et à la fatigue, tout en ayant une bonne rigidité. La résine est là pour l'assemblage de ces matériaux.


Nous allons étudier plus précisément le cas de la natation. Ce sport est un sport où le maximum de vitesse pour un minimum d'effort est recherché. Afin d'atteindre cet objectif, de nouveaux matériaux sont apparus dans le monde de la natation. Notamment le polyuréthane qui est le composant principal de combinaisons extrêmement performantes.

Tout d'abord, les combinaisons sont apparues au début des années 1990 et ont progressivement remplacé les maillots de bain. Puis avant les jeux de 1996, des combinaisons en plusieurs pièces sont apparues. Mais n'étant pas faites d'un seul tenant, elles n'ont pas été acceptées. En 1999, la marque Adidas propose une combinaison intégrale, du cou jusqu'aux chevilles en passant par les poignets. Cette tenue est validée par la fédération internationale de natation. C'est une révolution! L'australien Speedo suivra peu après. Une polémique survint peu avant les JO de 2000, en Australie, car tous les nageurs ne pourront pas disposer de ces combinaisons, la production étant trop lente. En 2008, Speedo lance la première combinaison entièrement assemblée par ultrasons. En avril, la LZR Racer (nom de la combinaison) est homologuée par la FINA. En 2009 est créée une combinaison composée à 100% de polyuréthane. Cette dernière sera la cause du retrait des combinaisons du règlement de la FINA en mars 2009. La fédération déclare à ce moment : « La FINA tient à rappeler que la natation est un sport dont l'essence est la performance physique du sportif, le principe le plus fondamental »


Le polyuréthane, matériau de la performance:

 

Un polyuréthane est une molécule organique, c'est un polymère d'uréthane. Ces molécules sont très présentes au quotidien, dans les colles, les peintures, le caoutchouc... L'uréthane est le produit de la réaction entre un isocyanate et un alcool. Il a été pour la première fois utilisé en 1937 par Otto Bayer qui a pu découvrir un nouveau plastique. En variant les réactifs (les monomères, en ajoutant d'autres substances), il peut être fabriqué une grande variété de texture et de dureté.

La réaction de l'uréthane est :

 

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Principaux emplois des polyéruthanes :

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Ce produit a donc révolutionné la natation, même si les combinaisons intégrales 100% polyuréthane ne sont plus autorisées, et bien d'autres sports comme ceux à roulettes (le patin à roulettes, la planche à roulettes).

D'autres molécules sont utilisées dans ce sport. Par exemple l'élasthanne pour sa résistance à l'élasticité et le polytétrafluoroéthylène pour sa résistance extrêmement faible aux frottements. 

Toutes ces évolutions de matériaux, quel que soit le sport, ont été faites pour améliorer les performances des sportifs. Mais quel est le réel impact de ces matériaux sur les performances?

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