Slackline et fatigue mécanique

Cet article a pour but d’expliciter le phénomène de rupture par fatigue mécanique, dont il est fréquemment question en Slackline. Amis scientifiques vous serez peut-être déçus car je ne rentrerai pas dans les détails techniques. Je vous épargne les notions de zones de concentrations de contraintes, nuances de matériaux, traitements thermiques et de surface et autres paramètres qui restent du domaine de l’ingénierie et rendraient l’article incompréhensible à la plupart des lecteurs.

La fatigue mécanique, qu’est-ce que c’est ?

Pour bien comprendre, je pense que vous connaissez tous le principe du fil de fer qui se casse quand on le plie plusieurs fois au même endroit. Si vous ne connaissez pas, prenez un fil de fer (un trombone de papeterie par exemple) et pliez le une fois. Dépliez-le puis repliez-le au même endroit et ainsi de suite. Au bout d’un moment, il se cassera net sans que vous n’ayez forcé plus que les autres fois. C’est une rupture en fatigue.

Notion de cycles

La fatigue a lieu quand une pièce mécanique (un cliquet ou un banana par exemple) est sollicitée de manière répétitive et ce toujours de la même manière. Chaque sollicitation est appelée un cycle. En jumpline, on peut considérer que chaque rebond du slackeur occasionne un cycle de fatigue dans les éléments de l’installation.

 

Notion de Contrainte

La contrainte correspond au rapport force/section. Si vous devez soulever un poids de 4kg, vous pouvez très bien utiliser un fil de pêche de Ø0.3mm qui porte 4.5kg. Vous pouvez aussi utiliser du fil deux fois plus gros (Ø0.6mm) qui résiste à 20kg. Dans les deux cas ça tiendras. Par contre, même si le poids est le même, le petit fil aura pris bien plus cher que le gros. C’est qu’il a encaissé une contrainte plus importante. Pour en revenir à la slackline, un banana avec des flasques de 5mm sera donc deux fois moins contraint que le même banana avec des flasques de 2.5mm.

 

Modélisation de la fatigue

La courbe de Wöhler détermine pour chaque matériau le nombre de cycle que celui-ci peut encaisser sans casser en fonction de la contrainte.

Dans cet exemple, on peut imaginer le cas du banana de 5mm qui encaisse une contrainte y. Le même banana en 2.5mm encaissera une contrainte deux fois plus importante : Y. Le banana de 5mm résistera à 1010 cycles, tandis que le banana de 2.5mm cassera au-delà de 106 cycles.

Fatigue et matériaux utilisés

Pour faire simple, je vais prendre l’exemple des deux matériaux les plus utilisés en slackline : l’acier et l’aluminium. Ces deux matériaux ne se comportent pas du tout de la même manière. Cela peut se comprendre en analysant leurs courbes de Wöhler.

On remarque que la courbe de l’acier comporte une asymptote horizontale. C'est-à-dire que si la contrainte est assez faible, il ne risquera pas de casser en fatigue. L’aluminium lui ne possède pas de limite d’endurance. Il existera toujours un nombre de cycles au delà duquel le métal cassera.

 

Alors, aluminium ou acier ?

Pour dimensionner les produits Slack Inov’, je me suis basé sur l’activité de l’un de mes jumpeur pro qui utilise le matériel de manière très intensive. Sur des sessions de trois heures, il impose au moins 4800 cycles au matériel. Vu sa régularité, en un an il dépasse déjà les 106 cycles de sollicitations ! Pour que le matériel soit sécurisant, il faut donc qu’il puisse encaisser plus de 106 cycles, disons 107 pour être tranquilles.

  • Pour de l’acier, pas de problème, il suffit de concevoir le produit afin qu’il travaille en dessous de la limite d’endurance et le matériel deviens alors théoriquement inusable. C’est le cas du Slackimoufle et du Slackibloc Jump par exemple.
  • Pour de l’aluminium, c’est plus compliqué car pour pouvoir atteindre les 107 cycles, la contrainte se doit d’être excessivement basse. Il faudrait alors que les équipements soient tellement gros qu’ils deviendraient plus lourds que les mêmes équipements réalisés en acier… Il n’y a alors plus aucun intérêt à utiliser de l’aluminium.

 

Conclusion

Vu les résultats présentés dans cette étude, j’ai choisi chez Slack Inov’ de n’utiliser que de l’acier pour concevoir le matériel de jumpline. Les produits étant dimensionnés au-delà de leur limite d’endurance, aucun risque de les casser en fatigue. L’aluminium reste envisageable pour du matériel de Longline / highline qui est soumis à des cycles beaucoup moins régulier. A condition d’être correctement conçu afin que le seuil de fatigue des produits ne puisse pas être atteint dans son cycle de vie.

Florent Berthet

Ingénieur Génie mécanique

Concepteur des produits Slack Inov’

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