Escalade - Science

Bonjour,

Tout d’abord, j’espère avoir écrit au bon endroit.

Je suis étudiante en prépa et je prépare pour TIPE sur des cordes d’escalade.
J’aimerai faire une partie sur l’énergie dans une chute d’un corps.
Seulement mon programme scolaire ne me permet de me répondre réellement à toutes mes questions.

Alors voilà ce que j’ai cru comprendre.

Un corps en chute libre perd une énergie potentielle de pesanteur et gagne une énergie cinétique.
Dans une hypothèse où les frottements sont négligés, on peut écrire mgh=1/2mv^2

La viscosité de la corde dissipe un peu d’énergie.
Le tressage des fil de nylon qui compose la gaine et l’âme sont tressés de manière à donner un esprit élastique à la corde.

Cependant il me reste beaucoup de zones d’ombre.

On me parle de force de choc qui est un rapport entre la hauteur de chute et la longueur de la corde déployé.
Mais j’ai du mal à comprendre l’idée du rapport entre la force de choc et l’énergie absorbée/perdue par le corps en chute.

De plus, je ne comprends pas le principe de perte d’énergie d’un point de vue chimique. Il y a des réaction chimique ? Un mouvement d’électrons ?

Enfin, que se passe-t-il lorsque la corde est tendue à son extrême avec un poids qui était en chute ? La vitesse est nulle. L’énergie est où ? Est ce qu’elle est nulle et la force de rappel de la corde recrée une énergie cinétique. Mais l’énergie potentielle est passé où ?

J’espère que vous parviendrez à m’aider sur des questions très pointues.

Merci beaucoup !!!

Mxtt

Bonjour,
Peut-être aller voir les anciens discussions ?

Il y a 7 ans :

Il y a 8 ans…

Il y a 15 ans :

Il y a 16 ans :

Sinon :

Où va l'énergie de la chute d'un corps?
Qu'est ce qu'un kilonewton (kN)?

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non y’a pas de réaction chimique, y’a juste une dissipation thermique par frottement interne (élongation/relaxation, voir https://www.epfl.ch/schools/sb/sph/wp-content/uploads/FrottInt.pdf ), et par frottement externe (frottement des fibres entre elles)

Lorsque la corde est tendue à l’extrême, ou dans le cas d’une corde statique, il y a toujours une élongation, c’est juste qu’elle se produit sur une distance très faible.
Ensuite si ça casse, il y a encore une partie de l’énergie qui est absorbée par la création d’une nouvelle surface.

Pour la dynamique de la chute, y’a des russes qui avaient fait des jolies modélisations Too much Slack while Lead Belaying? - YouTube

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Ce n’est pas tout à fait juste, il y’a de la chaleur et des réactions moléculaires, dés cristallisation des polymères.

A priori.

C’est pour ça que les gaines changent d’état, la corde devient plus raide, etc…

En passant au contact du mousqueton les fibres fondent et les chaînes moléculaires se réorganisent…

Enfin il doit y avoir des articles scientifiques à ce sujet, au delà des croyances des uns et des autres:-)

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à la rigueur, à la marge. Une corde tient bien 10 ans donc ça réagit / fond pas tant que ça.
Je dirais que ça joue surtout sur le tressage des fibres et leur état de surface.

Les plastiques utilisés (polyamide, polyéthylène, aramides) sont déjà semi-cristalins. Pour le polyéthylène genre dyneema il est cristallin à quasi 100 % (cristallisé sous tension).

Possible que certaines chaînes amorphes restantes cristallisent sous tension en cas de chute mais c’est réversible (comme le caoutchouc qui blanchi quand on le tire au max).

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Donc si je comprends bien, les matériaux utilisés sont extrêmement importants et jouent un grand rôle dans la résistances des cordes d’escalade.

J’imagine que leur façon d’être utilisé (notamment les différentes façon de les tisser…) peuvent également avoir un impact sur l’énergie ?

D’après ce que j’ai compris, les plastiques semi-cristallins ont des organisations moléculaire particulière, qui est une organisation cristal. Est-ce bien cela ? Mais une chaîne moléculaire peut-être brisé sans pour autant que la corde casse ? Qu’est ce que cela implique ?

Merci beaucoup, cet aspect est très intéressant !

Mxtt :slight_smile:

Woaw. C’est une blague ?

Bonjour,

Quelques éléments physiques:
1/ Dans la fabrication des fibres de polyamide il y a cycle d’étirement de la fibre et de rétractation de celle-ci à la vapeur. Cela permet d’orienté les chaines moléculaire. C’est cette étape qui permet l’élasticité des fibres.
2/ L’arrangement des fibres moléculaires n’est pas stable. Vous prenez une corde neuve et vous la mettez au fond d’un placard après en avoir mesurer le longueur. 10 ans plus tard vous la ressortez et vous la remesurez, elle a raccourcie mais son diamètre au augmentez ! La rétraction de la corde peut atteindre 10% (liser les notices Béal !).
3/ L’energie potentielle est absorbée par la travail nécessaire pour étirer les fibres et modifier leurs liaisons.
4/ Si vous faite une chute importante (dans mon cas 30m avec arrêt sous un surplomb), la corde s’est étirée et n’est pas revenu à sa longueur initiale.
Cordialement

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tu confonds facteur de chute et force de choc.
La force de choc est une vraie force exprimée en Newton. C’est la valeur max de la force exercée par la corde lors de l’arrêt de la chute.
Dans un test de labo, la force de choc ne dépend que du facteur de chute. Dans une chute réelle, il y a beaucoup d’autres paramètres à prendre en compte

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Et je rajouterai (cher colllègue !) que cette valeur de force annoncée par le fabricant de la corde est celle mesurée pour des conditions particulières de test normé (masse de 80 kg et facteur de chute de 1,77 pour les cordes à simple). Et que quand tu dis valeur « max » cela signifie qu’il existe une valeur au delà de la quelle la corde n’est pas assez élastique (pour être normée).

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Un étudiant en prépa doit être capable de rechercher dans la littérature scientifique plutôt que de se la pougner tranquille en posant la question sur internet.

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Bonjour,

Dans un premier temps je tiens à signaler que cette partie (l’énergie) est une partie infime de mon TIPE et que j’y ai déjà consacré deux ans d’étude sur d’autres sujets tel que mon modèle théorique et mes expériences.

De plus j’ai chercher dans des livres et sur internet des thèses et des informations. J’ai demandé à mes professeurs… Mais je n’ai pas réussi à trouver les réponses que je souhaitais.

Enfin, dans les TIPE il m’est demandé de mélanger les sources (cours, vidéos, thèses, livres, conversations avec des personnes (entreprises, forums, professeurs)).

Donc je sais parfaitement ce que je fais.

Si vous ne pouvez/voulez pas m’apporter de réponse (et rien ne vous y oblige). Rien, ne sert de commenter (vous perdez votre temps :wink: ).

Merci,

Je vous souhaite une agréable journée. :slight_smile:

Mxtt

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Juste un détail (si les mots sont importants ) : je replacerai poids par masse ?

C’est toujours bon à prendre et cela fait plus méticuleux. C’est une bonne idée, je note ça sur une feuille.

Je vous remercie :slight_smile:

C’est sûr que pinailler sur les termes, poids ou masse c’est un peu précieux

Ok. Peut-être pas en prépa scientifique ?

Ben voilà.

Je suis en prépa TSI - Technologies Science Industrielle- :wink:

La physique classique c’est de la rigueur non ?
Une vidéo qui met en évidence ( 4 ème mn) de façon pratico- pratique et simple la notion de facteur de chute et de dispersion de l’énergie de la chute dans la « chaîne » d’assurance .

Mais ça ne répond pas aux questions comme celle de la perte d’énergie d’un point de vue chimique ni de ce qui donne à la corde son esprit élastique !
Bonne recherche !

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Il faut regarder à partir des termes : Déformation plastique, Limite d’élasticité, Ductilité, Résilience.
Ça se passe au niveau de la structure de la matière, pas trop de la chimie.

Pour expliquer à mon club, j’avais fait le schéma suivant : à partir du point A, la corde sous l’effort s’allonge d’abord en proportion de l’effort, puis lorsqu’elle atteint la force de choc, elle « écrête » l’effort" à Fchoc en absorbant l’énergie sous forme de déformation jusqu’au point B. Lorsqu’il n’y a plus d’effort l’allongement ne revient pas à zéro, le point A mais au point C : déformation permanente, la surface bleue FxdL est l’énergie absorbée par la corde, soit l’énergie potentielle du grimpeur : E=M.g.h (masse du grimpeur, g constante de la gravité et h la hauteur de chute).

Si l’énergie à absorber est trop grande, la déformation dépasse le maximum (point limite de la corde Mcorde) et il y a rupture.
La somme des énergies-déformations que peut ainsi emmagasiner une corde est limitée : c’est pour cela qu’il y a un nombre de chutes de référence dans les caractéristiques des cordes.

Évidement la capacité en énergie de la corde est proportionnelle a sa longueur chargée : d’où la caractérisation de la contrainte par le facteur de chute qui est proportionnel au rapport entre l’énergie à absorber Mgh et l’énergie absorbable elle même proportionnelle à la longueur de corde engagée.

J’ai représenté une sangle Dyneema en série (baudrier, sangle de dégaine) est subit le même effort que la corde qui est écrêté à Fchoc.
La sangle est caractérisée par un effort maximum très élevé, une très faible élasticité (courbe très verticale) et un faible parcours en déformation non élastique : sur la chute en série avec la corde elle se balade : l’effort subit est très loin d’atteindre le maximum et la zone des déformations non élastiques.
Par contre sur le second schéma, si, utilisée seule, elle devait absorber toute l’énergie (même surface bleue), le point dépasserait largement la limite de la sangle sous déformation point Msangle : elle explose.

Voilà en gros quoi …

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A priori il y a une cristallisation progressive de la gaine par frottement et échauffement sur les mousquetons lors des chutes.

On voit bien la différence entre une corde neuve et une vieille:-)

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