Voir l'invisible de la lumière permet d'observer des contraintes mécaniques

Résumé du document

Mon TIPE répond à deux attentes d'ordre mécaniques :
- Est-il possible de visualiser la répartition des contraintes à l'intérieur d'un matériau transparent ?
- Est-il possible de visualiser par la suite l'application de ces contraintes ?

A ces fins, j'utilise la photoélasticimétrie, méthode optique très utilisée en industrie.

La première partie de mon TIPE est une présentation théorique de la méthode, qui repose sur la polarisation de la lumière et sur la faculté d'anisotropie du matériau.
La seconde partie expose les résultats obtenus par cette méthode, lors des manipulations réalisées personnellement.

Ces expériences permettent à la fois de visualiser les contraintes, les séquelles du matériau, et finalement, l'utilité industrielle de la méthode.

Extraits

[...] Introduction Tous les matériaux qui nous entourent, des plus anodins à ceux entrant en jeu dans des édifices complexes, doivent subir de nombreux tests pour vérifier leur solidité et leur capacité à résister aux contraintes qu'ils peuvent rencontrer. Une méthode utilisée en industrie pour déterminer l'intensité de ces contraintes est la photoélasticimétrie, une méthode optique. En effet, un matériau transparent, lorsqu'il est soumis à des torsions ou des étirements, acquiert une anisotropie : la vitesse de la lumière y devient différente selon la direction de polarisation. [...]

[...] En effet mon TIPE présente deux types de dualité : 2 La complémentarité entre mécanique et optique Le fait que la méthode optique repose sur l'invisible de la lumière la phase), alors que les résultats sont basés sur les différences de couleur et d'intensité. Pour l'aspect théorique de la méthode, je me suis appuyé sur : 1. Un TP de l'ENSGI : PHOTOELASTICIMETRIE réalisé par M.A. Le Poui 1. L'Encyclopédie VISHAY d'analyse des contraintes J. Avril Vishay Micro-mesure 2. [...]

[...] Elle a été réalisée en lumière monochromatique : on observe donc des franges claires ou sombres à la place des différentes couleurs. On place une origine des franges quelconque pour pouvoir compter leur nombre, par exemple en haut à droite de la dent. On compte jusqu'à la base de la dent soit 8,5 franges à gauche, soit 12 franges à droite : on a vu défiler plus d'ordres du côté droit, la différence de contraintes a donc été plus importante sur le côté droit de la dent. [...]

[...] De plus, j'ai choisi de faire toutes mes expériences moi-même pour plusieurs raisons : tout d'abord, je préférais rester sur un sujet abordable par un élève de CPGE pour ne pas me perdre dans de la théorie. De plus, je tenais réellement à manipuler, car c'est le point qui m'est apparu le plus intéressant dans mon travail, celui qui m'a permis de participer à un réel effort scientifique, et enfin je ne souhaitais pas utiliser du matériel de laboratoires sophistiqués, où je n'aurais pas eu des résultats si visuels et si personnels. Bibliographie Un TP de l'ENSGI : PHOTOELASTICIMETRIE réalisée par M.A. Le Poui - L'Encyclopédie VISHAY d'analyse des contraintes J. [...]

[...] C'est ce que l'on observe en plaçant un gobelet entre polariseur et analyseur dans notre dispositif : Les irisations multiples sont la preuve que la vitesse de la lumière est différente selon l'emplacement sur le gobelet, et donc que l'organisation du plastique est différente en ces endroits. Un matériau qui semble en parfait état à l'œil nu peut donc receler les marques de contraintes passées, en particulier lors de sa fabrication : c'est la mémoire des matériaux et la photoélasticimétrie permet de s'en rendre compte. Un exemple en industrie On applique ici la théorie exposée à un exemple concret : comment peut- on savoir où une dent d'engrenage subit le plus de contraintes ? [...]