Comment l'Homme s'est il inspiré de l'écureuil volant pour aboutir au modèle du wingsuit ?
Le textile de la combinaison, un concentré de technologie
La combinaison étant inspirée de l'écureuil volant nous pouvons nous demander en quelle matière est-elle ?
Naturellement la combinaison n'est pas constituée de membrane de peau comme l'est le patagium pour l'écureuil volant.
Nous avons donc cherché à comprendre de quelle matière elle est composée pour qu'elle permette à l'Homme de planer comme le fait l'écureuil volant. Après avoir effectué des recherches et appelé des professionnels, nous avons déterminé que les tissus utilisés pour le wingsuit sont le nylon et le lycra.
Nous allons répondre à la question qui est "Pourquoi ces deux matières sont elles utilisées pour la combinaison ?"
Dans un premier temps nous allons étudier le nylon et dans un deuxième le lycra.
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Une combinaison constituée de nylon
Le nylon est inventé le 28 février 1935 par Wallace Carothers qui travaille alors chez Du Pont de Nemours, une entreprise de chimie américaine.
Premièrement le nylon est un polymère mais qu'est ce qu'un polymère ?
C'est en fait un ensemble de macromolécules (grande molécule de masse relativement élevée) qui ont la même nature chimique et sont reliées entre elles par des liaisons hydrogènes.
Les liaisons hydrogènes sont des liaisons physiques non covalentes, qui relient les molécules en impliquant un atome d'hydrogène. Ces liaisons permettent aux molécules de former un ensemble.
Le nylon fait donc partie de la famille des polymères et plus précisément des polyamides, en effet le nylon réunit des fonctions amides. (azote lié à un groupe carbonyle)
Le nylon réunit aussi deux fonctions acides carboxyliques et deux fonctions amines (composé organique dérivé de l'ammoniac). La réaction s'effectue donc entre fonctions acides (COOH) et amines (NH2) pour conduire à des fonctions amides comme le nylon en possède.
Dans le cas du nylon, l'acide hexanedoîque réagit par polycondensation avec l'hexaméthylène diamine,
En effet dans le cadre d'une polycondensation, les fonctions initiales ne sont pas identiques aux motifs de répétition du polymère final, à cause de la perte des petites molécules dans les étapes de condensation comme la molécule d'eau pour le nylon.
Les molécules initiales réagissent pour donner de plus grosses molécules qui elles-mêmes pourront réagir et former des chaînes de plus en plus longues.
Voici la réaction, pour obtenir la formule brute: C12H22N2O2.
Acide hexanedoîque
Hexaméthylène diamine
Motif de répetition
Le nylon, des caractéristiques spécifiques
Lors de la plupart des synthèses industrielles le nylon est obtenu par polycondensation (vu dans la partie ci-dessus) à chaud et est filé à partir de la matière fondue, ce qui oriente les molécules parallèlement les unes par rapport aux autres grâce à la forte polarité des liaisons amides.
Grâce à ce positionnement dû à la forte polarité des liaisons amides, il s'établit des liaisons hydrogènes entre les groupements CO et NH de chaînes voisines. Elles remettent les fibres dans leur position initiale lorsque l'étirement cesse ce qui donne aux fibres une grande résistance. Cela les rend donc très intéressants pour les vêtements près du corps (collants, chaussettes, les maillots de bains...)
De plus le nylon a un très faible pouvoir absorbant, il sèche donc très rapidement.
La synthèse du nylon se fait assez facilement en laboratoire, mais nous n'avons pas choisi de la faire car cela n'a pas de rapport direct avec notre problématique.
Fréquemment utilisé pour les activités sportives, le nylon confère au vêtement une excellente capacité d’absorption de l’humidité et une extrême solidité.
Le nylon est donc préconisé pour le wingsuit, en effet la force qu'exerce le fluide de l'air sur la combinaison est forte et la combinaison doit résister.
Pour vérifier si la résistance du nylon est vraiment forte nous avons procédé à une expérience :
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Notre expérience consiste à tendre un fil de nylon et un fil témoin (ici du coton) . Nous allons accroché des différentes masses ( 50g, 100g, 200g, et 800g) à nos tissus , et observé si le tissu se casse, se déforme, ou se plie.
Bobine de Nylon
Bobine de Coton
On accroche l'extrémité des deux fils afin qu'il soit tendus de cette manière.
Ensuite on rajoute des poids sur les deux fils, voici la vidéo de l'expérience (le fil le plus blanc est le coton et le plus transparent le nylon):
On observe qu'à partir de 1,150 kg de poids, le fil témoin va se casser, alors que le fil de nylon va seulement se plier et ne pas se casser.
Donc, le nylon est très résistant, très solide et parfaitement adapté pour le wingsuit.
Une combinaison aussi constituée de Lycra
Le Lycra , également connu sous le nom d'élasthanne, a été synthétisé pour la première fois par le scientifique Joseph C. Shivers de la société américaine DuPont après dix années de recherche. Ce matériau plus résistant que le latex, a contribué à révolutionner l’industrie du vêtement dans certains domaines. L’élasthanne est connu dans les pays anglo-saxons sous le nom de Spandex. Lycra est la marque commerciale de fibre d'élasthanne inventée et déposée par la société DuPont.
Le lycra consiste en une longue chaîne de fibres polymères synthétiques, interrompue par des segments doux et caoutchouteux de polyester.
Le groupe uréthane ( ) est en fait seulement l’élément de jonction entre les chaînes macromoléculaires.
On remarque deux groupes urées ( ) reliés entre eux sur la chaîne principale.
L'introduction du fil de spandex a donc révolutionné l'industrie de la mode mais aussi des sports. Sa particularité réside dans sa capacité à être étiré jusqu'à 600% et arrivé à recouvrir sa forme originale.
Le Spandex permet un degré d’étirement si important qu'il n'est jamais employé à 100% dans un tissu. En effet, c'est une fibre de polymère qui, bien qu’élastique est trop fragile pour être transformée en un tissu. Il serait impossible à tricoter ou tisser, il tomberait en morceaux. C'est pourquoi il est tout le temps mélangé avec d'autres tissus, par exemple avec du nylon pour la combinaison de wingsuit.
Les fibres de spandex permettent à un vêtement de s’adapter au corps mariant parfaitement les courbes du corps sans faire de plis. C'est donc un tissu utilisé dans la combinaison de wingsuit pour réduire au maximum les frottements de l'air, et ainsi pénétrer au mieux dans l'air.
Le Lycra, un tissu si extensible que ça ?
L'élasticité du lycra est-elle vraiment plus importante que dans un autre tissu ?
Nous avons procédé à la même expérience que pour le nylon mais cette fois nous avons un tissu composé à 21% d'élasthanne, et un autre tissu témoin qui lui ne contient pas d'élasthanne (un morceau de jean).
On tend donc un tissu Lycra et un tissu jean entre deux perches espacées de 30 cm . Et nous allons accrocher des différentes masses ( 50g, 100g, 200g, et 800g) à nos tissus et relever la distance entre le sol et le tissu afin de voir si le lycra est réellemment plus extensible.
Voici le tableau comprenant les différentes modifications des deux tissus en fonction des poids:
On observe donc que le Lycra est très élastique par rapport à un tissu qui ne contient pas d'élasthanne comme en témoigne le rapport force/distance au sol .
Le Lycra est donc utilisé pour son élasticité qui est très forte.
Deux tissus combinés pour des meilleurs performances
La combinaison est donc faite d'un alliage de deux tissus qui sont le nylon et le lycra.
Ce mélange est primordiale pour le wingsuit car le nylon assure sa résistance et sa durabilité et le lycra offre de la flexibilité et peut ainsi se marier au mieux au forme du corps.
Le tissu de la combinaison est alors souple, doux et extensible. Malheureusement nous n'avons pas pu nous en procurer pour ce TPE... Il faut compter entre 500 et 1000€ pour une combinaison...
Concernant la combinaison, on trouve sur la plupart des wingsuits une boucle au bout des manches. Cette boucle entoure la main ou le pouce et permet de tendre les ailes pendant le vol et aide à l'ouverture et à la fermeture des fermeture-éclairs de bras.
Une fois en l'air, les vents aident à remplir la wingsuit d’air, lui donnant forme et rigidité.
Plus tôt la wingsuit se remplit, plus elle est performante.
La boucle au niveau des mains permet aussi le contrôle des ailes, vous pouvez ainsi vous dirigez, la combinaison se pilote réellement. Avec la maitrise de gestes techniques et de positions, on peut monter, descendre, tourner.
Mais attention , vous devez posséder un brevet B et un minimum de 200 sauts.
Un sport dangereux
Le wingsuit fait malheureusement de nombreuses victimes . On compte une vingtaine des morts par an, ce sport est donc considéré comme l'un des plus dangereux de la planète.
Étudié tout au long de ce TPE, vous avez pu vous rendre compte que le wingsuit ne laisse aucune chance, la moindre erreur peut être fatale, de plus les vols les plus réguliers se déroulent le longs des failles rocheuses...