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Caractéristiques mécaniques des bandes élastiques Sci-Sport lors d'essais de traction en laboratoire

par A. Manolova & P. Debraux | 1 Novembre 2011

MISE À JOUR [20/05/2013] : Les résistances des bandes élastiques Sci-Sport indiquées dans ce article ne sont plus valables. Pour obtenir les valeurs actuelles, veuillez-vous rendre sur la page suivante : Cliquez ici.

Figure 1. Etirement de l'échantillon de la bande S sur une machine d'essai servohydraulique (Instron 8801).

Comme nous vous l'avons précédemment expliqué dans le dossier "Bandes élastique : De la science à la pratique", la résistance élastique est une résistance variable. En effet, plus un élastique est étiré plus la résistance qu'il oppose à cet étirement est grande.

En plus de cette caractéristique mécanique intrinsèque, la résistance des bandes élastiques est également liée aux divers processus mécaniques et chimiques qui permettent au latex de prendre forme. Ainsi, il n'est pas rare que deux lots de bandes élastiques, de mêmes dimensions mais produits à deux moments distincts, n'aient pas tout à fait les mêmes propriétés mécaniques et donc pas tout à fait les mêmes résistances.

L'étude réalisée

Pour répondre à cette problematique, nous avons testé les caractéristiques mécaniques des bandes élastiques Sci-Sport de maniére précise et fiable en laboratoire. Rendez-vous était pris à la Halle Technologique de l'Université de Reims Champagne-Ardenne, au sein du laboratoire G.R.E.S.P.I. avec Alexandre Gacoin, Enseignant-chercheur en Génie Civil.

Le protocole consistait à tester 4 échantillons de bandes élastiques de différentes dimensions :

  • XS : 15 × 2.5 mm
  • S : 15 × 5 mm
  • M : 20 × 5 mm
  • L : 30 × 5 mm

Chaque échantillon de 7 cm de longueur était placé sur une machine d'essai servohydraulique (Instron 8801). La zone à tester n'était que de 2 cm, 2.5 cm étaient nécessaires en haut et en bas pour que l'échantillon soit fixé dans les mâchoires de l'appareil (Fig. 1). Ensuite, la machine réalisait une traction sur l'échantillon à la vitesse constante de 1 mm·s-1. La plage de mesure était d'environ 15 cm (Fig. 2) et pour chaque essai, la force en fonction de la déformation était enregistrée.

Figure 2. Images successives lors de l'étirement... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)

Résultats & Analyses

Les résultats sont présentés dans la Table 1, et décrivent la résistance produite (R, en kg) par les bandes opposées à la déformation (en % de la longueur de repos). Puisque les bandes élastiques Sci-Sport sont en boucle, il était nécessaire de multiplier les valeurs mesurées par 2. Pour obtenir R, il suffit de se référer à la seconde loi de Newton et de diviser la force (F, en N) par l'accélération gravitationnelle (g, en m·s-2).

formule1
Table 1. Données des résistances opposées des bandes élastiques Sci-Sport en fonction de la déformation subie lors d'un essai en traction.
Déformation (%) Résistance (kg)
Bande XS Bande S Bande M Bande L
100 % de déformations correspond à un échantillon étiré de 1 fois sa longueur initiale. C'est-à-dire qu'une bande de 1 m étirée à 100 % mesurera 2 m.
50 3.2 4.3 5.4 7.8
100 4.2 7.0 9.5 11.9
150 5.1 8.0 11.6 15.1
200 5.3 10.4 13.4 17.2
250 6.9 11.8 15.9 19.8
300 7.5 13.2 17.8 21.9
350 8.0 14.6 20.0 24.5
400 9.4 17.1 22.9 27.6

La Figure 3 présente la force produite en fonction de la déformation pour chaque échantillon. Le profil des courbes est caractéristique du comportement des polymères à l'étirement. Nous reviendrons plus en details sur le comportement mecanique des polymères dans le dossier consacré aux bandes élastiques. Sachez simplement que de 0 à environ 500 %, l'étirement de la bande en latex est principalement du à l'alignement des macromolécules qui constituent le matériau. Lorsque la bande est au repos, les macromolécules sont comme des spaghettis entortillées, l'étirement permet de les aligner les unes à côté des autres. Au-delà de 500 % de déformation, l'étirement de la bande provoque la tension entre les macromolécules, ce qui à terme conduira à la rupture de la bande.

Figure 5. Les 4 échantillons testés lors d'essais en traction.

Figure 4. Endommagement d'un échantillon au niveau de... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)

Figure 3. Evolution de la force des bandes élastiques... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)

Lors de ces tests, nous n'avons pas été en mesure de faire rompre les échantillons des bandes élastiques. La raison est simplement due à la plage de mesure limitée de la machine d'essai en traction qui n'est pas conçue spécifiquement pour les polymères. Cependant, vous aurez remarqué sur différentes figures, et notamment sur la Figure 4, que des zones blanches apparaissaient sur les bandes au niveau des points d'attanche. Ces zones représentent des zones de ruptures et sont dues à l'endommagement des bandes par la force de pression des mâchoires. Neanmoins, aucun des échantillons n'a présenté de zones de rupture sur sa partie centrale et ce, jusqu'à 650 % de déformation, soit un étirement de 6.5 fois sa longueur initiale (Fig. 5).

Applications pratiques

Il est certain que la connaissance de la résistance précise opposée pour un étirement donné n'est pas utile pour les personnes qui n'ont pas pour objectif la recherche et l'optimisation de la performance. En effet, le code couleur et les dimensions des bandes élastiques suffisent généralement à identifier la difficulté qu'une personne rencontrera. Cependant, ces informations deviennent intéressantes dans un objectif de performance. Par exemple, pour un exercice de squat, si un préparateur physique décide d'ajouter une résistance élastique en plus de la charge de la barre, il saura quelle sera la résistance finale en haut du mouvement en connaissant simplement la longueur du déplacement de la barre.

L'utilisation la plus commune des bandes élastiques est comprise entre 100 et 300 % de déformation en fonction des exercises pratiqués. Evidemment, pensez à doubler les valeurs données dans la Table 1 si pour une raison ou une autre vous doubliez les bandes. De la même manière, additionnez les résistances si vous combinez dans le même exercice différentes bandes.

Références

  1. Ashby MF and Jones DRH. Matériaux : Tome 2, Microstructure et mise en oeuvre. Dunod, 1991.

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