savez-vous planter des clous ? vaut-il mieux planter un clou en une

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Finale Nationale des Olympiades de Physique Vendredi 2 février 2007 Au Palais de la Découverte (Paris) Marjorie ANDRIEUX, Laurie HAVART, Pauline LÉTENDART, Lucie QUÉVAL Présentent Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une fois ou n fois ?

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Finale Nationale des Olympiades de Physique Vendredi 2 février 2007

Au Palais de la Découverte (Paris)

Marjorie ANDRIEUX, Laurie HAVART, Pauline LÉTENDART, Lucie QUÉVAL

Présentent

Savez-vous planter des clous ?

Vaut-il mieux planter un clou en une fois ou n fois ?

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Sommaire. Introduction 3 Des clous ! 5

Du clou forgé 5 Au clou industriel 5 Différents modèles de clous modernes 5

Modélisation du coup de marteau. 7

Le « marteau gravimétrique » 7 Principe 7 Le dispositif de guidage 7 Inventaire des forces en présence 7 Comment faire varier l’énergie du choc 9 La réalisation du marteau gravimétrique 10 Etalonnage des marteaux gravimétriques 11 Fabrication de marteaux plus massifs 13 Le marteau à ressort 14 Principe 14 Notre maquette 14 Le choix du ressort 15 Construction du marteau à ressort 17 Etalonnage du marteau à ressort 18

Le choix du matériau pour planter les clous 20 Le choix du clou 20 Choix du système de mesure d’enfoncement des clous 21 Choix de la position initiale du clou 23

Etude Expérimentale 25 La physique mise en jeu 25 Planter des clous d’après la physique 25 Mesures effectuées 27 Dans le bois 27 Dans le polyéthylène 28 Commentaires 29 Pourquoi les clous se tordent-ils ? 31

Les causes physiques du pliage du clou : le flambage 31 L’erreur humaine 34 Le conflit vitesse précision 34 Vérification expérimentale de la loi de Fitts 34

Effet de l’entrainement 37 Effet de l’augmentation de la masse de l’objet à déplacer 38

Comment travaille un professionnel ? 39 Conclusion 40 Remerciements 41 Bibliographie papier 42 Webographie 43 Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Marjorie) 44 Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Laurie) 46 Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Pauline) 48 Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Lucie) 50

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Nous avons connu les Olympiades de Physique, pour deux d’entre nous, Laurie et Marjorie, en classe de seconde avec la présentation de « la physique du karaté » par Guillaume Serret, François Régnier, Claire Froissart et Marion Hermand ; puis, pour les deux autres, Lucie et Pauline, en classe de première avec la présentation de « 1 mirage + 1 mirage = 1 belle image » par Clémence Bernardy et Perrine Cagneaux.

L’équipe 2004/2005 Perrine et Clémence à Stockholm sept. 2006 (Avec J.M. Beart Directeur européen « Science et Société »)

Leurs projets nous ont beaucoup plu, c’est pourquoi, nous voulions à notre tour nous investir dans une telle expérience. Le sujet de Perrine et Clémence les a emmenées à Stockholm, Malte, prochainement à Moscou et à Durban (Afrique du Sud)… Grâce aux nombreuses représentations sur le projet des mirages, nous avons pu toutes les quatre observer leurs méthodes de travail et ainsi nous lier à l’expérience des Olympiades de Physique. Or, pendant une soirée entre filles, nous avons regardé l’émission Fort Boyard, notamment l’épreuve basée sur le plantage du clou.

Nous nous y sommes fortement intéressées et c’est de là que nous nous sommes dit qu’il serait passionnant d’étudier la physique mise en jeu pour planter les clous. Comme nous savions que les Olympiades se renouvelaient pour l’année 2006-2007, nous nous y sommes inscrites. Ainsi, notre sujet est né : Vaut-il mieux planter un clou en une fois ou en n fois ? De nombreuses questions cogitaient dans nos têtes à propos de notre projet, à savoir quels sont les enjeux physiques pour planter des clous ? Ou encore, comment modéliser un coup de marteau ? Mais aussi, comment travaille un professionnel qui plante des clous toute la journée, près de 300 jours par an ?

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Des clous ! I) Du clou forgé…

Les clous existent depuis l’Antiquité. Jusqu’au XIXe siècle, les clous étaient forgés à la main. Chaque cloutier était propriétaire d’une petite forge occupant 4, 6 ou 8 ouvriers. La fabrication du clou se faisait à partir d’une verge de fer qu’on chauffait par un bout dans la forge. La pointe du clou était formée sur l’enclume à l’aide d’un marteau. Le clou est ensuite coupé avec le marteau sur un morceau d’acier tranchant. Une fois coupé, on le place par le bout pointu dans la cloyère et on y forme la tête à coups de marteau. Grâce à cette technique, on fabriquait aussi bien des clous à pointe perdue (clou sans tête) utilisés dans l’ébénisterie, ne pesant que 1,2 gramme, que des clous de 37cm de long pour la construction des navires. A cette époque, un cloutier pouvait fabriquer 2500 clous moyens en 2 jours.

II) … Au clou industriel

Au début du XIXe siècle, et se généralisant vers 1830, la fabrication du clou devient mécanique. Jean-François Nappé met au point, sur le modèle d’une machine à coudre, une mécanique capable de forger les pointes de clou à froid : un ensemble de « mordages » ou « mordaches » entraîne et serre le métal permettant la coupe de la pointe et le forgeage de la tête grâce à un marteau entraîné par un système de cames. Grâce à cette invention, Nappé passe à la fabrication en grande série : en effet, en 1847, il peut produire quotidiennement 200kg de clous ou de pointes, soit 10 fois le rendement traditionnel. Exploitant ces expériences, Charles Lévy met au point une machine plus élaborée et restera pour l’histoire l’inventeur de la machine industrielle à fabriquer des clous. La fabrication mécanique n’est pas la seule cause de la disparition de la clouterie à la main. Nombre de clous ne se font plus même mécaniquement car on a cessé de les utiliser. Par exemple, on ne fait plus de clous pour les bateaux car on ne construit plus de bateaux en bois, ni de clous de soufflet, puisque le soufflet de forge est remplacé par un ventilateur, ni de clous de porte, parce qu’on ne garnit plus celles-ci de grosses têtes… avec le travail à la main a disparu aussi ce qu’on pourrait appeler la « personnalité » du clou. Effectivement, lorsque les clous étaient forgés à la main, on reconnaissait d’un simple coup d’œil le cloutier les ayant fabriqués ; alors que la machine exerce, quant à elle, une production standardisée. C’est une des raisons pour lesquelles, pendant longtemps, on a imprimé mécaniquement sur la tête du clou fabriqué à la machine, un poinçon ou lettrage, permettant au nouveau cloutier industriel de faire connaître sa production.

III) Différents modèles de clous modernes Il existe de nombreux modèles différents de clous : leur forme, longueur, diamètre, pointe, tête, et structure… dépendent de leur utilité :

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A) Caractéristiques des clous : Forme de la tête : La forme de la tête est plate pour usages courants, plate large pour revêtements et isolants, tête homme pour menuiserie et parquet (elle s'enfonce sous le niveau du bois, on les "chasse" avec un chasse-clou)...

Forme de la pointe :

La forme de la pointe dépend du matériau dans lequel le clou sera planté. Par exemple, la pointe torsadée a une meilleure résistance à l'arrachement et convient bien aux panneaux d'aggloméré, les « semences » sont utilisées pour la cordonnerie ou la tapisserie, le clou de tapissier... Longueur et diamètre de la pointe :

Ces deux caractéristiques sont liées : plus une pointe est longue, plus son diamètre est important. Par exemple, une pointe de 0,8 mm de diamètre a une longueur de 12 mm et une pointe de 180 mm de longueur n'existe qu'en diamètre 6,5 mm, mais on trouve certaines longueurs en différents diamètres.

Matière du clou :

Un clou peut être fabriqué en acier, acier zingué, acier galvanisé qui résiste à l'oxydation, acier poli, laiton qui est inoxydable et décoratif mais moins résistant que l'acier, acier bleui (trempé) pour matériaux très durs, cuivre pour la décoration...

B) Les clous plus courants en menuiserie sont : - le clou à tête plate ou à tête plate striée pour les travaux courants, - le clou tête homme qui peut être « chassé » dans le bois, - le clou à tête demi-ronde destinée à rester apparente, - le clou à tête conique, de petite taille, pour clouer des épaisseurs minces, - le clou torsadé pour clouer l'aggloméré. Les clous existent en différentes longueurs et leur diamètre augmente avec à la longueur.

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Modélisation du coup de marteau. Un coup de marteau n’est pas une chose aussi simple qu’il n’y paraît, les premières vidéos que nous avons faites nous l’ont montré. Aussi nous avons choisi de simplifier le problème en ne nous intéressant qu’à l’interface marteau/clou dans un premier temps.

I) Le « marteau gravimétrique » Tout d’abord, nous avons modélisé le coup de marteau en laissant tomber d’une hauteur h une masse, m, c’est ce que nous avons appelé le « marteau gravimétrique ».

A) Le principe

Une masse m, lâchée d’une altitude h, et soumise à son poids P, tombe en transformant de l’énergie potentielle de pesanteur en énergie cinétique. On suppose qu’il y a conservation de l’énergie mécanique. Le moteur du marteau étant la gravité, nous l’avons baptisé « marteau gravimétrique ». .

B) Le dispositif de guidage

Après de multiples réflexions, nous avons choisi d’utiliser une masse guidée par un tube vertical transparent pour voir ce qui se passe. Cependant un premier test nous a montré que si le diamètre de la masse percutante est trop voisin du diamètre du tube la chute de la masse est alors ralentie par la compression de l’air : c’est l’effet piston. Pour remédier à ce problème, nous avons percé une série de trous de diamètre 5 mm régulièrement espacés pour permettre à l’air de sortir du tube.

C) Inventaire des forces en présence

• Le poids, P , vertical, vers le bas, en G, de norme P = m.g • La poussée d’Archimède A , verticale en G (car le système est à symétrie centrale) de

norme A = ρ.v.g (elle est négligeable ici) • Les forces de frottement, Ff réparties sur toute la surface latérale, s’opposent au

mouvement. On peut les représenter comme une force unique en G, de norme Ff, verticale vers le haut. Nous l’avons minimisée en lubrifiant la masse.

• Les forces de frottement liées à la résistance de l’air, Fa, réparties principalement sur la face avant, s’opposent au mouvement. On peut la représenter comme une force unique en G, de norme Fa = kvn, elle est liée à la vitesse. Nous l’avons minimisée en perforant le tube, pour éviter l’effet piston.

G

P

Ff

Fa

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Objet percutant

Tube en plexiglass

Trous ∅ 5 mm

Clou cible

Matériau test

Vis ∅6 mm permettant un réglage vertical

du dispositif

Centre d’inertie, G, de l’objet percutant

Hauteur, h, prise en compte pour les calculs

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D) Comment faire varier l’énergie du choc Ensuite, il nous a paru pertinent de faire varier la hauteur h, l’énergie potentielle de pesanteur variant comme Epp = mgh Seulement nous nous sommes aperçues, après réflexion que la longueur de parcours étant différente, il s’ensuit que :

• le travail des forces de frottements éventuels contre la paroi n’est pas le même, • la résistance de l’air qui est en kvn, diffère aussi puisque théoriquement la vitesse

dépend de la hauteur de chute v= 2.g.h. Nous avons donc envisagé de faire varier la dimension de l’objet ; mais les forces de frottement sur la paroi dépendent de la taille de l’objet, donc solution à écarter. Solution autre : faire varier la masse de l’objet en changeant de matière, le problème est que les masses volumiques des matériaux disponibles ne sont pas infiniment nombreuses et varient de manière discrète (non continue)

ρ aluminium = 2600 kg.m-3 ρ zinc = 7150 kg.m-3 ρ acier = 7850 kg.m-3 ρ laiton = 8500 kg.m-3

ρ cuivre = 8900 kg.m-3 ρ or = 19290 kg.m-3

Nous avons donc choisi de chercher comment faire varier la masse d’un objet quasiment à volonté sans changer sa forme extérieure. La solution est d’ utiliser un objet percé en son milieu. Nous avons également choisi de refermer cet objet pour éviter les effets liés au trou. L’épaisseur du bouchon, e, est égale à celle du fond de la pièce, 4 mm est un minimum pour ne pas avoir de déformation à l’impact. Le bouchon est de la même matière que la pièce, contrairement à ce que pourrait laisser penser le schéma.

Bouchon épaisseur, e = 4 mm

e = 4 mm

Trou de diamètre, d

Masse de diamètre, D

Encoche = repère du centre d’inertie, G L = 150 mm

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Nous avons fixé la longueur, L, à 150 mm, au-delà il devient difficile de faire des trous de petit diamètre. Il faut une pièce qui ait une masse raisonnable et facile à fabriquer. Nous avons donc demandé à la section Productique du lycée de nous fabriquer ces pièces. Nous remercions ici les élèves des sections de Productique, ainsi que MM. HEUGUE et DELEAU, leurs professeurs, sans oublier M. CAPELLE, chef des travaux, sans lesquels cela n’aurait pas été possible. Dans le tableau ci-dessous les dimensions et caractéristiques des pièces.

D = 25,00 mm L = 150,00 mm d

en mm m

en g Epp à 0,500 m

en joules Epp à 1,000 m

en joules 22,00 147 0.72 1.44 20,20 217 1.06 2.13 16,80 318 1.56 3.12 15,40 357 1.75 3.50 12,40 419 2.06 4.11 10,30 473 2.32 4.64 6,70 515 2.53 5.05 4,60 542 2.66 5.32 0,00 566 2.78 5.55

Les différentes pièces ont été réalisées dans de l’acier. E) La réalisation du marteau gravimétrique a) La fabrication du tube

Nous avons pu récupérer du tube en matière plastique transparente, au laboratoire de SVT dont le diamètre intérieur est de 26 mm. Après en avoir coupé une longueur de 1,075 m (1 m de hauteur de chute plus une demi-hauteur de marteau), nous avons fait une série de trous tous les 2,5 cm pour éviter l’effet piston. Nous avons alors découvert l’historique de la perceuse. M. BURIDANT a tenu à ce que nous apprenions à nous servir des ancêtres de la perceuse électrique moderne : du vilebrequin, en passant par la chignole, jusqu'à la mini-perceuse électrique sur colonne. Il avait raison. Nous avons appris en effet :

• qu’il faut respecter une certaine vitesse de rotation pour percer un trou d’un diamètre donné, dans un matériau donné,

• qu’il faut poinçonner l’endroit où l’on veut percer, et ne pas seulement le marquer au feutre effaçable !

• que parfois il faut faire un avant trou, • que le foret doit être bien aiguisé, • qu’il faut souvent lubrifier, pour éviter la surchauffe, • qu’il vaut mieux ne pas trop vouloir en faire simultanément.

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Bref, avant de faire un trou, on réfléchit à ce qu’on va faire sinon c’est la catastrophe garantie, l’explosion du tube et tout est à recommencer. « Le bricolage, ça ne s’apprend pas dans les livres, … c’est expérimental ».

b) La fabrication des « marteaux » Elle a été confiée aux élèves de BTS IPM (Industrialisation des Produits Mécaniques), ce qui a été l’occasion pour nous de découvrir toute une partie de notre lycée. En principe, nous n’avons pas le droit d’y passer pour des raisons de sécurité et de travail (imaginez des élèves traversant une salle de classe !). Nous avons découvert du matériel énorme pour faire des pièces au 1/100ème de mm près, mesurées au pied à coulisse numérique. Ce qui nous aurait demandé quelques heures fait au mm près avec des angles presque droits au labo, demande alors 2 semaines !

F) Etalonnage des marteaux gravimétriques.

Il nous a paru indispensable de vérifier que nos marteaux délivrent bien l’énergie prévue. Pour cela nous avons procédé à la mesure de la vitesse des différents marteaux, grâce à un capteur Chronociné® et le logiciel Chronoméca® que la société JEULIN S.A. nous fournit gracieusement. Nous tenons encore à remercier ce partenaire des Olympiades de Physique.

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a) Principe

Le capteur Chrono® déclenche l’acquisition lors du passage du marteau. Le capteur Chronociné® mesure sa vitesse lorsque la partie inférieure passe devant. La valeur s’affiche sur l’ordinateur. La hauteur entre le bas de la position initiale du marteau et le centre du capteur Chronociné® a été fixée à 95,0 cm. La vitesse théorique est donc v = 2.g.h = 2 x 9,81 x 0,950 = 4,32 m.s-1

b) Mesures

Nous avons effectué 10 mesures pour chaque marteau. Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous.

N°du

marteau m

en g Moyenne des vitesses

mesurées en m.s-1 Ecart par rapport

à la valeur théorique en % 1 147 4,29 -0,63 2 217 4,27 -1,05 3 318 4,29 -0,61 4 357 4,26 -1,37 5 419 4,27 -1,16 6 473 4,26 -1,37 7 515 4,27 -1,16 8 542 4,27 -1,07 9 566 4,29 -0,59

Les écarts sont de l’ordre de 1%, c'est-à-dire de l’ordre de grandeur de notre dernier chiffre significatif. Nous pouvons donc considéré que le modèle est valide, la valeur d’énergie prévue par la conservation de l’énergie mécanique sera celle transmise à 1% près.

Marteau gravimétrique

Capteur Chrono®

Capteur Chronociné®

Tube perforé hauteur, h

prise en compte

Console d’acquisition PC

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G) Fabrication de marteaux plus massifs Nous ne sommes jamais parvenues à planter un clou en une seule fois, avec ces marteaux gravimétriques, c’est pourquoi nous avons décidé d’en fabriquer un plus lourd pour la finale nationale. Le problème est que nous ne pouvions pas renoncer aux précautions pour avoir des marteaux de formes identiques. Donc pas question d’avoir un marteau plus long que les autres. Nous avons donc décidé de les alourdir en remplaçant l’acier par du plomb. Ce dernier a une masse volumique de 11 340 kg.m-3 bien supérieure à celle de l’acier (7850 kg.m-3 en moyenne).

Schéma de principe Réalisation : Nous avons fait percer deux barreaux de 25 mm avec des trous de 12 et 22 mm de diamètre.

Mise en place Fusion du plomb Coulage du plomb dans le marteau Les masses des nouveaux marteaux sont de 634 et 719 g, ils développent respectivement à 1m une énergie de 6,22 et 7,05 J.

Bouchon épaisseur, e = 4 mm

e = 4 mm

Trou de diamètre, d, rempli de plomb.

Acier (diamètre 25 mm)

Encoche = repère du centre d’inertie, G L = 150 mm

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Le marteau à ressort

Nous avons également eu l’idée un jour à table en discutant d’une partie de paintball, de construire un marteau dont l’énergie serait fournie par la compression d’un ressort, comme pour propulser une flèche d’un pistolet de nos petits frères. Le marteau à ressort n’est pas notre invention puisqu’une recherche Internet nous a montré qu’il s’agit d’un outil réglementaire pour les tests qualité : résistance aux chocs mécaniques (pour les appareils électriques, etc) telle qu’elle est définie par la norme CEI 60068-1. Il est d’ailleurs utilisé à la cristallerie d’Arques pour mesurer la résistance mécanique des verres. C’est M. BAJART qui nous a donné quelques renseignements, notamment son prix : 3735 €. Un peu trop cher pour nous ! La société qui les fabrique n’a jamais répondu à nos demandes.

A) Le principe

Un ressort subit une compression réglable, puis, lors de sa détente, il communique à une pièce métallique l’énergie potentielle élastique : Epe

Epe = 12

. k . x2

Si le marteau est parfaitement horizontal, le travail des forces de frottement est nul, car le poids est perpendiculaire au déplacement, les forces de frottement sont minimisées en lubrifiant correctement les parties mobiles.

D’autre part, si on s’intéresse à la quantité de mouvement, p, qui est le produit p = m.v, ou m est la masse en mouvement et v la valeur de sa vitesse.

Si l’énergie mécanique est conservée alors Epe = 12

. k . x2 se transforme en Ec = 12

. m . v2

D’où v = km

. x2 = km

. x Alors p = m.v devient p= m . km

. x = k.m. x., la quantité de

mouvement est proportionnelle à la position du piston.

p = k.m. x

B) Notre maquette

Objet percutant

Clou cible

Matériau test

Compression, x, prise en compte pour les calculs. Dispositif de réglages.

Tige filetée permettant la compression du ressort

Ressort

« Goupille gâchette »

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C) Le choix du ressort Il nous fallait un ressort : • qui soit à spires non jointives pour pouvoir travailler en compression. • qui ait une constante de raideur telle qu’on puisse avoir une énergie potentielle

élastique (Epe) de 0,5 J pour une compression de l’ordre de 10 cm (une énergie pas trop grande et des dimensions compatibles avec la maquette).

Epe = 12

k x2

Soit k= 2.Epe

x2

Numériquement k = 2 x 0,50,102 = 1.102 N.m-1

Nous sommes allées à la recherche d’un tel ressort dans le labo, et nous n’en avons trouvé qu’un qui semblait correspondre à ces critères. Nous avons établi sa constante de raideur en élongation et en compression.

1) Etude en élongation Il s’agit là d’un TP classique de 1S (ou de 2nde PCL). Sur un ressort, on suspend des masses marquées et on mesure l’allongement du ressort. La force de rappel, F , exercée par le ressort est exactement opposée au poids, P , de la masse, et telle que F = k . x

Ressort

Masse marquée

Règle graduée

Index

P

F

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où k est la constante de raideur du ressort en N.m-1 et x l’allongement du ressort provoqué par le poids de la masse. Les résultats sont consignés dans le graphe ci-dessous :

F = f(x)

F = 96.729x + 0.00127R2 = 0.9964

01234567

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Allongement du ressort en m

Forc

e de

rapp

el e

xerc

ée

par l

e re

ssor

t en

N

L’équation donnée par Excel© est F = 96,729x + 0,00127 (avec une bonne corrélation, R2 = 0,9964)

2) Etude en compression La, il s’agit d’une étude beaucoup moins classique. Il nous a fallu créer notre « manip » !

Masse marquée

Règle graduée

Rondelle de fixation Index

P

F

Rondelle bloquant le ressort

Ficelle

Tube transparent

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Les forces sont les mêmes (on a lubrifié le ressort pour limiter les frottements). Les résultats sont consignés dans le graphe ci-dessous :

F = f(x)

F = 98.98x + 0.0004R2 = 0.9991

0

2

4

6

8

10

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Variation de longueur du ressort en m

Forc

e de

rap

pel e

xerc

ée

par

le r

esso

rt en

N

F = 98,98x + 0,0004 (toujours avec une bonne corrélation, R2 = 0.9991), on ne trouve pas exactement le même résultat, et faute de temps nous ne pouvons multiplier les mesures.

L’écart relatif est de : ( )98,98 - 96,729

96,729 x 100 = 2,32 % (en choisissant la méthode

classique comme référence ; ce n’est pas parfait mais acceptable).

Pour la suite nous retiendrons la valeur moyenne : ( )98,98 + 96,729

2 = 97,8545

Soit k = 98 N.m-1 si on veut un nombre raisonnable de chiffres significatifs.

D) Construction du marteau à ressort Quelques étapes de la construction du marteau à ressort (version 1).

vissage collage assemblage Ce prototype nous a permis de faire quelques essais mais très vite nous sommes passées à la version 2 avec des pièces en laiton car les points de colle étaient trop fragiles.

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E) Etalonnage du marteau à ressort Il nous a paru indispensable de vérifier que notre marteau délivre bien l’énergie prévue, pour cela nous avons choisi d’étudier son effet lors de la percussion d’une bille d’acier.

a) Principe. On mesure par vidéo l’effet produit par le marteau en terme d’énergie. On mesure le transfert d’énergie potentielle élastique en énergie potentielle acquise par un pendule simple constitué d’une bille de masse, m, voisine de celle du marteau.

L’acquisition vidéo, faite à l’aide d’un caméscope, est ensuite traitée par le logiciel Généris 5+©.

« Marteau à ressort »

Pendule simple

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b) Mesures Après avoir vérifié n fois que l’avancement du piston était proportionnel au nombre de tours fait par la manivelle (0,15 mm par tour), nous avons préféré mesurer la compression du ressort à l’aide d’un pied à coulisse au 1/10ème. Nous avons reporté dans le graphe ci-dessous la comparaison des énergies calculées (avec Epe = ½ . k . x2 (énergie potentielle élastique) avec k = 98 N.m-1) et l’énergie potentielle de pesanteur mesurée avec Généris 5+

Comparaison des énergies

y = 0.9736x + 0.0005R2 = 0.9963

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Energie calculée (en J)

Ener

gie

mes

urée

(en

J)

Nous observons que la valeur mesurée représente environ 97,4 % de la valeur calculée, avec une très forte corrélation. L’écart de 2,6 % sera pris en compte pour les calculs d’énergie reçue par les clous. Cet écart peut être dû à des frottements comme à des erreurs de pointage sur la vidéo (nous avons mesuré parfois des valeurs supérieures à celle calculée !!) .

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III) Le choix du matériau pour planter les clous Il existe des clous qui peuvent se planter dans des matériaux très différents, le bois, les matières plastiques, le béton, mais aussi l’acier très dur M. BURIDANT nous a fait une démonstration de clou Spit® projeté par une cartouche explosive, il traverse sans problème 6 mm d’acier, et sans même être émoussé ; c’est TRÈS dangereux. Nous avons choisi de travailler avec du bois, même si nous savons pour avoir assisté à l’exposé sur la physique du karaté, que le bois est un matériau anisotrope et que pour reprendre l’expression de Guillaume « il y a autant de modèles de planche que d’arbres, de bûcherons, de menuisiers, de marchands de planches… » Nous avons également choisi de faire une étude sur un matériau isotrope du moins à l’échelle macroscopique : les plaques en polyéthylène sous dalle (de béton) offre un bon compromis épaisseur/dureté (le CEA, contacté pour chercher un matériau, nous a dit que c’était un assez bon choix et qu’ils l’utilisaient pour ralentir les neutrons !!)

IV) Le choix du clou Nous l’avons déjà exposé, il y a une multitude de clous pour des usages spécifiques. Lequel choisir ?

• La forme de la tête : nous avons choisi un clou à tête plate pour qu’il y ait un bon contact entre le marteau et le clou. Cela nous a obligées à positionner le clou de manière rigoureusement colinéaire à l’axe de frappe du marteau.

• La longueur du clou : la taille d’un clou varie de quelques millimètres à quelques décimètres, la pointe de 220 mm est couramment utilisée en charpente ; cependant plus le clou est grand, plus il faut d’énergie pour le planter et, inversement, si le clou est très petit, il en faut très peu. Mais un autre paramètre entre en jeu : l’épaisseur du support dans lequel on plante le clou. Plus le clou est grand, plus l’épaisseur du support doit être importante, cela implique une difficulté de manœuvre et surtout un coût plus élevé. Pour planter une pointe de 22O mm, il faut une planche d’au moins 23 cm pour éviter l’éclatement du bois (43,50 €, la poutre de 3 m). Il y a aussi un autre paramètre à prendre en compte : la possibilité pouvoir le plier avec notre système de frappe. Après plusieurs essais avec les différents marteaux du labo, nous avons opté pour une longueur de 4O mm.

• La pointe : une pointe diamant standard évite que le bois ne se fende trop. • La matière : nous avons choisi le fer, en fait de l’acier ordinaire non galvanisé.

Notre choix est donc une pointe tête plate de 40 mm, pointe diamant standard, non galvanisé. Nous avons entendu dire que certaines matières pouvaient être mises sur les clous pour faciliter leur enfoncement, c’est pourquoi nous avons décidé de les passer tous à l’acétone, pour les dégraisser et de ne les manipuler qu’avec des gants en latex ou une pince également dégraissée à l’acétone.

Page 21: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

21

Nos clous sont-ils tous identiques ? Pour cela nous avons mesuré leurs dimensions, la longueur au pied à coulisse et le diamètre au palmer. C’est assez long !

Longueur des clous d'un lot

05

10152025303540

39 39.5 40 40.5 41 41.5 42

Longueurs des clous en mm

Nom

bre

Diamètre des clous d'un échantillon

0

10

20

30

40

50

60

2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2

Diamètre en mm

Nom

bre

Pour les longueurs, les dimensions semblent assez homogènes ; en revanche, pour le diamètre, il apparaît très nettement deux pics ; vu la taille de l’échantillon (plus de 500 clous) ce n’est pas dû au hasard. Nous avons interrogé un fabricant de clous qui nous a expliqué que très probablement le paquet de clous était issu de deux bobines de fils différents et que cet écart était prévu dans les normes. Nous avons décidé de ne travailler qu’avec les clous d’un diamètre de 2,16 mm et d’une longueur de 40,5 mm.

V) Choix du système de mesure d’enfoncement des clous Pour mesurer l’effet des coups de marteaux, il nous a semblé pertinent de mesurer son enfoncement après chaque choc, c'est-à-dire de relever les altitudes des positions de la tête après chaque coup de marteau. Pour cela nous disposions de plusieurs méthodes que nous avions découvert lors des premiers TP de physique en classe de seconde :

Page 22: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

22

• le réglet, double-décimètre dont l’extrémité commence à « 0 », contrairement à ceux qui se trouvent dans nos trousses. Très rapidement nous avons abandonné cette technique, car elle ne s’avérait pas suffisamment précise.

• le pied à coulisse, lui, permet de mesurer très facilement avec une précision au

1/10ème de millimètre pour ceux du laboratoire de physique. Cependant en discutant avec les agents de l’atelier de notre lycée, lors de nos nombreuses visites, nous avons découvert qu’ils avaient des pieds à coulisse au 1/50ème de millimètre. Ils ont accepté de nous en prêter un, en nous rappelant qu’il fallait le rapporter après chaque séance : 4 étages à descendre, 300 m à parcourir puis 4 étages à remonter, un peu d’exercice et le plaisir de discuter quelques instants avec ces spécialistes des problèmes techniques !

• Pour éviter cette « activité sportive » imposée et intense, surtout lorsqu’on y va 4 ou 5 fois dans l’après-midi, nous avons eu l’idée d’utiliser le système de visée vue en seconde.

Schéma de principe (Pour simplifier nous n’avons pas représenté le système marteau)

D’après la hauteur, H, de l’ombre portée qui est proportionnelle à la hauteur, h, du clou, une fois étalonné, on peut connaître assez facilement l’enfoncement du clou. Cependant l’ombre n’étant pas toujours très nette, nous avons renoncé à ce système. La hauteur de l’ombre était mesurée avec un réglet d’une longueur d’un mètre.

• Nous avons ensuite pensé à utiliser notre cours d’optique de terminale, c'est-à-dire

obtenir une image bien nette à l’aide d’une lentille convergente. Le clou étant assez peu lumineux, nous avons choisi d’obtenir son image par contraste en éclairant sa partie arrière pour une forte source de lumière et un dépoli.

h h h H Faisceau de lumière

Source de lumière divergente

(vieux projecteur de diapos)

Clou Planche cible Ombre de la planche cible

Ombre portée du clou

Ecran vu de face

Rayon rasant

Page 23: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

23

La lentille est placée de telle manière que son foyer principal objet soit très

voisin du clou pour obtenir une image lointaine sur le tableau, la lentille utilisée était selon les cas une +10 δ, une + 5 δ ou une +3 δ. Ce système nous permet, de plus, de vérifier la parfaite verticalité du clou. Une fois étalonnée à l’aide d’une cale de dimension connue, nous avons observé une excellente corrélation avec les mesures au pied à coulisse. Nous avons utilisé ce système à chaque fois pour vérifier la parfaite verticalité du clou au départ.

VI) Choix de la position initiale du clou

Nous nous sommes très vite aperçues qu’il fallait une énergie minimale pour que le clou commence à pénétrer le support. À l’heure actuelle, nous n’avons pas

h

Source de lumière puissante

(vieux projecteur de diapos)

Clou Planche cible

Image de la planche cible

Image du clou

H Ecran vu de face

Dépoli Ecran

= tableau

F’

F

Fil à plomb

Page 24: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

24

encore pu déterminer avec une précision suffisante cette énergie. C’est pourquoi, nous avons décidé d’étudier l’évolution de l’avancement du clou à partir d’une même position. Nous avons demandé à la section Productique du lycée de nous fabriquer un cube de 35,00 mm de côté. Ce cube nous permet de positionner le clou de manière verticale et avec un enfoncement de 5,00 mm. C’est arbitraire mais cela nous permet de nous affranchir de l’effet pointe !

Cale de 35,00 mm

Matériaux test

Clou « pré-enfoncé »

Page 25: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

25

Etude expérimentale

I) La physique mise en jeu

À notre très grande surprise, il n’y a quasiment aucune ressource disponible sur internet, tant en français qu’en anglais (« hammer » et « nails » le vocabulaire international n’a plus beaucoup de secret pour nous). Nous avons recherché dans les livres du labo, du CDI, puis de la bibliothèque municipale … rien. Nous avons demandé à tous les professeurs de physique, s’ils avaient quelque chose … rien non plus. Nous avons contacté par mail tous les partenaires des Olympiades de Physique par l’intermédiaire de notre professeur. Nous avons fait un courrier standard que nous lui avons demandé d’expédier au plus grand nombre. En effet nous n’avions jamais de réponse, est-ce à cause de nos adresses électroniques en hotmail.com ou parce que nous sommes de simples lycéennes ? En tout cas, grâce à M. BURIDANT, nous avons eu quelques réponses (15 sur 246 mails envoyés). Nous remercions tous ces grands physiciens qui nous ont accordé un peu de leur temps précieux… pour nous dire qu’en fait ils ne savaient pas grand-chose, que le problème n’avait jamais été étudié à leur connaissance. Personne ne sait tout sur le sujet mais chacun nous a apporté une pierre ou démoli notre édifice précaire. Nous remercions encore une fois ici l’ESPCI, le CEA, le CNRS qui ont accepté d’être nos partenaires. Cela étant dit, il y a un certain nombre de certitudes : Le marteau permet par un effet de levier d’accélérer une masse, la tête du marteau, puis va frapper le clou en lui communiquant de l’énergie et une quantité de mouvement.

II) Planter un clou d’après la physique Le matériau exerce sur le clou (longueur L, diamètre D, module de Young E et de masse volumique ρ) une étreinte caractérisée par la contrainte σM. A cette étreinte correspond « une force FN égale au produit de la contrainte σM (normale à la surface latérale du clou) par la surface latérale enfoncée S » :

Clou

Diamètre, D

Matériau

L-x

x

F

Page 26: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

26

S = périmètre x hauteur (si on néglige la pointe) S = 2.π.R = π.D.x

FN= σM π D x μ désignant le coefficient de frottement entre le clou et le matériau, la résistance à l'enfoncement, donc la force F à appliquer pour enfoncer le clou, est donnée par la loi de frottement de Coulomb :

F = μ FN = μ.σM.π.D.x La force nécessaire à l'enfoncement du clou croît linéairement avec cet enfoncement. Elle passe par un maximum

FMax = μ.σM.π.D.x FMax = μ.σM.π.D.L

Lorsque le clou est entièrement enfoncé. L'énergie WC nécessaire pour enfoncer le clou est donc : WC= ⌡

⌠0

LF.dx

=⌡⌠

0

Lμ.σM.π.x.dx .

= μ.σM.π.⌡⌠0

L x.dx (on sort les constantes de l’intégrale)

= μ.σM.π ⎣⎢⎡

⎦⎥⎤x2

2 0

L (car la primitive de x est x

2

2 )

= μ.σM.π .L2

2 - μ.σM.π 0

2

2

Soit finalement :

WC = μ.σM.π .L2

2 =

1

2.FMax.L

Action du marteau : C'est le poids du marteau qui enfonce le clou. Un marteau de masse m tombant d'une hauteur h transmet au clou une énergie :

WM=mgh Le nombre n de coups de marteau nécessaire à enfoncer complètement le clou est, dans ce modèle simple :

n = WC

WM =

12

.FMax.L

mgh

Page 27: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

27

n=.FMax.L 2mgh

Ceci suppose que le coup porté soit rigoureusement perpendiculaire à la tête du clou. Le raisonnement tenu en statique est admissible (pour être très rigoureux) si la vitesse d'impact v = 2gh reste petite devant la célérité du son, dans le clou (dans l’acier 5000 m.s-1) Un marteau tombant d’une hauteur de 1,00 m a une vitesse de 2 x 9,81 x1,00 = 4,43 m.s-1 La condition est donc vérifiée, ce raisonnement est donc valide avec nos marteaux. D’après ce raisonnement, l’énergie nécessaire pour planter un clou est indépendante de l’énergie de chaque coup de marteau !

III) Mesures effectuées Une fois nos marteaux de laboratoire réalisés, nous avons pu procéder à toute une série de mesures.

A) Dans du bois Les résultats sont consignés dans le graphe suivant. On y a représenté l’enfoncement d’un clou en fonction de l’énergie totale reçue, chaque coup de marteau apporte son énergie qui provoque un enfoncement supplémentaire du clou.

e =f (E)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Energie reçue en J

enfo

ncem

ent

en c

m 1.39 J

2.07 J3.04 J

4.00 J

4,52 J4,92 J

5.18 J

5,41 J

NB : le bois étant un matériau anisotrope, nous a fallu chaque fois du effectuer cinq séries de mesures par type de marteau.

Page 28: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

28

Il apparaît très nettement que plus les coups de marteau sont énergétiques, moins l’enfoncement total du clou nécessite d’énergie. Il faut, au total, 20,3 J avec notre petit marteau (choc à 1,39 J) alors qu’il ne faut que 11,5 J avec notre plus gros marteau (choc à 5,51 J). Il faut 15 coups de marteau dans le premier cas, et seulement 3 dans le second. De même avec notre marteau à ressort nous obtenons le même type de résultats :

e = f(E) bois

00.5

11.5

22.5

33.5

4

0 20 40 60 80

E, Energie reçue en joules

e, e

nfor

cem

ent e

n m

m

0.6 J0.9 J

Ici encore ce sont les chocs les plus violents qui provoquent un enfoncement plus rapide. Il faut un très grand nombre de chocs pour enfoncer complètement le clou, environ une centaine de coups (110 coups à 0,6 J contre 62 à 0,9J). Voilà pourquoi nous n’avons pas multiplié les mesures, trois séries de mesures : c’est un mercredi après midi ! Nous regrettons de ne pas avoir pu, à l’heure actuelle, établir de corrélation entre les types de marteaux, nous l’envisageons pour la finale nationale.

B) Dans des plaques de polyéthylène Pour la plaque de polyéthylène, l’enfoncement est beaucoup plus facile. Nous avons donc été dans l’obligation d’utiliser notre marteau à ressort, qui est très souple d’utilisation. Les résultats sont similaires à ceux qui sont obtenus dans du bois. Mais les énergies sont beaucoup plus faibles.

Page 29: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

29

e = f(E)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Energie reçue en J

enfo

ncem

ent e

n m

m

0.20 J0.10 J

IV) Commentaires

Dans chaque cas, nous avons observé qu’il faut moins d’énergie totale lorsque les coups sont violants. Où est donc passée l’énergie ?? En tout cas, nous n’avons jamais observé de rebonds ! Hypothèse 1 : Pas de rebond du marteau, la collision est parfaitement inélastique, c’est le choc mou dont parlaient Guillaume et François dans leur exposé de la physique du karaté. La vitesse d'enfoncement initiale (et l’énergie cinétique transmise) varient comme :

m1

(m1 + m2) xVimpact. (m1 masse du marteau, m2 masse (du clou et du bois ?))

Quand le marteau s'alourdit, la vitesse de pénétration et l'énergie transmise augmentent. Cependant le morceau de bois étant bridé mécaniquement avec le système marteau/bois/clou, cette hypothèse ne nous séduit guère. Hypothèse 2 : Le modèle est basé sur un coefficient de frottement clou/matériau constant. En fait, lorsque l'on a vaincu le seuil de frottement statique, le coefficient de frottement, lors de l'enfoncement, devient une fonction décroissante de la vitesse d'enfoncement. Nous avons remarqué que pour pousser un carton lourd, une fois franchi une limite (le frottement statique) cela devient plus facile (frottement dynamique) après c’est de l’amusement, cela paraît plus facile quand on va vite. Au lieu de pousser péniblement et lentement un carton, la plupart des gens vont le plus vite possible comme si intuitivement ils connaissaient cette loi ! Au demeurant, si de manière générale on constate une diminution de ce coefficient lorsque la vitesse augmente, ce n'est pas toujours le cas. Les lois d'évolution sont peu prédictibles et de formes variées (différents types de décroissance ont été mis en évidence). Les

Page 30: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

30

professeurs de mécanique du lycée, interrogés à ce sujet, nous ont dit que cela dépend des cas ! Il existe cependant des modèles peu adaptés à cette situation :

• le frottement adhésif métal/métal • l'autre adapté à la matière en grains : effet d'avalanche et angle de talus (angle

d'équilibre et angle d'avalanche). Nous allons essayer de mesurer la variation de ce coefficient de frottement dynamique en fonction de la vitesse pour la finale nationale. C’est pour l’instant celle que nous retenons.

Page 31: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

31

Pourquoi les clous se tordent-ils ? Il y a deux raisons à cela, l’une purement physique, l’autre humaine.

I) Les causes physiques du pliage du clou : le flambage Il est bien connu qu’enfoncer un clou dans un matériau dur est une opération difficile qui se traduit souvent par le fait que le clou plie au lieu de continuer à s’enfoncer. En effet, une tige de longueur, l, soumise à une force de compression F se mettra à flamber (fléchir) au-delà d'une force critique FC dite force critique d'Euler en l'honneur du mathématicien suisse qui a établi l'équation du flambage. L'expression exacte dans le cas d'une tige encastrée à son extrémité inférieure (partie plantée du clou) et libre à son extrémité supérieure (tête du clou) est :

FC = π3

256 . E.D4

l

Où : E est le module de Young du clou (200 GPa) D, son diamètre l sa longueur libre. Dans le cas de notre clou :

FC = π3

256 . E.D4

( L – x )2

Dans le cas du clou, la condition de non-flambage (de non-pliage) est obtenue lorsque la force appliquée : F = μ.σM.π.D.x reste à tout instant inférieure à la force critique du flambage FC Remarque : au fur et à mesure que le clou s'enfonce, la force critique du flambage augmente. Le risque de pliage est donc important au début de l'enfoncement, raison de plus pour limiter cette force en réduisant l'énergie de frappe donc en enfonçant le clou par petits coups de marteau. La condition de non flambage F < FC s'écrit alors :

F = μ.σM.π.D.x < FC = π3

256 . E.D4

( L – x )2

μ.σM.π.D.x < π3

256 . E.D4

( L – x )2

μ.σM.x < π2

256. E.D3

( L – x )2

Clou

Diamètre, D

Matériau

L-x

x

F

Page 32: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

32

x < π2

256.µ . EσM

. D3

( L – x )2

xL < π2

256.µ . EσM

.

D3

( L – x )2

L

xL < π2

256.µ . EσM

. D3

( L – x )2.L

xL < π2

256.µ . EσM

. D3

( L2 – 2.L.x + x2).L

xL < π2

256.µ . EσM

. D3

( L3 – 2.L2.x + x2L)

xL < π2

256.µ . EσM

. D3

L3 ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞1 – 2.x

L+ x

2

L2

xL < π2

256.µ . E

σM . D3

L3 ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞1 – x

L2

xL⎝

⎜⎛

⎠⎟⎞

1 – xL

2< π2

256.µ . EσM

. D3

L3

En posant u = xl , on obtient u(1-u)2 < π2

256.µ . EσM

. D3

L3

u(1-u)2 = (1-u) (1 – 3u)

13

427

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 u 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2 Y

Page 33: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

33

La dérivée s’annule pour u=1 et u = 13

, dans ce cas la fonction prend sa valeur maximale pour

u = 13

soit :

427 < π2

256.µ . EσM

. D3

L3 Le clou ne plie pas, et s’enfonce jusqu’au bout sans flamber !!

Il faut donc que D3

L3 > 427

. 256μπ2 . σM

E

Soit DL > 3 1024 . μ . σM

27 . π2 . E (voici la relation du nous avons pu établir grâce à l’ESPCI)

L’intérêt de ce modèle était de montrer qu'il doit exister une relation entre la longueur et le diamètre du clou, pour qu'il ne se plie pas sous l'action d'une force idéalement perpendiculaire. Donc pour un matériau donné, il est possible de concevoir un clou qui se plantera sans flamber. Une application numérique avec : μ = 0,5 (coefficient de glissement acier/bois variant entre 0,3 et 0,6, les clous étant dégraissés, cela nous semble raisonnable) σM = 40 MPa (la résistance à la compression du bois varie de 30 (bois tendres) à 60 (bois durs) MPa, en fonction de l'espèce). E = 200 GPa (la module de Young de l’acier) nous conduit à : DL

> 3 1024

27 . 0,5

π2 . 40.106

200.109 = 0,07

Pour notre clou nous sommes à 240

soit 0,05, nous sommes à la limite ! Nos approximations

montrent que le flambage est possible. Cependant avec nos marteaux expérimentaux, nous n’avons jamais, à ce jour, plié de clous, alors qu’avec un marteau du commerce, c’est une chose qui nous arrive assez souvent ! Mais, d’après le CEA, ce n’est pas le flambage qui est la cause du tordage des clous mais c’est parce qu’ils ne sont pas tapés dans l’axe ! L’Ecole Polytechnique n’est pas d’accord non plus !

Page 34: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

34

II) L’erreur humaine L’erreur humaine est ici une erreur de frappe : si on frappe le clou de biais et non colinéairement à l’axe, le mouvement du marteau fera plier le clou. A) Le conflit vitesse précision Un jour par hasard, alors que nous travaillions à notre projet de maquette pour planter des clous, Monsieur PIWINSKI est passé voir Monsieur BURIDANT. Celui-ci lui a exposé nos travaux. Notre Proviseur adjoint, avant de prendre un poste de direction, a enseigné l’EPS à l’Université où il préparait des candidats à l’agrégation. Il a été tout de suite très intéressé par notre travail et nous a parlé du conflit vitesse/précision : un mouvement ne peut à la fois être précis et rapide. Il nous donne toute une série d’exemples d’applications dans le sport. Ce conflit est plus connu sous le nom de loi de Fitts. Le lieutenant-colonel Paul M. Fitts, de l’US Air Force, énonça en 1954 : « Soit deux cibles de diamètre D, dont les centres sont séparés par une distance A (amplitude du mouvement), le temps moyen tm d’exécution du mouvement est tel que :

tm = k1 + k2 log2 ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞A

D + 1

k1 et k2 sont deux constantes mesurées expérimentalement.

log2(x) est le logarithme en base 2 ou binaire de x, il est tel que log2(x) = ln(x)ln(2)

De même log10(x) = ln(x)ln(10)

=log (x) plus utilisé par les physiciens.

Donc ln(x) =log (10) . ln(x)

D’où log2(x) = ln(x)ln(2)

= log (10) . ln(x)ln(2)

= K . log (x)

tm = k1 + k2 log2 ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞A

D + 1 peut donc s’écrire tm = k1 + k2.K log

⎝⎜⎛

⎠⎟⎞A

D + 1

Soit tm =k1 + k3 log ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞A

D + 1 ou encore :

tm = a . log ⎝⎜⎜⎛

⎠⎟⎟⎞A

D + 1 + b

Le temps moyen d’exécution est donc une fonction affine de log ⎝⎜⎛

⎠⎟⎞A

D + 1 .

B) Vérification expérimentale de la loi de Fitts Nous avons dessiné sur une feuille des cibles de tailles différentes et compté mentalement le nombre de coups réussis sur une durée de 10 secondes. Bilan : « doigt

Page 35: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

35

explosé » et sur le même essai deux personnes ne trouvaient pas le même nombre : il y avait jusqu’à 10 coups d’écart ! Il fallait donc trouver une méthode plus fiable. Nous avons regardé d’abord les logiciels que nous utilisons habituellement en physique : il n’y a pas de moyen simple de compter des coups. Nous avons tenté une recherche Internet pour trouver le logiciel et l’interface adaptée : nouvel échec. Nerveusement nous nous amusions avec la calculatrice Windows en faisant 1+1 =, puis =,=,=,= cela compte les clics. « C’est un truc comme ça, qu’il nous faut ! ». C’est alors que nous avons eu l’idée d’utiliser la souris en la détournant de son usage initial, après tout, en classe de seconde, en MPI, nous l’avions déjà utilisée pour mesurer une vitesse. En shuntant l’interrupteur du clic gauche de la souris, on sort deux fils, et, dès qu’ils sont en contact et que le curseur est sur « = », cela incrémente le compteur.

Schéma de principe

Remarque : le marteau en cuivre a également été réalisé sur plan par les BTS Productique Le « top départ » est donné en étant au-dessus de l’une des cibles. On déclenche le

chronomètre et le sujet effectue un maximum de mouvement d’une cible à l’autre pendant un temps fixé à 10 s. Dès que le temps imparti est écoulé, on écarte la souris

Vers PC Marteau

Cible 2 Cible 1

Page 36: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

36

de la position « = » est le comptage s’arrête. « Le compteur » donne le nombre de

mouvements n, et une bonne estimation du temps d’exécution est tm =10n

. Certes, il ne

s’agit que d’une bonne estimation puisqu’un mouvement peut avoir été commencé et non comptabilisé. De même, l’arrêt du chronomètre est un facteur humain qu’il faut prendre en considération : pour cela, nous avons toujours affecté la même personne au chronométrage, Lucie.

Nous avons effectué toute une série de mesures en faisant varier l’indice de

difficulté AD

. D’abord sur les quatre membres du groupes, puis les professeurs qui nous

encadrent pour ces Olympiades de Physique, ensuite nos camarades de TS2, enfin tous les élèves des terminales de notre lycée qui passaient par là, soit près de 130 personnes.

Les résultats sont consignés dans le graphe ci-dessous :

Temps d'exécution en fonction de la difficulté

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2indice de difficulté

tem

ps m

oyen

d'e

xécu

tion

(s

fillesgarçonsLinéaire (garçons)Linéaire (filles)

Il apparaît assez nettement que le temps moyen d’exécution varie globalement avec

le log décimal de l’indice de difficulté. D’autre part, nous n’avons pas observé de

Page 37: Savez-vous planter des clous ? Vaut-il mieux planter un clou en une

37

différences entre les filles et les garçons, comme le montrent les courbes de tendance linéaire. Notons également que nous avons 4 séries de points contrairement à ce que montre le graphique, car nous avons 2 fois le même indice de difficulté : des plaques 5x5 à 20 cm, et 10x10 à 40 cm. Les 2 nuages de points sont donc confondus !

C) Effet de l’entrainement

Nous avons ensuite demandé à quelques camarades de bien vouloir s’entraîner pour

améliorer leur score. Prime pour le vainqueur : son nom dans notre rapport. Guillaume pour les garçons et Marjorie pour les filles !

Les résultats sont dans le graphe ci-dessous :

Influence de l'entrainement

00.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.45

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

indice de difficulté

tem

ps m

oyen

d'e

xécu

tion

(s)

aprèsavantLinéaire (avant)Linéaire (après)

L’entraînement augmente bien la vitesse moyenne d’exécution, mais on remarque

également que la pente est plus faible, non seulement l’exécution gagne en vitesse, mais aussi en précision. Le geste précis semble plus facile.

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D) Effet de l’augmentation de la masse de l’objet à déplacer Après ces séries de tests avec une fiche banane pour établir le contact, nous avons enfin reçu notre marteau en cuivre m= 425g. Nous avons alors recommencé nos mesures.

Influence de la masse de l'objet

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Indice de difficulté

Tem

ps m

oyen

d'e

xécu

tion

(s)

fichemarteauLinéaire (fiche)Linéaire (marteau)

Ici encore, l’effet de la masse du marteau est mise en évidence : plus elle est grande et plus le temps moyen d’exécution est grand.

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III) Comment travaille un professionnel ?

Nous sommes allées voir Monsieur Christian GIN, artisan couvreur. Il vient d’avoir 51 ans et exerce cette profession depuis l’âge de 16 ans, soit 35 ans d’une activité où l’on plante des clous à longueur de journée. Que ce soit pour fixer des tuiles, ou pour fixer les chevrons, les liteaux, le feutre sous toiture, … on cloue. Pour lui, la réponse est claire, un clou, ça se plante en une fois si c’est possible c'est-à-dire si la position de frappe le permet. En le filmant, nous nous sommes aperçues que sa façon de frapper les clous était très différente de la nôtre. Lui tient le marteau par l’extrémité du manche et frappe par un mouvement de rotation au niveau du poignet. Ci-dessous une photo d’un de nos camarades ayant une frappe un peu similaire.

Alors que nous, bricoleuses débutantes, nous tenons le marteau par le milieu du manche et faisons des mouvements de l’avant bras !

On retrouve donc là, un des paramètres du conflit vitesse/précision. Un néophyte augmente la longueur du geste, ce qui le rend moins précis. Nous avons fait quelques vidéos de M. GIN dans son atelier, elles ne sont pas très exploitables à cause des contre-jours, des plans non perpendiculaires aux mouvements et de la vitesse d’obturation du caméscope trop petite. Nous envisageons de faire de nouvelles vidéos qui seront exploitables en termes d’énergies pour la finale nationale. Voir un professionnel planter un clou de 100 mm en une fois, c’est particulièrement impressionnant !

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Conclusion De notre étude il ressort qu’il vaut mieux planter un clou en une fois, c’est d’ailleurs ce que font les professionnels capables d’enfoncer une pointe de 100 mm en un seul coup de marteau. Cependant, enfoncer en une seule fois, c’est donner une grande énergie cinétique au marteau donc taper très vite. Or nous avons établi qu’il y avait un conflit entre la vitesse d’exécution et la précision ; il est d’autant plus marqué que la masse de l’objet est importante, mais diminué par l’entrainement. Nous n’avons jamais réussi à plier un clou en le frappant rigoureusement dans l’axe, ce qui montre que le flambage n’est pas la cause principale du pliage du clou mais que celui-ci se tord parce qu’il n’est pas tapé dans l’axe. Ce qui explique qu’un couvreur, par exemple, qui plante des clous à longueur de journée, soit capable de planter un clou, sans le tordre, en une seule fois. Nous ne sommes jamais parvenues à planter en une seule fois un clou avec un marteau classique. Nous manquons cruellement d’entraînement à côté des 30 ans d’expérience de Monsieur GIN. Nous plantons donc un clou avec de nombreux coups peu énergétiques. Dans notre lycée, un autre groupe travaille sur la casse du verre, et a montré que pour casser un verre, il faut une énergie assez importante de l’ordre du joule. C’est pourquoi nous réussissons à planter des clous avec un verre ! Il ne faut donc pas beaucoup d’énergie mais beaucoup d’expérience et de technique ! A ne pas essayer, car cela peut être dangereux !

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Remerciements.

M. Olivier BURIDANT, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. M. Frédéric DUCROCQ, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. Mme Anne-Charlotte ALLOUCHERIE, professeure SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. M. Patrick RYVES, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. M. Philippe LANCEL, professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M Vincent LEDOUX professeur SPCFA, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. HERCOUET, professeur de SVT au lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. Mme Délia CAULI, professeure de français, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. M. Jean-Marc PIWINSKI, proviseur adjoint, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Jean –Pierre CAPPELLE, chef des travaux, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-Mer. M. Hervé HEUGUE, professeur de génie mécanique productique, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. M. Didier DELEAU, professeur de génie mécanique productique, lycée E. BRANLY, Boulogne-sur-mer. M. Patrick GALIOT, professeur SPCFA, CPGE, lycée Mariette, Boulogne sur mer. M. Yves SACQUIN, professeur CEA Saclay (DSM/DAPNIA). M. Bernard CASTAING, ENS Lyon, membre de l’Académie des Sciences section physique. M. Jean-Claude CHARMET, Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes, ESPCI M. Sébastien BALIBAR, Laboratoire de Physique Statistique de l'ENS Ulm M. Wilfried BLANC, Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Université de Nice-Sophia

Antipolis. M. Yves GUIARD, Directeur de recherche CNRS, CNRS & Université de la Méditerranée. M. Claude STOLZ, Laboratoire de mécanique des solides, Ecole Polytechnique. Jean-Michel COURTY, Professeur, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6. M. Jean-Claude MIALOCQ, Président du Comité d'Exposition de la SFP. M. Christian GIN, Artisan Couvreur Mme Jacqueline LECLERE CNRS. M. Christian BAJART, R & D, Arc International. M. Dominique BERTOLA, CERN Genève Perrine, Clémence, Gilles, Maxime, François, Guillaume, Marion, Claire, Olympiades 2005 et 2006. MM Philippe PENEL, Bruno HERMAND, et Mmes Betty HENGUELLE, Véronique PRUVOT, Alexandra

HOLLANDER et Sylvie DELETOILLE, personnels de laboratoire (pour leur patience). MM. François VENEL, Eric BRÉVIER, Jean-Luc DAVID, Alain ROCHES personnels du magasin de

l’atelier du lycée, pour leur précieux conseil. A tous les personnels du lycée qui ont fait ce qu’ils pouvaient pour nous aider dans notre travail, La section BTS productique qui nous a usiné des pièces sur mesures. Aurélien HONVAULT, TS1 IPM (industrialisation des produits mécaniques) Geoffrey LORGNIER TS1 IPM (industrialisation des produits mécaniques) Yohann SCAVENNEC, TS1 IPM (industrialisation des produits mécaniques) Nos camarades des terminales qui ont participé aux tests pour le conflit vitesse /précision. Nos camarades de la terminale S2 pour leur soutien, A nos parents pour le travail de relecture et leur patience.

Merci aussi à tous ceux qui nous ont aidées et que nous avons oubliés de citer. Merci à tous ceux qui ont eu la patience de nous écouter.

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Bibliographie papier

1) Coups de marteau, J.M COURTY, Z. KIERLIK, Pour la science - N° 299 - Septembre 2002, p. 106-107

2) Blocages parfaits, .M COURTY, Z. KIERLIK, Pour la science - N° 305 - Mars 2003,

p. 106-107

3) Guide des sciences et technologies industrielles, J. L FANCHON, Edition Nathan, 2005

4) Formulaire technique, K. GIECK, Ed. VERLARG, 1986

5) Guide du technicien en productique, A. CHEVALIER, J. BOHAN, Edition Hachette,

2003.

6) Travaux pratiques de physique chimie, de la seconde à la terminale ; O. BURIDANT, F. DUCROCQ, G. GOMEZ, M. MARGARIT, A. MARGARIT ; J.L. MAURIN, G. NAGLIK, F. PLET, P. RYVES ; Edition Bordas, 2003

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Webographie : Loi de Fitts : http://perso.orange.fr/aubert.cyril/Fitts.html http://www.tsi.enst.fr/~cfaure/Humain/Hum9.html http://en.wikipedia.org/wiki/Fitts'_law loi de Fitts complet en anglais http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Fitts Biographie de Paul Fitts http://www.ec-nantes.fr/servlet/com.univ.utils.LectureFichierJoint?CODE=1148715329206&LANGUE=0 Thèse sur flambement. http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Editions/Files/p_T3.pdf Force critique d’Euler. http://catalogue.polytechnique.fr/cours.php?id=2544&type=site Catalogue de polytechnique. http://www.lms.polytechnique.fr/users/letallec/cours05.pdf Cours de polytechnique. http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Coulomb_(m%C3%A9canique) Loi de frottement de Coulomb.

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Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Marjorie)

J’ai découvert les Olympiades de Physique en classe de seconde avec une équipe qui présentait un sujet portant sur la Physique du karaté : « Pourquoi le petit Bruce Lee est-il plus fort que le grand John Wayne ? » Grâce à notre professeur de physique qui encadrait ce groupe, nous avons pu découvrir leur projet en assistant à leur exposé afin qu’il soit préparé à passer devant des personnes qu’ils ne connaissaient pas. J’ai trouvé leur travail très intéressant et l’année suivante, en classe de première, un autre groupe dont le sujet était « Un mirage + un mirage = une belle image » de la physique se présentait aux Olympiades. J’ai également assisté à leur exposé que j’ai trouvé fort enrichissant.

L’idée du sujet nous est venue lors d’une soirée où nous étions toutes les quatre et nous sommes tombées sur l’émission Fort Boyard au moment où le candidat doit affronter un maître des jeux au plantage de clous. Le but étant d’enfoncer le clou le premier. Avec Pauline, nous avons commencé à faire des pronostics sur qui, du maître des jeux ou du candidat, allait gagner. Nous avons remarqué que les deux personnes tapaient sur les clous de différentes façons ; quelquefois ils tapaient plus fort et quelquefois ils tapaient plus doucement. Nous nous sommes alors demandées pourquoi ils ne tapaient pas de la même force à chaque fois et nous n’avons pas trouvé de réponse alors nous avons demandé à notre professeur qui nous a dit que cela pourrait être un sujet intéressant à présenter aux Olympiades de Physique. Du coup, nous nous sommes inscrites aux Olympiades avec comme sujet : « Vaut-il mieux planter un clou en n petits coups ou en un grand coup ? ».

Au fur et à mesure que les jours passaient, nous avions l’impression que notre projet n’avançait pas énormément mais en réalité, nous avions quand même fait beaucoup de choses. Pour effectuer certaines maquettes dont nous avions besoin pour par exemple étudier le conflit vitesse – précision ou encore pour simplement faire des mesures afin que la force exercée sur le clou soit toujours la même, nous avions besoin de matériel ainsi que de fabriquer nos pièces sur mesure. De ce fait nous avons demandé à l’atelier du lycée s’il pouvait nous fournir les matériaux dont nous avions besoin et nous avons demandé à la classe de BTS IPM (Industrialisation des Produits Mécaniques) s’il pouvait nous fabriquer les pièces nécessaires. Grâce à eux, nous avons pu faire nos maquettes. Nous avons envoyé plusieurs e-mails à différentes personnes mais nous n’avons pas eu de réponses tout de suite. Plus tard, notre professeur a envoyé des demandes d’aide à plusieurs instituts et nous avons eu des réponses ; ce qui nous a permis de confirmer ce que nous pensions.

Personnellement, je trouve que participer aux Olympiades de Physique est très enrichissant. En effet, nous apprenons beaucoup de choses très intéressantes que nous n’aurions pas forcément apprises lors d’un cours de physique normal. De plus, le fait de participer aux Olympiades de Physique nous a permis de découvrir les autres sections que proposent notre lycée ainsi que beaucoup de personnes qui y travaillent et que nous ne côtoierions pas dans le cadre des cours normaux. Pour terminer, les Olympiades de Physique ont été une expérience très agréable car l’on apprend énormément de choses en s’amusant, en recherchant par nous-mêmes et surtout, nous travaillons avec des personnes que nous apprécions ; ce qui nous permet de resserrer

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nos liens, de travailler dans une bonne ambiance et de nous soutenir mutuellement lorsque l’un d’entre nous commençait à se décourager en ayant l’impression que le projet n’avançait pas.

Si je devais résumer mon expérience des Olympiades de Physique en quelques mots, ce serait : une expérience formidable et très enrichissante que je conseillerais à tout le monde !

Le mercredi 13 décembre 2006 a été un jour particulièrement important pour nous. En effet nous avons été à Reims pour participer à la première sélection des Olympiades de Physiques. Nous nous sommes donc bien préparées pour cette journée. Nous avons donc répété plusieurs fois notre sujet afin d’être au point pour ce jour. Nous voilà donc le jour J, ce fameux jour tant attendu ! Rendez-vous 8h au labo du lycée pour les dernières vérifications du matériel ; après l’installation dans le bus qui pris un certain temps, nous sommes enfin parties !!Dans le bus le stress commença à monter un peu. Nous sommes arrivées au lycée Roosevelt de Reims et le stress monta encore d’un cran. Nous avons transporté tout le matériel dans une salle puis nous avons été mangé. Ensuite nous avons monté nos expériences. Comme l’agencement de la salle n’était pas la même que la salle où l’on répétait dans notre lycée, nous avons mis quelques temps à décider où nous allions mettre les différentes expériences pour permettre au jury de toutes les voir sans pour autant cacher le diaporama ou nous cacher nous-même. Après plusieurs changements de place et le stress qui montait encore car nous n’arrivions pas à les placer, nous y sommes enfin parvenues grâce à l’aide de notre professeur. Ensuite, il nous restait encore un peu de temps avant que le jury n’arrive et nous en avons profité pour répéter une dernière fois. Plus je voyais l’heure avançait et plus le stress montait !!! Le jury est arrivé et là le stress était à son maximum ! Nous avons donc commencé l’exposé et au fur et à mesure la pression baissait. Nous étions contentes de nous car nous avions réussi à gérer notre stress face au jury. A l’annonce des groupes qualifiés pour Paris, le stress remonta ; nous espérions être qualifiées. Un des membre du jury annonça les groupes qualifiés, plus nous entendions les autres groupes qui étaient retenus, et plus nous étions anxieuses. 4 groupes sur 5 avaient déjà été pris; il n’en restait plus qu’un … nous !!! Après cette journée riche en émotions, nous sommes reparties. Dans le bus, c’était la fête ! La joie était au rendez-vous vu que les 3 groupes de notre lycée étaient qualifiés pour Paris.

Marjorie ANDRIEUX Terminale S2,

Spécialité physique chimie 17 ans

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Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Laurie)

J'ai connu les Olympiades de physique en classe de seconde avec le sujet sur « la physique du karaté » et en classe de première avec « 1 mirage + 1mirage = 1 belle image ». À première vue, cela avait l'air très intéressant .C'est lors d'une soirée entre filles, en regardant l'émission Fort Boyard, que l'idée de notre sujet nous est venue. En effet, le jeu consistait à enfoncer un clou et c'est le premier, entre le joueur et le maître des jeux, qui enfonce le clou entièrement qui gagne ! Ainsi, nous nous sommes inscrites aux Olympiades de Physique. Après avoir longuement réfléchi sur le sujet, nous nous sommes demandées : « vaut-il mieux planter un clou en 1 fois ou en n fois ? »

Les premiers jours furent difficiles. Effectivement, nous ne savions pas par quoi commencer mais petit à petit, avec l'aide de notre professeur, M. Buridant, le sujet avança tout doucement ! Mais, on a tout de même l'impression au fur et à mesure des semaines que le sujet n'avance pas beaucoup, alors que c'est tout le contraire ! Malgré certains échecs parfois, nous n'avons jamais baissé les bras !

Les Olympiades m'ont apporté beaucoup de choses. C'est une expérience très positive ! D'une part, même si cela nous prend tous les mercredis après-midi et tout notre temps libre, les olympiades sont une expérience à ne pas rater, et que je conseillerais à tout le monde de faire. Cela enrichit notre culture générale, notre esprit ! Il se crée un lien avec les professeurs qui est plaisant. C'est aussi une expérience où des liens avec d'autres personnes se nouent ! De plus, j'aime la physique, je trouve ça fascinant. Les Olympiades sont plus qu'une expérience, une aventure avant tout ! D'autre part, beaucoup d'élèves pensent que les Olympiades sont une corvée car le programme de terminale est déjà bien chargé et que nous travaillions sur notre temps libre. Mais moi je dirais que c'est une belle aventure, qui nous apprend beaucoup de choses comme par exemple, à bricoler comme scier, planter un clou … car, pour des filles, cela semble quand même assez complexe à la base et le bricolage est, à première vue majoritairement réservé aux hommes ! Mais cela sert souvent dans la vie quotidienne lorsqu'il n'y a pas d'homme à la maison ! De ce fait, les Olympiades peuvent apporter un plus pour nous.

Le 13 Décembre 2006, nous sommes allées à la finale interacadémique de Reims. Nous sommes parties le matin pour une journée qui s’annonçait longue et stressante. Une fois arrivés à Reims le midi, nous avons installé le matériel dans une salle puis nous sommes allées manger. Cependant, l’une d’entre nous est tombée malade et le stress était alors à son comble. Ensuite, nous avons regagné notre salle pour répéter une dernière fois avant l’arrivée du jury. Même si nous avons appréhendé ce moment, tout s’est très bien déroulé. Nous avons été très enthousiasmées par leurs commentaires favorables à la poursuite de notre projet. Ainsi, après délibération du jury,nous avons pu connaître les résultats et à notre plus grande satisfaction, notre groupe et les deux autres groupes de notre lycée furent sélectionnés pour la grande finale qui se déroulera le 2 et 3 février prochain à Paris. Après cette immense joie, il était l’heure de repartir. Dans le bus, ce fut la fête jusqu’à

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Boulogne sur Mer (chansons, rires…). Voilà une journée que l’on n’oubliera pas, riche en émotion, joie, bonheur et c’est à notre plus grand plaisir que l’on essaiera de faire mieux à Paris car cela arrive à grand pas et la pression nous envahit de jour en jour.

Laurie HAVART, Terminale S2,

Spécialité physique chimie. 17 ans.

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Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Pauline) J'ai connu les Olympiades de Physique en classe de 1ère avec la présentation de "un mirage + un mirage = une belle image (de la physique)" par Perrine Cagneaux et Clémence Bernardy. Leur projet était très intéressant et l'expérience des Olympiades me semblait être sympathique et enrichissante. C'est pour cela que je n'ai pas hésité à m'inscrire lorsque l'on nous l'a proposé en terminale. Lors d’une soirée à quatre, en regardant Fort Boyard, l’épreuve du clou entre un candidat et un maître du jeu a capté toute notre attention. Le gagnant est celui qui enfonce en premier le clou. Nous nous sommes alors demandées ce qu’il y a de physique dans le plantage du clou. C’est ainsi que l’on s’est dit que ce serait peut-être un sujet pertinent et original pour les Olympiades. Nous avions donc la problématique de notre futur projet : Vaut-il mieux planter un clou en une fois ou en n fois ? De là, l'expérience commença véritablement. Les premiers temps, nous cherchions des informations théoriques sur le clou: son histoire, sa fabrication, etc. Et tout ce qui était en rapport avec les clous: les types de marteau, les matériaux dans lesquels un clou peut être planté, etc ... Cependant, que ce soit dans les livres ou sur Internet par exemple, nous n'avons trouvé que quelques renseignements sur le clou, à croire que cet ustensile de bricolage utilisé fréquemment depuis toujours reste finalement un mystère... Nous nous sommes donc penchées tout de suite sur la physique du clou. Comment faut-il taper sur le clou, quel matériau choisir, pourquoi le clou plie-t-il?... des tas de questions se posèrent rapidement, surtout pour quatre filles, non expertes du bricolage! Nous avons par conséquent proposé des hypothèses, expérimenté, inventé quelques maquettes. Tout n’était pas simple, il y a eu des échecs, quelques difficultés à surmonter, des moments de doute et de découragement... le soutien de chacune d’entre nous s’est avéré indispensable. L'aide de nos professeurs nous a bien sûr été très utile, notamment celle de M. Buridant, notre professeur de Physique-Chimie. Pour ce projet, nous avons passé nos mercredis après-midi au lycée, les heures où nous n'avions pas cours étaient consacrées aux Olympiades, ce qui fait pas mal de travail et surtout beaucoup de temps. Mais une très bonne entente toujours présente, dans le groupe, avec les professeurs, et avec les autres groupes participant aux Olympiades, fait que l'on s'amusait tout en s'instruisant, et le travail n'apparaît donc pas comme un devoir de plus, mais une aventure amusante que l'on ne regrette pas. Les Olympiades de Physique ont été une splendide expérience pour moi. D'abord au niveau du groupe, je m'entendais déjà très bien avec mes trois autres amies, mais le fait de travailler dans un esprit de groupe, de surmonter les difficultés ensemble, et d'apprendre en s'amusant, nous a encore plus rapprochées. De plus, cette expérience m'a

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apporté énormément de choses, non seulement des connaissances sur le clou, mais aussi sur la physique en général. Chercher par soi-même, découvrir et inventer représente les buts que je me suis fixée pendant ce projet, et qui maintenant me sont plus familiers. Les Olympiades, c'est également savoir se débrouiller seul; faire le tour du lycée pour trouver une pièce utile aux maquettes; être en contact avec le personnel et les élèves des ateliers du lycée que l'on ne croise habituellement très rarement; c'est aussi être plus proche des professeurs qui nous soutiennent; et rencontrer de nouvelles personnes, comme des physiciens à qui nous avons demandé de l'aide. Le 13 décembre 2006, nous avons présenté notre exposé à Reims pour la finale inter académique des Olympiades de Physique. Ce fut une journée pleine d’émotions. En effet, le matin nous sommes parties en bus avec une barre au ventre par le stress. Une fois à Reims, nous avons installé tout le matériel et répété une dernière fois notre oral après avoir mangé rapidement. Nous angoissions beaucoup à l’idée de passer devant le jury, mais finalement tout s’est déroulé à merveille. Nous étions fières de nous et encore plus lorsque nous avons appris les résultats environ une demi-heure plus tard. Nous étions qualifiées pour la finale à Paris, ainsi que les deux autres groupes de notre lycée. Vous imaginez alors la joie et l’ambiance qu’il y a pu avoir au retour dans le bus. Cette journée restera je pense inoubliable ! La prochaine étape est donc la finale à Paris. Nous nous préparons ainsi pour être au meilleur de nos exigences, et nous espérons autant de réussite qu’à Reims… Si je devais dire un mot sur les Olympiades de Physique pour symboliser ce que l'on vit, ce serait: essayez...

Pauline LÉTENDART Terminale S2,

Spécialité physique chimie 17 ans.

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Ce que m’ont apporté les Olympiades de Physique (Lucie)

En début d'année 2004, M. Ryves professeur de Physique Chimie est venu parler aux élèves de seconde des olympiades de Chimie. Malheureusement, je n'ai pu participer à cette aventure. Mais en début de première, Perrine et Clémence sont venues présenter leur projet sur les mirages.

Un samedi lors d'une soirée télé, nous sommes tombées sur l'émission Fort Boyard.

Je suis sûre que le principe du défi, entre le maître du jeu et l’invité, sur le plantage du clou vous est parvenu à l’oreille. Et bien notre histoire de clou a commencé grâce à cette émission. Nous nous sommes prises au jeu de savoir qui des deux joueurs allaient planter le clou le premier. Nous nous sommes mises à la place du joueur en se demandant comment nous pourrions mettre toutes les chances de notre côté pour remporter l’épreuve.

À la rentrée 2006, lorsque notre professeur nous a reparlé des Olympiades nous nous sommes toutes regardées en pensant la même chose : l’épreuve du clou. Bien évidemment, nous sommes allées voir M. Buridant en lui exposant notre idée et notre envie d’approfondir notre sujet. De plus en y repensant le sujet est plutôt unique en son genre surtout avec une équipe de quatre filles.

Enthousiastes au début, nous nous sommes vite rendu compte de la somme de travail que nous devions fournir. Il est vrai que le sujet simple au premier coup d'œil s'est avéré plus compliqué que prévu. De plus les demandes et les démarches que nous avons effectuées n’ont pas abouti tout de suite. Même aujourd’hui, notre projet n’est pas fini et beaucoup de choses sont encore à découvrir. Cette expérience nous a appris à persévérer et à être patiente (rester plus de quatre heures dans une salle à entendre le bruit du marteau contre les plaques de la maquette du conflit vitesse précision vous donne une envie de hurler et un sacré mal de crâne).. ET je n’aurais jamais imaginé pouvoir dire autant de choses sur le clou.

Une expérience telle que celle-ci m'a permis de prendre conscience que tout ce qui nous servait dans la vie de tous les jours avait un rapport avec la physique.

Sur un plan plus personnel, les Olympiades m'auront apporté une nouvelle vision du lycée. J'ai pu y découvrir le personnel, ceux qui travaillent dans l'ombre. J'ai pu comprendre que le lycée ne se limitait pas au simple bâtiment du lycée général mais qu'il comprenait aussi les bâtiments du lycée technique : les ateliers, les salles de classes spécialisées, mais aussi les machines. La première fois que j'ai vu cette allée de machines toutes différentes en taille et en fonction, j'ai été surprise. Je dois souligner l'adresse des élèves du lycée technique qui nous ont aidées à construire nos maquettes, leur habileté à créer des pièces au centième de millimètre près m'a laissé coite.

Le travail que nous avons effectué nous a aussi rapproché des professeurs de physique chimie, mais aussi de ceux des autres matières et des préparateurs de laboratoire. Elle nous a aussi permis de nous rapprocher toutes les quatre, c'est une expérience humaine. Cette aventure m'a permis de découvrir une autre facette de la physique que je ne connaissais pas, et que je n'aurais sans doute jamais découverte sans

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elle. Si je devais résumer cette fabuleuse histoire qui marquera une partie de ma vie, je dirai aventure à tout point de vue et découvertes …..

Le mercredi 13 décembre a été une longue journée, mais elle a surtout était très spéciale pour nous: jour de la finale Inter académique des Olympiades de Physique. Il était d’autant plus spécial qu’il est tombé le jour de la Ste Lucie : ma fête. On a alors vu cela comme un signe de chance.

Pour préparer ce jour si important, les heures de travail en plus des cours se sont accumulées, mais nous avons tenu bon malgré une baisse de confiance.

Le jour J, après une séance de chargement, le bus est devenu calme, révisions obligent. Nous sommes arrivé au lycée Roosevelt pour manger, mais l’appétit n’était pas là : l’heure approchait et nous n’avions pas encore installé le matériel. Le stress est alors réellement apparu, maux de ventre impossibilité de se concentrer, sursaut à chaque pas ou bruit.

Et puis l’heure fatale est arrivée, le jury est entré dans la salle. À ce moment-là, on se dit qu’on n’y arrivera jamais, mais heureusement pour affronter ça on est quatre. À la fin de l’exposer, on nous demande de sortir de la salle, et au moment où la porte se referme derrière nous, on explose enfin. Je pense qu’à cet instant nous nous sommes rendu compte de ce que nous avions abattu comme travail.

Le matériel chargé dans le bus une étape des plus importante de cette journée pas comme les autres : les résultats. Le stress est alors remonté d’un coup, les noms des projets se sont succédés sans que le notre ne soit mentionné et puis miracle le dernier fut le notre. La pression est alors retombée, c’était magique.

Le retour à Boulogne a été énergique et joyeux, nous nous sommes tous mis à chanter, à aucun moment le son n’a baissé car les trois groupes de Branly étaient qualifiés. Le débarquement à alors eu lieu dans une ambiance de rigolade, tout en restant assez calme pour ne pas réveiller le lycée. Le soir, je me suis alors dit en me remémorant cette superbe journée que j’étais heureuse d’y avoir participé et encore plus de pouvoir la continué avec les filles. Rendez-vous était pris pour Paris…

Lucie QUÉVAL Terminale S2,

Spécialité physique chimie 17 ans