les différents materiaux constituant du ski
Le ski n'a pas cessé d'évoluer au cours de ces dernières années. On peut notamment le remarquer à son esthétique, principal acteur de ces constantes évolutions. Le ski est loin d'être une simple planche de bois qui se laisse glisser sur la neige mais, au contraire, sa structure est étudiée dans les moindres détails pour offrir à son utilisateur les sensations qu'il désire.
des skis modernes
Les contraintes imposées aux skis sont importantes et variées, les différentes parties du ski n’étant pas soumises aux mêmes sollicitations, il est naturel qu’un ski soit aujourd’hui constitué d’une dizaine de matériaux rassemblant des propriétés mécaniques différentes. Sa structure aussi bien interne qu'externe est donc devenue très complexe et aujourd'hui un ski est un assemblage de multiples éléments assemblés selon des techniques bien précises. Autrefois, tout était beaucoup plus simple, il n’y avait que du bois. En effet, grâce à sa structure fibreuse unidirectionnelle, le bois est le matériau le mieux adapté aux efforts de flexion. Cependant, sa résistance et son élasticité laissent à désirer. Le matériau idéal pour la fabrication d’un ski devrait présenter à la fois une raideur suffisante (flexion, torsion), une masse spécifique (plutôt faible), et un seuil de déformation élevé (élasticité).
De nos jours, on utilise essentiellement des stratifiés de fibre de verre et un alliage d’aluminium, le zicral. Mais qu’il s’agisse de skis métalliques ou de skis en fibre de verre, ces matériaux ont des masses spécifiques trop élevées pour être utilisés seuls. Ainsi, on doit disposer ces différents matériaux en lames minces de part et d’autre d’un noyau en matériau plus léger dont on ajuste l’épaisseur pour obtenir la raideur requise. On est ainsi conduit à réaliser une structure dite « sandwich », où l’essentiel des contraintes d’allongement et de compression est supporté par les lames externes, et les efforts de cisaillement par le noyau interne. Dans certains types de construction, on prévoit des cloisons entre les lames extérieures qui renforcent ou remplacent le noyau : on parle alors de structure en caisson.
Les différents éléments constituants un ski
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le noyau
Le noyau est l’élément de base du ski, il occupe une fraction importante du volume total, et c’est autour de lui que sont ensuite assemblés les autres composants. Ainsi, l’une des principales propriétés d’un bon noyau est une très bonne résistance, et de plus, le noyau doit toujours être constitué d’une seule pièce. Les premiers skis modernes possédaient un noyau en hêtre, car ce bois a une structure très fibreuse qui équilibre les efforts de compression et de cisaillement. Mais maintenant, pour limiter la masse du noyau, et donc celle des skis, on utilise des bois de faible densité comme par exemple l’okoumé, ou des plastiques expansés, notamment la mousse de polyuréthane utilisée pour sa faible viscosité qui facilite le moulage du noyau et pour sa légèreté et sa résistance notamment à l’humidité. Le noyau en bois reste cependant le plus privilégié puisqu’il permet de donner au ski l’élasticité nécessaire, et à l’inverse des matériaux synthétiques, le bois garde en grande partie ses propriétés techniques même sous l'influence de changements de température importants. Tout cela fait qu’aujourd’hui, 50% des skis ont un noyau en bois.
- Les matériaux de renforts
Au-dessus et en dessous du noyau, on trouve des matériaux de renforts, sous la forme de lames. Ces lames sont constituées de matériaux très résistants, souvent du zicral, un alliage de zinc et d’aluminium, puisque les matériaux de renfort contribuent à améliorer la rigidité, la dureté et les caractéristiques mécaniques du ski. En effet, souvent c’est sur les lames externes qu’est reporté l’essentiel des efforts.
- Les chants
Les chants du ski sont situés sur les parties latérales du ski, de part et d’autre du noyau. Ils permettent ainsi de solidariser les différents éléments entrant dans la composition du ski, et de protéger le noyau.
- Les carres
Le ski ne tiendra sur la glace que dans la mesure où, sous la poussée du skieur, la carre parviendra à mordre. Pour cela, il faut évidemment que la carre soit bien affûtée mais surtout que le ski soit assez souple au patin pour développer une pression fortement concentrée. Ainsi, le premier rôle des carres est de tenir sur la neige et surtout la glace lors des virages. Elles sont constituées d’acier, et sont ainsi très dures pour pouvoir résister à l’abrasion, c’est en effet un élément qui est particulièrement agressé par le contact avec la neige ou la glace.
- La semelle
Le revêtement inférieur, la semelle, a un double rôle de glissement et de résistance à l’abrasion de la neige et de la glace. C’est en effet surtout sur cet élément que repose la qualité de la glisse et nous verrons d’ailleurs plus précisément les différents paramètres de la semelle qui permettent la glisse du ski. Cette semelle est en polyéthylène, un matériau particulièrement hydrophobe, c’est à dire qui « n’aime » pas l’eau.
Ainsi, la structure interne du ski est assez complexe, et, pour assembler ces matériaux très différents, on a recourt le plus souvent à des techniques de collage et de moulage. On parle de structure en sandwich, en raison de l’empilement des différents composants dans le moule, composants dont la cohésion est assurée par l’utilisation de matériaux de liaison, souvent des résines. On distingue notamment trois techniques d’assemblage : l’assemblage par collage, dans le cas où tous les éléments sont à l’état solide, l’assemblage par moulage, qui concerne les skis à armature de fibre de verre, où l’on met les éléments dans le moule avec une résine de stratification, et enfin, le procédé in-situ où l’on moule le noyau à l’intérieur du ski.
Il est également important de prendre en compte la structure externe du ski pour comprendre les mécanismes de glisse. La forme du ski alpin a été étudiée pour répondre à certaines exigences. Le ski doit être utilisable sur tous les types de neige et répondre aux sollicitations exercées par le skieur et le terrain. Il doit par exemple être souple mais indéformable c’est à dire qu’il doit être capable de toujours reprendre sa forme initiale. Ce n’est donc pas un hasard s’il a l’allure d’une lame de ressort. Epais de 15 à 20 mm dans sa partie centrale (le patin), il s’amincit à 5-8 mm aux extrémités. Il se prolonge à l’avant par une partie recourbée (la spatule), géométrie également présente à l’arrière avec le talon mais beaucoup moins accentuée. La spatule est courbée, ce qui permet au skieur de ne pas s’enfoncer dans la neige, ce qui permet également de diminuer la résistance de celle-ci en diminuant les frottements ; la semelle étant surélevée, le damage se fait progressivement, et ainsi cette courbure est particulièrement utile dans la poudreuse. Vu de dessous, on distingue la concavité des lignes de côtes, concavité qui existe depuis les jeux olympiques d’Albertville en 1992, lorsqu’un skieur de descente utilise des skis creusés qui lui permettent d’effectuer des virages coupés plus aisément. Cette innovation est à l’origine des skis paraboliques, c’est ce que l’on appelle les carres creusées. Ces carres creusées agissent comme les roues d’une voiture. Etant courbes, en s’enfonçant dans la neige lorsque le skieur s’incline pour tourner, elles vont diriger le skieur en suivant l’arc de cercle décrit par la forme du ski.