Un material compuesto es un conjunto de al menos dos componentes inmiscibles (pero que tienen una alta capacidad de penetración) cuyas propiedades se complementan entre sí. El nuevo material así formado, heterogéneo, tiene propiedades que los componentes por sí solos no tienen.
Este fenómeno, que permite mejorar la calidad del material ante un determinado uso (ligereza, rigidez a un esfuerzo, etc. ) explica el creciente uso de materiales compuestos en diversos sectores industriales. Sin embargo, la descripción detallada de los composites sigue siendo compleja desde un punto de vista mecánico debido a la falta de homogeneidad del material.
Un material compuesto se compone de la siguiente manera: matriz + refuerzo + opcionalmente: relleno y / o aditivo . Ejemplos: hormigón armado = compuesto concreto + armadura en acero , de material compuesto o fibra de vidrio + resina de poliéster .
El refuerzo es el marco que absorbe la mayor parte de las fuerzas mecánicas. Los refuerzos se pueden clasificar según:
La siguiente tabla resume las posibles disposiciones de las diferentes formas de refuerzo en un material compuesto:
| Tipo de refuerzo | Refuerzo no orientado | Refuerzo orientado |
|---|---|---|
| Fibras largas o continuas | Estera de fibra larga | Paralelos entre sí: refuerzo unidireccional,
Según un ángulo predefinido ( 45 e por ejemplo entre sí): refuerzo multidireccional: refuerzo tejido, |
| Fibras cortas | Estera de fibra cortada, ejemplo: tablero de obleas | Orientación preferencial, ejemplo: tablero de partículas grandes orientado (OSB) |
| Cargos | Principalmente | Posibilidad de orientación preferencial |
El refuerzo puede estar solo dentro de una matriz (compuesto homogéneo) o asociado a un refuerzo de diferente naturaleza (compuesto híbrido).
Las fibras generalmente tienen buena tracción fuerza pero baja a la compresión fuerza .
Entre las fibras más utilizadas podemos mencionar:
El propósito principal de la matriz es transmitir fuerzas mecánicas al refuerzo. También asegura la protección del refuerzo frente a diversas condiciones ambientales. También permite dar la forma deseada al producto elaborado.
Hoy en día existe una gran cantidad de materiales compuestos que generalmente se clasifican en tres familias según la naturaleza de la matriz:
En el caso de los CMO (composites con matriz orgánica) las principales matrices utilizadas son:
En el caso de los CMC (compuestos de matriz cerámica), la matriz puede estar hecha de carbono o carburo de silicio . Estas matrices se depositan por deposición química de vapor (CVD) por densificación de una preforma de fibra, o por resinas de coquización como resinas fenólicas (en el caso de matrices de carbono).
En el caso de las MMC (materiales compuestos con matriz metálica), el material compuesto consta de:
De cargas (minerales, orgánicas o metálicas) y aditivos casi siempre se incorporan a la matriz.
La conformación de materiales compuestos puede realizarse mediante procesos manuales o mecanizados. En general, las herramientas necesarias para los procesos mecanizados se amortizan produciendo en medianas y grandes series; por eso los procesos manuales son más adecuados para series pequeñas desde un punto de vista económico.
Entre los procesos manuales, podemos distinguir:
Los procesos mecanizados son:
Algunos ejemplos de materiales compuestos:
El contenido de esta sección está tomado principalmente de la obra "Elogio de lo mixto: Nuevos materiales y vieja filosofía " de Bernadette Bensaude-Vincent . Esta obra escrita por un filósofo e historiador de la ciencia recorre la historia de los composites desde el cuestionamiento de los pensamientos fundacionales de la antigüedad hasta 1998, año de su publicación.
La palabra "material" proviene del latín "mater" que significa madre, generadora de energía. En griego , esta palabra se asocia con "hulé" y "plata", términos que designan respectivamente las diferentes especies de madera y el bosque, el poder germinador.
Originalmente, esta palabra tiene, por tanto, una connotación salvaje. Es necesario enfrentarse a la naturaleza para obtener un material y poder instalar el mundo organizado de los humanos. Por tanto, los materiales presentan un gran desafío.
La palabra "compuesto" proviene del latín "compositus" que significa mezcla. También significa la combinación de varias artes en la misma estructura. En el caso de los materiales, se trata por tanto de combinar varios materiales con varias propiedades para realizar uno.
En comparación con la historia de la humanidad, el nombre "material compuesto" es muy reciente. Sin embargo, estos tipos de materiales parecen existir durante mucho tiempo, aunque en una forma diferente a la que se conoce a partir del XX ° siglo .
Uno de los primeros materiales compuestos utilizados por los seres humanos fue la madera . De hecho, este material natural está compuesto por una matriz ( lignina ) y un refuerzo de fibra ( celulosa ), lo que lo convierte en un compuesto. La madera tiene varias cualidades (resistencia, ligereza, manejabilidad, etc.) y esto es lo que le ha permitido convertirse en el material más utilizado en la historia de la humanidad.
A lo largo de los siglos, las empresas han utilizado a menudo mezclas que se fusionan con materiales compuestos. No es por ejemplo el bitumen reforzados con paja picada en Mesopotamia (en 3 º milenio) utilizados para entre otros pisos a prueba de agua y para sellar los cascos de los barcos. También hay mortero romano, una mezcla de cal apagada, agua y arena con refuerzos en baldosas dobladas o cantos rodados. El objetivo de estas mezclas es crear un material con mejores propiedades.
El estudio y la creación de sustancias artificiales comienzan en la XVII ª siglo, después de una larga controversia entre los alquimistas y sus oponentes, citando a Aristóteles para condenar cualquier forma de asociación que competiría bien con la naturaleza.
Desde el XVIII ° siglo, Europa está empezando a mirar en el maniquí, es decir, sustituir algunos elementos básicos por otros creados por los seres humanos. Aquí hay una voluntad política real y una utilidad social para lograrlo, en particular para evitar la dependencia de ciertas materias primas y aumentar la rentabilidad económica de las naciones, aunque los costos iniciales son muy sustanciales. Las naciones luego recurren a las empresas para desarrollar el campo, pero estas últimas solo comparten los resultados e impiden la difusión de este nuevo conocimiento.
Luego, físicos, químicos y otros científicos buscan una manera de transmitir este arte de materiales que las corporaciones conservan con mucho valor. La academia de ciencias tendrá una gran influencia en esta difusión, en particular por medio de una colección de obras llamada " Descriptions des Arts et Métiers ". Su objetivo es promover la tecnología y aumentar la economía nacional. La ciencia todavía está por detrás de las empresas, especialmente debido al exorbitante costo de la investigación. Se considera preferible apostar por fabricantes que puedan realizar un gran número de pruebas para intentar obtener resultados.
En el XIX ° siglo, la revolución industrial cambia drásticamente la forma en que operan las empresas. Para satisfacer las nuevas necesidades técnicas de la producción en línea de montaje, se establecerán sistemáticamente laboratorios de ensayo e investigación en las fábricas. La investigación sigue siendo principalmente empírica y a menudo da lugar a errores.
Es en Europa, al final del XIX e siglo, que la investigación en el ámbito universitario comienza. Los primeros estudios sobre metales, realizados por físicos y no metalúrgicos como era el caso hasta entonces, plantean interrogantes sobre estructuras microscópicas y aleaciones . Estos físicos se dan cuenta de que al combinar ciertos metales con diferentes propiedades, obtienen un mejor rendimiento. Este es el comienzo de la optimización del material. Con el avance de la tecnología y el uso del microscopio, las posibilidades parecen infinitas. Pero aquí nuevamente, el progreso es mayormente a tientas.
El final del siglo XIX estuvo marcado por guerras económicas en la industria entre Francia, Gran Bretaña y Alemania. Las naciones crean estrategias de investigación e invierten sin contar para obtener el producto más interesante. "La creación de laboratorios de investigación [...] y las fuertes inversiones hacen que la ciencia se integre en la estrategia industrial y se convierta en un arma ofensiva". Al mismo tiempo, los países están invirtiendo en la investigación de materiales sintéticos para evitar la dependencia, como fue el caso del caucho .
Aunque su origen parece remontarse a la Antigüedad , el plástico se reinventó en 1910 como sustituto del marfil en las bolas de billar , pero no fue hasta la década de 1930 cuando los científicos comenzaron a estudiar polímeros y fibras, a base de plásticos y materiales compuestos. Comienza una importante investigación sobre plástico reforzado , financiada por gobiernos e inversores privados. A pesar de las enormes inversiones, los primeros productos fabricados en polímero o resina reforzada siguen siendo explotaciones aisladas y las aplicaciones en la vida cotidiana son casi inexistentes.
En 1939, la fábrica francesa “Fabricación de materiales aislantes y objetos moldeados” combinó resina y fibra de vidrio. Utilizado por primera vez para fortalecer hélices de aviones y cañas de pescar, este material compuesto se utilizó luego en la construcción naval durante la Segunda Guerra Mundial y luego en la aeronáutica durante el período de posguerra. Con sus numerosas financiaciones, Estados Unidos , Gran Bretaña y Japón son los impulsores del desarrollo de plásticos reforzados con fibra de vidrio . Al no tener el know-how para moldear y utilizar las resinas, los procesos de fabricación se verán muy modificados entre 1946 y 1951. El moldeado de la resina y la colocación de las fibras son similares a la alta costura ( tejido). , Drapeado y trenzado. ) y los trabajadores vuelven a aprender el saber hacer de un artesano.
Las guerra fría se desata. Para satisfacer las necesidades de la conquista espacial y la carrera de armamentos nucleares , la URSS y los Estados Unidos están desarrollando materiales de alto rendimiento que combinan ligereza, diversas fortalezas y otras propiedades sin precedentes. La rivalidad entre las dos potencias permite un fuerte incremento del conocimiento científico en materiales compuestos. Fue en este momento cuando nació entre la población la imagen de la ciencia motriz de la historia de los materiales compuestos, es decir, basada únicamente en la investigación teórica en el laboratorio, lo que en ocasiones lleva a dejar en la 'sombra la investigación empírica inicial. .
Las primeras aplicaciones del plástico reforzado con fibra de vidrio tuvieron lugar en la aviación civil y militar en los años 65, y luego en la construcción unos años más tarde. En Francia, las asociaciones profesionales reconocen la aparición de un nuevo tipo de material. La producción mundial de plástico reforzado fue de 666.000 toneladas en 1968 (más de la mitad en Estados Unidos). Los sectores que más consumen son la construcción, el espacio y el naval. Entonces hay mucha esperanza en estos nuevos materiales con propiedades sin precedentes, especialmente en el sector de la automoción y de cara a una futura distribución masiva.
Sin embargo, el futuro de los materiales de alto rendimiento era incierto en la década de 1970 porque, aparte de los plásticos reforzados, todavía eran demasiado caros.
Entre 1970 y 1980, el sector de los materiales compuestos se extendió a los bienes de consumo. Luego, los gobiernos definen una política de investigación y desarrollo que es más rápida que la de los principales programas espaciales y brindan asistencia financiera a las empresas. El objetivo ahora es generalizar las propiedades de estos materiales de alto rendimiento utilizados en aeronáutica para obtener productos menos costosos que puedan producirse en serie.
La diversidad de materiales compuestos es entonces importante. Muchas misiones de materiales comenzaron en los Estados Unidos a partir de la década de 1970 y se extendieron a Europa en la década de 1980. Fue la edad de oro de los materiales compuestos. Damos rienda suelta a la imaginación, a que la investigación y los desarrollos no se limiten en términos de presupuesto. En 1982 se lanzó una "misión material" que se suponía que debía enumerar todos los compuestos, pero el proyecto se abandonó porque la cantidad de materiales lo hacía poco práctico. El público en general ve la aparición de nuevos materiales de calidad creados a medida. "Antes de cualquier gesto técnico, de coacción para cualquier gesto técnico, el material se ha convertido en un objeto en sí mismo a moldear, es decir, se ha convertido en un objeto técnico, que ahora se dibuja, se concibe, se desarrolla y se materializa" . Ahora la materia tiene una función.
Por tanto, es una cuestión de gran novedad porque estos productos suelen ser presentados tanto por gobiernos como por productores de composites como consecuencia directa de las grandes aventuras espaciales y nucleares ocurridas durante la Guerra Fría. Sin embargo, el nuevo término debe calificarse por dos razones. Por un lado, los procesos de fabricación de compuestos se inspiran en parte en conocimientos técnicos más antiguos. Por otro lado, el concepto de mezcla y funcionalismo en la base de los materiales compuestos es de naturaleza omnipresente y, por lo tanto, este concepto no es completamente nuevo.
Durante un período de 30 años (1950-1980), el desarrollo de los compuestos resultó en la explosión de las pymes (30.000 empleados en materiales compuestos, el 5% de los cuales en materiales de alto rendimiento). La identidad de estos profesionales de los materiales no está claramente definida porque este sector ha experimentado una redefinición global que requiere un esfuerzo adicional aguas arriba de la producción y un conocimiento adicional para los trabajadores, lo que se opone a la producción en cadena. El trabajo de cada actor ya no está claramente definido. Muchos científicos migran a la industria mientras los trabajadores adquieren conocimientos físicos o químicos.
Las escuelas y universidades de ingeniería ofrecen formación especializada de alto nivel (bac +4 o +5). Sin embargo, como algunos de los trabajadores tienen como máximo una formación técnica, se forman en el puesto de trabajo, en las empresas. Por rivalidad económica, estos últimos revelan muy poco el conocimiento así adquirido y el conocimiento se transmite lentamente. Para los involucrados en este campo, no existe una formación previa en materiales. Se adquiere haciendo física, química y experiencia práctica.
Los materiales compuestos permitirán revivir una nave que está condenada a desaparecer. Los trabajadores adquieren así una técnica extremadamente precisa que es difícil de integrar en la producción en cadena. Si bien la producción automatizada en masa sigue siendo, para los impulsores del composite, un ideal a alcanzar para el pleno desarrollo de este sector, el conocimiento tácito acumulado a través de la artesanía y la experiencia aún se reconocen como factores de innovación. Es en particular este cúmulo de gestos, conciencia profesional y descubrimientos lo que ha sabido simplificar y optimizar el trabajo o incluso reducir el riesgo de impago. Sin embargo, esta producción artesanal es lenta y costosa, lo que hace que las empresas de materiales compuestos sean menos competitivas con la industria de materiales no compuestos. Para remediarlo, las empresas conseguirán separar la producción en dos fases: una primera fase de preparación artesanal durante la cual los trabajadores preparan un semiproducto y una segunda fase de moldeo continuo más fácilmente automatizada durante la cual se completa este semiproducto.
El fuerte aumento en el desarrollo de materiales compuestos a finales de la década de 1980 (+ 10% / 13% de la producción) dio paso a una disminución significativa a principios de la década de 1990 (-4,5%).
De hecho, la recesión de principios de la década de 1990 obligó a los gobiernos a recortar los presupuestos asignados a esta área. Además, se dan cuenta de que el rendimiento sigue siendo caro en comparación con el uso actual y que los grandes proyectos (incluida la exploración espacial y el uso de la energía nuclear ) no han tenido los beneficios esperados. Hay poca aplicación directa en la vida diaria. Esta tecnología hecha a medida aún no parece compatible con la distribución masiva, aunque sigue utilizándose en varios campos, en particular los deportes de alto nivel , el automóvil e incluso la aviación .
La investigación y el interés en esta área se recuperan una vez que ha pasado la crisis. El número de materiales compuestos aumenta constantemente. La competencia entre materiales, la diversidad de tipos de composición, así como la evolución perpetua de las especificaciones, requieren herramientas de comparación simples y efectivas. El encuentro con las tecnologías de la información y la globalización de las bases de datos estructuradas permite dar respuesta a esta demanda, en particular gracias al software para la selección de materiales o procesos de fabricación, a los módulos de estimación de costes y a las bases de datos sobre medidas. La llegada de la inteligencia artificial y el CAD (diseño asistido por ordenador) en este campo permitirá estudios de casos muy precisos y la creación de algoritmos genéticos que permitan encontrar las mejores soluciones o los mejores compromisos para cada situación. Por lo tanto, la elección es más fácil y adecuada, lo que ahorra material y dinero.
Desde la década de 2000, los investigadores se interesaron por la estructura de los materiales naturales porque la mayoría de ellos son multifuncionales (la piel sirve, por ejemplo, como barrera y como membrana). La riqueza de estos materiales se encuentra en la multitud de posibilidades de arreglos a escala molecular.
El conjunto de conocimientos acerca de los materiales puede ya no ser explotado sólo por el "ensayo y error" enfoque del XX ° siglo. De hecho, los investigadores ahora saben que las propiedades generales de un material compuesto dependen de su estructura, propiedades mecánicas a nivel molecular, parámetros de resina y fibra, diversos fenómenos físicos y / o químicos a los que se enfrentará. Durante su fabricación y uso, así como otros parámetros del material. Para comprender el comportamiento general de un material y poder diseñar materiales optimizados para especificaciones complejas, los involucrados en el campo recurrirán al modelado . Estos descubrimientos, así como las nuevas herramientas informáticas, están cambiando la forma de pensar sobre los materiales: por lo tanto, ya no se consideran para una única aplicación específica, sino para cumplir con criterios a veces opuestos y, por lo tanto, satisfacer un conjunto de propiedades.
En el campo de las nanotecnologías , los materiales compuestos, portadores de la utopía, lo permiten todo, ya que los materiales a medida se pueden fabricar átomo a átomo. Según la Sra. Bensaude-Vincent, "la materia está tan informada que una molécula en sí misma se convierte en una máquina". Ahora se trata de una máquina molecular , una materia que en sí misma realiza varias funciones. En este ámbito, el multifuncional se ha convertido en modelo.
El XX XX siglo es un siglo que busca liberarse de la materia. Los materiales compuestos fueron diseñados por trabajadores, luego también por físicos y químicos, con el objetivo de mejorar el material, hacerlo funcional y no solo estructural o decorativo como antes. Hay una disminución en el consumo de materiales por parte de los productores de materiales compuestos. De hecho, el rendimiento y las propiedades requieren menos material. La Torre Eiffel es un buen ejemplo: su construcción requiere 7.000 toneladas de acero, mientras que al final de la XX XX siglo, 2.000 toneladas de material compuesto habría sido suficiente. Esto es parte de una evolución global ligada a nuestros estilos de vida (la inteligencia y la reflexión priman sobre la cantidad). El conocimiento adquirido XXI ° siglo en materiales compuestos y permitir que continúe el proceso de optimización que responde a las demandas de más y más preciso y, a menudo parecen incompatibles. Yves Bréchet da un buen ejemplo de estas limitaciones opuestas al citar el caso del cable eléctrico: "[...] obviamente debe conducir la electricidad, lo que más o menos requiere que fabriquemos un metal [...]] y si yo Si hubiera hecho eso simplemente estúpidamente, no habría hecho un cable, sino una varilla, así que para poder hacer un cable habría agregado flexibilidad, flexibilidad que es intrínsecamente contradictoria con la fuerte conexión que tenemos en los metales. "
Según la Sra. Bensaude-Vincent, existe una brecha entre las posibilidades abiertas por estos nuevos materiales y el discurso de los innovadores compuestos, particularmente en el campo de las nanotecnologías y biotecnologías. La última razón de una manera muy clásica, es decir que dicen que quieren controlar la materia, o incluso liberarse de ella, mientras que lo que están haciendo es más parecido a una asociación con la naturaleza que a una dominación.
La mayoría de los compuestos se basan en polímeros termoendurecibles, lo que dificulta su reciclaje . Por tanto, esta limitación va en contra del desarrollo sostenible . También podemos ver nuevas investigaciones centradas en biocomposites, especialmente con fibras de plantas. Los biocompuestos son materiales formados por una matriz (resina) y un refuerzo de fibras naturales procedentes generalmente de plantas o celulosa (fibra de madera, cáñamo, etc. ). Además, contribuyen al respeto por el medio ambiente porque son biodegradables , se utilizan en ingeniería de tejidos, aplicaciones cosméticas y ortodoncia. Estos biocomposites aún no están listos para comercializarse en sectores de alta tecnología. La industria francesa está muy interesada en este tipo de material.
Un composite solo es completamente biodegradable si la matriz utilizada, además de las fibras naturales, es ella misma ( p . Ej. , PLA, ácido poliláctico ). En el caso de que se utilice una resina de tipo “convencional” (poliéster, epoxi, etc. ), la ventaja de utilizar fibras naturales como refuerzo será el carácter renovable de estas, pero no podemos hablar de un composite biodegradable. Los materiales compuestos tienen un impacto sobre el medio ambiente .
En la práctica, los usos de materiales compuestos son numerosos. Entre estos, hay varias áreas en las que las aplicaciones son diversas. Por ejemplo, está el automóvil , la aviación , la investigación espacial y el deporte . A nivel deportivo, se pueden mencionar equipos como esquí, raquetas de tenis o incluso palos de hockey. También se han mejorado mucho nuevos objetos como las prótesis y se han utilizado tanto en el deporte con discapacidad como en el día a día de las personas con discapacidad, permitiendo a algunas personas continuar con su actividad profesional, por ejemplo.
La innovación en el deporte puede tener varios objetivos muy distintos: desarrollar un deporte, por ejemplo aumentando la eficiencia y el rendimiento o aumentando su carácter espectacular, crear nuevos deportes gracias a invenciones tecnológicas o incluso abrir un deporte a un público más amplio. practicantes.
El aspecto financiero y la competencia entre diferentes empresas también pueden traer un aspecto negativo a estas grandes innovaciones. Si una empresa invierte en la investigación de materiales compuestos a través de un laboratorio o una oficina de diseño, sus competidores se ven obligados a hacer lo mismo o corren el riesgo de desaparecer.
Dos ejemplos ilustran esto. En primer lugar el esquí alpino en el que la innovación tiene como objetivo desarrollar el deporte competitivo o recreativo y, luego, el handisport que muestra cómo ciertos avances han abierto el acceso a nuevos deportes.
El impacto de los compuestos en el esquí alpinoEl esquí apareció varios miles de años antes de Cristo en forma de simples tablas de madera que se usaban para moverse sobre la nieve. Por tanto, siempre ha estado vinculado a los composites. Es el final del XIX ° siglo que las primeras pruebas de velocidad se organizan y que comienzan a desarrollarse. El comienzo del XX ° siglo se caracteriza por la industrialización de esquí alpino con lo más destacado de los primeros Juegos Olímpicos de Invierno en Chamonix en 1924, aunque el alpino sólo aparecen en Garmisch-Partenkirchen en 1936. En ese En ese momento, los esquís se efectuaron principalmente de madera y sólo más tarde aparecerán los esquís híbridos fabricados en parte con materiales compuestos (distintos de la madera). A partir de 1950, después de la Segunda Guerra Mundial , se realizarán muchos cambios (materiales, encuadernaciones, palos, etc.).
Se puede pensar en el esquí como una viga heterogénea multicapa formada por varios elementos. Entre estos, varios están hechos, al menos en parte, de materiales compuestos. En particular, está el núcleo, la parte central del esquí, todavía mayoritariamente de madera laminada encolada que permite mecanizar las fibras para aumentar el rendimiento. Para hacerlos más rígidos, los esquís de carreras pueden equiparse con placas de titanio u otros materiales extremadamente rígidos. Las partes distintas del núcleo también utilizan tecnología específica para compuestos. A modo de ejemplo, se puede citar una capa de material compuesto con un refuerzo de fibra de vidrio / resina epoxi por encima de la suela o bien refuerzos de aleación de aluminio combinados con los de vidrio / epoxi.
El esquí es una estructura extremadamente heterogénea ya que está compuesto por varios elementos de muy distinta naturaleza que, a su vez, pueden estar compuestos por un conjunto compuesto.
Se han estudiado otros equipos para aumentar el rendimiento. Los cascos, por ejemplo, están fabricados con materiales que tienen la menor resistencia posible al aire y en ocasiones a pesar de la pérdida de resistencia y por tanto de seguridad que esto genera.
Varias cosas pueden complicar la búsqueda y el uso de nuevas tecnologías. En primer lugar, las regulaciones deportivas pueden limitar las mejoras. Esto es lo que le sucedió al esquiador canadiense Ken Read en 1979 tras su victoria en el descenso de Morzine-Avoriaz. Fue descalificado porque su traje híbrido resultó no cumplir con los estándares de permeabilidad autorizados por el reglamento de la Federación Internacional de Esquí . Esto nos permite ver uno de los aspectos nocivos de los avances tecnológicos: la innovación al servicio del engaño, es decir, utilizar las nuevas tecnologías para intentar sortear posibles lagunas normativas. Además, el rendimiento no es el único aspecto buscado por la innovación. La comodidad, por ejemplo, es el elemento esencial para que el veraneante vaya a esquiar. No son necesariamente los mismos materiales que se utilizarán en los deportes de alta tecnología o de ocio y esto es lo que dificulta la búsqueda de las diferentes marcas, que no pueden actuar en todos los frentes simultáneamente. Para terminar de ilustrar esto, el ejemplo de seguridad mencionado anteriormente dice mucho. En el deporte avanzado, ciertos requisitos de rendimiento han llevado al desarrollo de materiales extremadamente aerodinámicos, a veces en detrimento de la seguridad. En el deporte de ocio, generalmente es al revés y la seguridad es uno de los criterios esenciales para atraer a los consumidores.
El ejemplo del esquí ilustra la complejidad de los avances tecnológicos en el deporte y, en particular, de los materiales compuestos. Además de tener un equipo complejo formado por varios materiales compuestos diferentes, las propiedades deseadas varían enormemente según el tipo de uso que se desee.
El caso de los deportes discapacitados o del hombre "híbrido"En el contexto de los deportes para discapacitados, la prótesis es una parte integral del rendimiento del atleta. El composite ya no es un objeto "externo" al cuerpo, sino una extensión directa del cuerpo del atleta. Esta sustitución da origen a una categoría de humanos definida como " híbridos " (mezcla de cuerpo humano y tecnología ). La hibridación produce una compensación adaptativa y una asignación funcional del cuerpo. Según Henry Dougan, la hibridación es bivalente: "Los procesos de hibridación trastocan fronteras fijas, pueden provocar reacciones brutales dirigidas a fortalecer los marcadores esencialistas" o para Jean-Michel Besnier , la técnica nos obliga a reinventar todo, ya sea humano, moral o de valores. Convertirse en uno con la técnica ya no es solo un hábito, sino una verdadera modificación de uno mismo. El híbrido es una mezcla mixta y confusa porque la delimitación entre naturaleza y artificio produce un desorden de identidad.
Antes de la década de 1960, cuando los primeros Juegos Paralímpicos oficiales iban a tener lugar en Roma, todavía no se hacía la distinción entre el atleta válido y el inválido porque el concepto de hándicap todavía está mal definido en el contexto deportivo. Por tanto, era costumbre ver a los deportistas , fueran quienes fueran, participar en los mismos eventos deportivos; por ejemplo Karoly Takacs , tirador húngaro amputado de la mano derecha en (1948) o George Eyser , gimnasta a una pierna (1904). Fue solo después de 1960 que se hizo la distinción, pero aún generó controversia.
En cuestiones actuales sobre fronteras humanas, el caso más conocido es el de Oscar Pistorius , deportista sudafricano con doble amputación de piernas. Debe ser considerado como una excepción ya que aunque tiene dos prótesis, corre con los discapacitados y esto genera vastas controversias. Por lo tanto, es un atleta discapacitado que ha corrido tanto en handisport como con discapacidades.
Parece ser la encarnación misma del desarrollo de la intervención biotecnológica que a su vez se beneficia de los avances relacionados con los materiales compuestos, hasta tal punto que su desempeño sería inigualable sin la ayuda de la tecnología :
“El tamaño de sus prótesis aumentaría el tamaño de sus zancadas. Donde el aparato de sus oponentes “simples amputados” no puede exceder en tamaño a la pierna válida, Pistorius es acusado de haber aprovechado su doble amputación para crecer artificialmente. "
La controversia radica en el hecho de que el rendimiento potencialmente superior de los atletas sanos solo es posible con un aparato que reemplaza una parte del cuerpo del atleta. La situación en torno a su clasificación deportiva muestra que Oscar Pistorius es un problemático “mixto”: es tanto humano como máquina. Su cuerpo deportivo es una hibridación con una prótesis compuesta por palas de fibra de carbono . Como “deportista discapacitado” su hibridación tecnológica es una obligación ligada a su disciplina pero puede considerarse demasiado importante en comparación con otros deportistas.
La asistencia mecánica, posibilitada en particular por el desarrollo de materiales compuestos que constituyen las prótesis de los atletas, puede promover la creación de "superhumanos con un rendimiento incomparable". Handisport es testigo directo de esta evolución utilizando diferentes tecnologías.
El comportamiento de un material compuesto se describe a continuación, utilizando el formalismo euclidiano de la mecánica del continuo :
El problema anterior no puede resolverse de forma sencilla, salvo en el caso de geometrías muy sencillas (inclusiones esféricas, fibras, láminas apiladas, o en general en el caso de inclusiones de forma elipsoidal).
La investigación tiene como objetivo describir el comportamiento del material compuesto sin conocer necesariamente su geometría exacta, tratando de limitar la energía de deformación del material compuesto (la energía de deformación de un material). Por tanto, podemos citar los límites de:
La mecánica de los composites es todavía un campo de investigación teórica activa: comportamiento mecánico o eléctrico, lineal, no lineal, viscoelástico , con fisuras o plasticidad , pandeo , etc.
Una limitación de este modelado es que no es posible conocer con precisión la microgeometría de un composite real: siempre hay defectos; pero la modelización permite describir de manera bastante precisa el derecho constitutivo.
Otro de los intereses de esta investigación teórica entre la geometría de un material compuesto y su ley constitutiva es la materialización de un material cuyas características mecánicas se han obtenido mediante optimización informática.
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