Le carbone, un métal très résistant

Comparaison des métaux

 

Les spatules d’Oscar Pistorius sont constituées d’une empilation de feuilles de fibres de carbone. Cela peut aller de 30 à 90 feuilles selon la corpulence du porteur.

Pourquoi le carbone est-il choisi pour les prothèses en spatule des athlètes ?

Nous allons pour cela étudier sa comparaison avec le fer et l’aluminium.

 

Carbone :

La fibre de carbone est composée de fibres, elles-mêmes extrêmement fines (de 5 à 15 micromètres de diamètre), qui sont essentiellement constituées d’atome de carbone. Ils sont répartis dans des cristaux, disposés parallèlement par rapport à l’axe de la fibre. Cet alignement des cristaux rend la fibre très résistante par rapport à sa taille. Les fibres de carbone sont petites, mais cependant, elles ont une forte résistance aux tractions et aux compressions. Les fibres de carbone sont souples, et ont une bonne tenue aux températures extrêmes.

Les fibres de carbone sont produites à base de polyacrylonitrile. En premier lieu, l’oxydation des fibres pendant une à deux heures et faite, à l’air et à une température comprise entre 200 et 300 degrés Celsius. Puis, sous une atmosphère de diazote, exposé à une température comprise entre 1000 et 1500 degrés Celsius, la carbonisation a lieu, pendant seulement quelques minutes. Enfin, on obtient des fibres de carbone qui sont composées de 90% de carbone, environ 8% d’azote, 1% d’oxygène, et un peu moins de 1% d’hydrogène. On a aussi la possibilité de faire la graphitation ; c’est la préparation à l’utilisation industrielle du métal. Elle est exécutée sous une température de 2500 à 3000 degrés Celsius, pour une durée d’environ une minute. Elle consiste à obtenir un matériau composé à 99% de carbone, ce qui le rend plus malléable, mais cependant, moins résistant. Lors de la fabrication de fibres de carbone de haute ou très haute résistance en traction, il est important de fixer la fibre dans le sens supportant la charge. Les brins de chaque étage de fibres sont résistants dans une unique direction, ce qui les rend peu robustes dans l’autre.

 

Fer : C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne. Il peut être trouvé sous forme pure ou  sous foorme d'alliages. Le fer pur est un métal mou (encore plus que l'aluminium), mais l'adjonction de faibles quantités d'éléments d'additions peuvent le rendre considérablement plus dur. Il n’est donc pas pratique pour courir.

 

Aluminium : C’est un métal pauvre, malléable, de couleur argentée, qui est remarquable pour sa résistance à l’oxydation et sa faible densité. L'aluminium est un produit industriel important, sous forme pure ou alliée, notamment dans l'aéronautique, les transports et la construction. C’est un métal mou, léger, mais résistant avec un aspect argent-gris mat, dû à une mince couche d’oxydation de cinq à dix nanomètres qui se forme rapidement quand on l’expose à l’air et qui empêche la corrosion de progresser dans des conditions normales d’exposition chimiques. L’aluminium se déforme lorsqu’on exerce une pression dessus, mais ne reprend pas sa forme initiale, sauf dans le cas où on le fait manuellement.

 

Zinc : Le zinc est un métal de couleur bleu-gris. Il est malléable à haute température. C’est un métal qui est parfait pour les alliages. Il a une excellente conductivité électrique et thermique, et une résistance à la corrosion. Il est également recyclable. Cependant, il a tendance à ternir. De plus, c’est un métal lourd, donc il n’est pas utilisé pour fabriquer une prothèse pour la course.

 

Cuivre : Le cuivre est naturellement présent dans la croûte terrestre. Avec l’or, le cuivre est le seul métal coloré : il est rose saumon. On l’appelle le « métal rouge ». Ce métal très pur est très résistant à la corrosion, et il est aussi très malléable. Néanmoins, il réagit avec l’oxygène de l’air en formant une couche d’oxyde de cuivre brun-noir. Ce métal est recyclable à l’infini. Mais, son manque de souplesse l’empêche d’être utilisé comme matériau composant d’une prothèse.

De par sa résistance aux tractions et aux compressions, et de par sa souplesse, le carbone a été choisi en tant que composant des prothèses de course. Il n’a que des avantages, tandis que les autres métaux ont tous des côtés négatifs.

×