Curieux de technique ? Les montagnes russes et autres folles machines vous intriguent ? Cette rubrique est pour vous ! Il suffit d'attacher sa ceinture pour passer de la théorie scientifique à la pratique expérimentale pour éprouver les sciences comme vous les avez jamais vécues !
OBJECTIF LUNE !
En allant décrocher la Lune...
Le Sling Shot est une installation foraine de type « attraction à sensations ». A l’heure actuelle c’est une des attractions les plus intenses proposées sur le marché de l’industrie des loisirs. Propulsés verticalement à grande vitesse, les deux passagers à bord d’une nacelle sphérique approchent les accélérations que peuvent ressentir les pilotes de chasse ou les astronautes lors de missions.
L’attraction est constituée de deux tourelles équipées de poulies où passent des câbles en acier. En position de départ imminent, la nacelle est fixée au sol, les câbles sont tendus par un système élastique appelé Spring Machine : lorsque la tension des câbles est maximale, la nacelle est prête à se décrocher du point d’ancrage pour atteindre une vitesse maximale proche de 100 km/h en un peu moins de 1.5 seconde. La nacelle oscille alors pendant quelques secondes avant d’être amortie afin de regagner la terre ferme.
Fig.1 : Position initiale. Fig.2: En cours de fonctionnement.
Effet Joule présent lors des tensions et extensions des brins.
La première version de ce type d’attraction est apparue il y a une dizaine d’années : le mouvement oscillant de la nacelle était alors entretenu par deux élastiques passant également par des poulies. Cette attraction baptisée « bungee shot » utilise donc une technologie qui s’avère être peu fiable sur le long terme et nécessite plus d’entretien. En effet, chaque élastique est en fait constitué de plusieurs brins élastiques plus minces. Liés ensemble, ils forment un seul et même élastique. Lors des oscillations ses brins ont tendance à frotter les uns sur les autres, et à créer un échauffement qui endommage en premier le cœur de l’élastique. Les brins intérieurs sont donc plus assujettis à la rupture que les brins extérieurs. Or le cœur de l’élastique est invisible, ce qui rend les contrôles délicats.
La dégradation de ces brins peut mener à une diminution de la tension applicable à la nacelle, voire à la rupture de l’élastique entier. Un remplacement fréquent de ces cordages est donc nécessaire et peut augmenter significativement le coût d’entretien de l’attraction, et son temps de mobilisation.
La Spring Machine, modèle breveté, apporte une solution technologique à ce problème d’ordre sécuritaire.
La Spring Machine : une vraie boîte de Pandorre !
La Spring Machine présente deux parties distinctes qui ne sont pourtant pas indépendantes l’une de l’autre :
- une structure élastique constituée de 84 ressorts de traction à spires jointives disposés en parallèle. - 4 palans constitués de 14 poulies chacun
4 câbles sont reliés à la nacelle et chaque câble 104 et 103 passe dans un palan, en entrant par une des poulies inférieures 117 et en ressortant par une des poulies supérieures 115. L’extrémité de chaque câble est fixé au socle 59
Les groupes des poulies inférieures 117 sont fixes par rapport au bâti 51. Les groupes des poulies supérieures sont fixées au socle 59, lui-même relié aux ressorts 73. Ces ressorts sont fixés au vérin 67 par l’intermédiaire du socle 57.
Fig10. Schéma de principe
Les différentes phases de mouvement se découpent ainsi :
- Fig 3 : la nacelle est sur la base de lancement, en position de chargement des visiteurs. Les ressorts sont en position de repos. - Fig 4 : la nacelle est ancrée au sol, les ressorts sont allongés par la montée du vérin qui augmente la distance entre les socles 59 (qui reste fixe) et 57. L’énergie stockée est alors prête à être communiquée à la nacelle. - Fig 5 : la nacelle est libérée de son point d’ancrage, les ressorts transmettent alors l’énergie stockée à la nacelle.
Quelques mots sur le palan...
Le palan est une association de plusieurs poulies fixes et mobiles reliées entre elles par des cordes. Il est construit de manière à ce que le poids d’une charge se répartit de façon égale sur plusieurs brins de corde.
Dans une utilisation normale, il est alors possible de lever une certaine charge en appliquant une force inférieure au poids de la charge.
S’il y a n brins de corde, la force de traction F est donnée par :
F=P/n
avec F, force de traction à appliquer n, nombre de brins de corde P, poids de la charge
Cependant, à cause des frottements et du poids des poulies libres, la force de traction réelle est plus grande que le quotient P/n.
Pour soulever une charge sur un chemin de longueur x1, il faut tirer l’extrémité de la corde d’une longueur x2 telle que :
x2=n*x1
Dans notre cas, la machine doit « avaler » environ 22 m de câble. Un palan étant constitué de 14 poulies, les ressorts doivent alors avoir une course de 22/14 = 1.5 m.
Dans le cas de la Spring Machine, le palan est utilisé « à l’envers ». En effet, la charge de la nacelle à soulever ne s’applique que sur un brin du palan, et non sur l’ensemble des poulies inférieures comme le cas normal d’utilisation. La force de traction développée par les ressorts doit donc être nettement supérieure à celle réellement nécessaire pour le soulèvement de la nacelle.
Doc. Les propriétés physiques du palan interviennent dans la Spring Machine.
Quel avantage a-t-on alors à utiliser cette configuration, si les ressorts doivent fournir un effort colossal ?
Le problème ne réside pas tant dans l’effort à faire pour le soulèvement de la nacelle mais dans la longueur de l’allongement des ressorts. Jouer sur un matériau (ici les ressorts) au point de l’allonger autant que la longueur à laquelle la nacelle s’élève jouerait trop sur son élasticité. Et de là est notre problème de fiabilité et de sécurité. On préfère en fait moins maltraiter les matériaux en les étirant moins. Un palan a donc une seconde propriété : d’un point de vue énergétique, on propage la même énergie avec un déplacement plus faible côté ressorts.
Dans notre cas, les ressorts se déplacent de seulement 1.5 m pour littéralement « avaler » une vingtaine de mètre de câble.
Le Sling Shot en action.
Nous vous proposons une courte animation mettant en évidence les différentes phases du mouvement de la Spring Machine et de la nacelle. Cliquez sur le bouton "Go !" pour déclencher le cycle.
Une autre application possible de la Spring Machine...
Une autre application, plus « courante », serait possible pour la Spring Machine, modèle breveté. Le saut à l’élastique (ou bungee drop) peut faire appel à cette technologie. Des accidents ont lieu chaque année lors de session de sauts à l’élastique, et la Spring Machine pourrait bien se substituer aux élastiques utilisés, pour les même raisons que celles évoquées précédemment dans la première partie du dossier.
Le Sling Shot est une installation foraine de type « attraction à sensations ». A l’heure actuelle c’est une des attractions les plus intenses proposées sur le marché de l’industrie des loisirs. Propulsés verticalement à grande vitesse, les deux passagers à bord d’une nacelle sphérique approchent les accélérations que peuvent ressentir les pilotes de chasse ou les astronautes lors de missions. 
Le palan est une association de plusieurs poulies fixes et mobiles reliées entre elles par des cordes. Il est construit de manière à ce que le poids d’une charge se répartit de façon égale sur plusieurs brins de corde.
