Savez-vous planter des clous - Olympiades de Physique France

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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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Nos partenaires

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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 :