Hiver après hiver, des millions de mètres d'altitude sont gravis par plusieurs milliers de skieurs de randonnée à l'aide de peaux de phoque autocollantes. Par le choix adéquat de ses peaux de phoque, on s'économise beaucoup de force et de contrariétés et on jouit ensuite doublement de la descente. Afin de connaître le succès en randonnée à skis de compétition, un sport qui trouve toujours plus d'adeptes, le choix du bon matériel est décisif. Mais quelle est la peau autocollante qui convient le mieux en fonction des conditions de neige et de celles du randonneur? Sur mandat de l'entreprise Tödi Sport SA, on a précisé pour la première fois les caractéristiques de glissement et d'ascension des peaux de phoque sous différentes conditions de neige, par un examen scientifique réalisé à l'institut Fédéral pour l'etude de la Neige et des Avalanches (SLF). Matériel Une très bonne peau de phoque se distingue par de bonnes caractéristiques de glissement avec le moins possible de résistance de frottement, et simultanément aussi par de bonnes caractéristiques d'ascension dans le sens inverse avec beaucoup de frottement pour l'ascension. Les poils fins des peaux autocollantes sont formés de 1, les poils de la chèvre, ou de fibres synthétiques. Dans certains modèles, les fibres de et synthétiques sont mélangées. Afin que l'ascension devienne possible, les poils de la peau doivent d'abord être posés et fixés parallèlement au sens de marche par un procédé complexe. Chaque poil est fixé alors une fois (fixation V) ou deux fois (fixation W) sur la face inférieure. Liste des peaux de test Tabelle 1: Liste et composition des peaux de test Fellnummer Material Bindung 1 mix w 2 w 3 w 4 synthetisch w 5 w 6 mix v 7 w 8 synt w Numéro de peau Matériel Fixation mixte synthétique mixte synthétique Diverses peaux sont composées de matériel et sont fixées par une fixation w sur la face inférieure. Elles se distinguent cependant par le nombre de poils par cm 2, par la longueur des poils et par la couleur des poils. Méthodologie Les caractéristiques de glissement ont été examinées pour diverses caractéristiques de neige et de température sur une courte distance de test, en mesurant entre deux cellules photo-électriques le temps de glissement dans une position accroupie. De même, des mesures en laboratoire ont été exécutées avec un nouvel instrument appelé tribomètre, développé au SLF. 1 Mohair désigne les poils de la chèvre. Cette fibre naturelle est la fibre textile spécifiquement la plus légère et donc très coûteuse. L'expression provient de la langue arabe, où elle désigne une matière formée de poils.
Figure 1: Tribomètre dans la chambre froide du SLF Le tribomètre est un anneau tournant, rempli de glace ou de neige, sur lequel on peut déterminer la résistance de frottement de petites éprouvettes de peau (5 cm x 19 cm), qui sont fixées sur un bras de mesure. Le tribomètre étant installé dans un laboratoire frigorifique, il est possible de simuler diverses caractéristiques de neige et de température jusqu'à 20 C. Les caractéristiques d'ascension ont été également déterminées par des mesures sur le tribomètre, en montant sur le bras de mesure les éprouvettes de peau dans le sens opposé. Résultats Caractéristiques de glissement Les résistances de frottement des peaux autocollantes ont été mesurées dans la cabine frigorifique avec le tribomètre sur une bande de glace de 3 cm de large, à 1 C et à 15 C. La grandeur des éprouvettes de peau a été choisie de telle sorte que l'on puisse simuler les charges telles que celles atteintes par un randonneur adulte en glissant sur la neige (env. 30 g/cm 2 ). Les mesures ont eu lieu pour une vitesse de 10 km/h du tribomètre. Figure 2: L'éprouvette de peau est collée sur une plaque d'aluminium et ensuite fixée au bras de mesure, sur lequel un capteur de force mesure le frottement. 2 A l'aide du coefficient de frottement, on peut calculer la force de frottement entre un corps et une surface. F R = µ F N - F R est alors la force de frottement, µ le coefficient de frottement et F N la force normale (force perpendiculaire à la surface). Le coefficient de frottement définit donc quelle est la grandeur de la force de frottement par rapport à la force normale; un plus grand coefficient de frottement signifie une plus grande force de frottement.
Diagramme 1: Résultats des mesures tribométriques (coefficient de frottement 2 ) à 1 C Reibungskoeffizient 0.24 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 fell 1 fell 2 fell 3 fell 4 fell 5 fell 6 fell 7 fell 8 Coefficient de frottement Temps [en secondes] Peau 0.12 0.1 0 10 20 30 40 50 60 Zeit [in Sekunden] Le diagramme 1 montre que la peau 8 présente avec 0.11 3 pour une température de la neige de 1 C le plus bas coefficient de frottement, la peau 2 le plus haut avec 0.17. Pour les mesures au tribomètre à des températures froides ( 15 C), on obtient un autre classement (voir diagramme 2): la peau 6 glisse le mieux avec un coefficient de frottement de 0.14, la peau 4 le moins bien avec 0.24. Les mesures montrent aussi que la résistance de frottement est en général plus basse à des températures d'environ 1 C qu'à une température de 15 C. Diagramme 2: Résultats des mesures tribométriques (coefficient de frottement) à 15 C Reibungskoeffizient 0.26 0.24 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 fell 1 fell 2 fell 3 fell 4 fell 5 fell 6 fell 7 fell 8 Coefficient de frottement Temps [en secondes] Peau 0.12 0.1 0 10 20 30 40 50 60 Zeit [in Sekunden] Pour la vérification des mesures en laboratoire, on a tenté d'exécuter le plus possible de tests à l'extérieur sous diverses conditions de neige. Les skieurs ont alors exécuté en position accroupie un test sur un parcours rectiligne en pente légère pendant près de 10 secondes et le temps de glissement exact a été mesuré au moyen de deux cellules photo-électriques. Les conditions de neige et de climat ont été enregistrés exactement pendant chaque course de test au moyen d'une station météorologique mobile. 3 Si l'on multiplie maintenant le coefficient de frottement avec la force normale (ici: demi poids corporel), on obtient la force effective de frottement, qu'il faut appliquer en se déplaçant avec des peaux de phoque sur une surface horizontale. Pour la peau 8, cela signifie 0.11 fois environ 400 newtons, ce qui donne près de 44 N. On devrait donc tirer avec une force de traction d'environ 4.4 kg pour faire glisser le ski. Pour la peau 2, il faut déjà tirer avec près de 7 kg.
Les différences des caractéristiques de glissement entre les peaux autocollantes se sont montrées très grandes selon les caractéristiques de la neige; ainsi par exemple pour une peau le glissement s'est révélé complètement impossible sur une neige froide et sèche. Si l'on compare les résultats des mesures en laboratoire avec les tests à l'extérieur, on remarque en principe une bonne concordance. Le diagramme 3 montre la comparaison des classements des peaux lors des tests à l'extérieur et lors des mesures en laboratoire avec le tribomètre pour les mêmes températures de la neige. Diagramme 3: Comparaison des tests à l'extérieur avec les mesures sur le tribomètre pour des températures froides (-15 C) Rang 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 Fell Rang Labor Rang Feld Rang Rang en laboratoire Rang à l'extérieur Peau Les essais en laboratoire montrent que les peaux autocollantes présentent des caractéristiques de glissement différentes quand la température de la neige varie. En classant les peaux selon leurs caractéristiques de glissement, ces différences peuvent être illustrées très nettement: ainsi la peau 6, vainqueur du test pour les températures froides (-15 C), n'a que le rang 4 pour des températures chaudes (-1 C), alors que la peau 8, vainqueur du test pour les températures chaudes, n'occupe que le rang 5 pour les températures froides. La neige n'est pas toujours la même Bien qu'une bonne concordance existe entre les mesures sur le terrain et en laboratoire pour les mêmes températures, la température de la neige n'est pas le seul facteur décisif, il y faut encore tenir compte de la dureté de la neige, respectivement de la forme et de la taille des cristaux: des tests de glissement ont montré que la peau 8 par exemple ne présente que des caractéristiques de glissement limitées sur la neige froide poudreuse, mais par contre très bonnes sur la neige froide compacte. Parmi les randonneurs, l'opinion est très répandue que les peaux synthétiques conviennent plutôt pour des températures chaudes de la neige (> -3 C) et les peaux en plutôt pour des conditions de neige froides (<-8 C). Une analyse de corrélation entre le temps de glissement et le matériel pour les domaines de température discutés appuie cette affirmation: le diagramme 4 montre tous les temps de glissement répartis sur les matériaux, mixtes et synthétiques pour des conditions chaudes. La variable Diffpersek décrit l'écart par seconde sur la moyenne d'un test, c'est-à-dire que si celle-ci est négative, la peau est plus rapide que la moyenne, et si elle est positive, elle sera plus lente en rapport. La ligne de tendance montre nettement que les peaux synthétiques glissent nettement mieux pour les conditions de neige chaudes que les peaux de la sorte mixte ou. A l'inverse de cela, le diagramme 5 présente le contraire: tant les peaux mixtes que glissent nettement mieux que les peaux synthétiques pour des températures froides de la neige.
Diagramme 4: Corrélation entre temps de glissement et matériel de peau pour des températures chaudes de la neige (>-3 C) Diagramme 5: Corrélation entre temps de glissement et matériel de peau pour des températures froides de la neige (<-8 C) Naturellement, le comportement au glissement ne dépend pas que du seul matériel. D'autres paramètres tout aussi importants sont la qualité des poils, la longueur des poils, l'angle des poils sur le support, la rugosité et la dureté de la surface. Ainsi des poils courts de même qu'une surface fine agissent positivement sur le processus de glissement. Des peaux avec une surface rugueuses présentent en particulier dans la neige poudreuse de mauvaises caractéristiques d'ascension.
Résultats Caractéristiques d'ascension Les mesures ont montré que les caractéristiques d'ascension d'une peau de phoque, au contraire des caractéristiques de glissement, dépendent moins des conditions de neige. Le diagramme 6 présente les coefficients de frottement des mesures pour des températures de la neige de 1 C et de 15 C. Diagramme 6: Coefficients de frottement des peaux autocollantes dans le sens de l'ascension Reibungskoeffizient 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Fell -1-15 La résistance de frottement est nettement plus élevée pour des conditions froides que pour des chaudes. Le classement des peaux du test reste cependant le même pour les deux températures. Du côté du matériel, on remarque nettement que les peaux en et mixtes possèdent de meilleures capacités d'ascension que les peaux synthétiques. Une analyse de corrélation montre en outre que la longueur des poils est le paramètre décisif à côté du matériel: les peaux du test avec des poils plus longs présentent de meilleures caractéristiques d'ascension que les peaux du test avec des poils courts. Conclusions Tant les tests à l'extérieur que les mesures en laboratoire ont montré que les caractéristiques de glissement et d'ascension des peaux autocollantes sont très différentes selon les conditions de neige. La température de la neige n'est alors pas le seul facteur décisif, la dureté de la neige, respectivement la forme et la taille des cristaux, sont des paramètres qui ont une influence décisive. En conséquence, il est très judicieux de définir le domaine d'utilisation idéal d'une peau autocollante afin que lors du choix du produit, le consommateur puisse trouver la peau qui lui convient individuellement. Auteur: Mirco Auer, collaborateur scientifique SLF, Institut Fédéral pour l'etude de la Neige et des Avalanches