Prenons une bouteille d’eau gazeuse et regardons-la de dessous. Nous verrons cinq « pétales » dépassant vers le bas, qui manquent au fond des bouteilles d’eau naturelles. Cela peut paraître un choix purement esthétique, mais en réalité c’est le résultat de besoins d’ingénierie précis. Comme le montrent plusieurs études scientifiques, notamment une étude réalisée en 2006 par Hanley et ses collègues publiée dans la revue Journal de science appliquée des polymèrescette géométrie est principalement utilisée pour mieux répartir les efforts mécaniques généré par pression interne des boissons gazeusesrendant la bouteille plus stable et durable sans augmenter la quantité de plastique utilisé. Il porte également un nom spécifique : base pétaloïde (de l’anglais base pétaloïdecar il ressemble aux pétales d’une fleur). Il ne s’agit donc pas d’un détail de conception, mais d’une solution développée pour éviter les déformations, les fissures et l’affaissement de la basetout en gardant la bouteille en équilibre lorsqu’elle est placée sur une surface.
La pression interne pour l’eau gazeuse et gazeuse
Les boissons gazeuses contiennent dioxyde de carbone (CO2) dissous qui, à l’intérieur d’un conteneur fermé, génère un une pression interne décidément considérable. Les valeurs dépendent du type de boisson et de la température extérieure, mais pour se faire une idée, une étude expérimentale de 2008 publiée dans Journal d’éducation chimique niveaux de pression interne mesurés jusqu’à 4 barres à une température de 20 °C. Même s’il s’agit d’une étude réalisée sur des canettes et non spécifiquement sur des bouteilles en plastique, c’est un fait qu’on ne peut ignorer : on remonte jusqu’à quadrupler la pression atmosphérique à laquelle nous sommes habitués tous les jours !
Le point le plus vulnérable de la bouteille c’est exactement le bas: c’est la zone la plus éloignée du capuchon, celle qui touche la surface d’appui et celle où le matériau a tendance à se trouver diluant. S’il était complètement plat, il concentrerait ses efforts en quelques endroits et pourrait déformer facilement vers l’extérieur, ce qui rend le bouteille instable ou, dans le pire des cas, encourager la formation de fissures. La forme pétaloïde contourner le problème transformer cette poussée vers le bas en une seule série d’arcs courbes.
Comme une voûte ronde en architecture, chaque « pétale » convertit la force de compression en tensions qui se déplacent le long des parois courbes vers les pieds de support. La charge ce n’est pas concentré en un seul point: c’est réglé et c’est la clé. Selon une étude de 2009 publiée dans Journal de science appliquée des polymèresle point de contrainte maximale ne se trouve pas sur la pointe des « pieds », mais dans la vallées entre un pétale et un autre, un point faible où peuvent apparaître les premières microfissures, provoquant la « rupture » de la structure pétaloïde, notamment à haute température.
Une autre étude de la même revue scientifique a démontré que la géométrie du fond influence directement la répartition des tensions mécaniques et qui, en modifiant forme et taille des « pétales », ça change aussi résistance de la bouteille à la pression interne. En substance, non seulement la forme particulière, mais la disposition même des « pieds » permet de mieux répartir les efforts et de réduire les risques de casse.
Pourquoi cinq pétales ?
Et le nombre de pétales ? Pourquoi cinq et non trois, quatre ou sept ? Littérature scientifique il n’identifie pas le nombre cinq comme un optimal universel. Les brevets qui ont contribué au développement du fonds pétaloïde indiquer ce qu’une bouteille peut contenir au moins trois supportsmais que leconfiguration préférée c’est généralement qu’un cinq pétalesréparti symétriquement autour du fond. Selon ces solutions de conception, un un nombre impair de supports améliore la stabilité du conteneurtandis que cinq représente un bon compromis entre résistance mécanique, stabilité et quantité de matériau utilisé. En réalité, il existe aussi des fonds avec sept pétalesbien que rare, utilisé dans applications spécifiquesdémontrant qu’il n’existe pas de numéro « parfait » valable pour toutes les bouteilles.
Mais attention : tout ça cela n’a de sens qu’avec boissons gazeuses. Les bouteilles d’eau plate, les bouteilles de jus de fruits ou les bouteilles de lait ont souvent le fond plat avec un simple dôme central, juste parce que ils n’ont pas à résister à des pressions internes importantes. En termes simples, la forme optimale du fonds dépend entièrement du contenu : la pression est la variable qui détermine tout le reste.