Là La vis d'Archimèdeaussi connu sous le nom limaçon (du latin limaçon« escargot »), est un instrument élémentaire peut-être inventé par Archimède et utilisé dans l'Antiquité pour opérations de « relevage » de l'eau des rivières ou des ruisseaux ou de matériaux granulaires (comme du sable ou des débris), afin de permettre l'irrigation des champs pour leur culture. Représente l'un des premiers exemples de pompe hydraulique, mais il est encore utilisé aujourd’hui dans diverses applications de nature différente. Dans cet article, nous voyons quel est le principe physique derrière cette brillante invention et quelques curieuses applications modernes !
L'invention de la vis d'Archimède
Historiquement, on l'attribueinvention de la cochlée – précisément – à Archimède, entre environ 287-212 avant JC. L'idée est probablement le résultat des connaissances acquises par l'inventeur au cours de son séjour en Égypte, mais les sources historiques disponibles ne peuvent donner une certitude absolue sur cet aspect, car il n'existe pas de documents clairs définissant précisément le moment exact de sa création. invention et circonstances. Ce qui est certain aujourd'hui, c'est que il n'y a aucune référence à un instrument similaire dans une période précédant celle de référence pour Archimède, c'est pourquoi l'invention transmet désormais sa signature depuis des siècles.
Comment fonctionne la cochlée
Nous parlons d'un objet composé d'un élément cylindrique à section circulaire autour duquel il est enroulé une hélice créer des « plans » dans le section du cylindre. Les dimensions de l'hélice varient en fonction de l'utilisation de la vis, ainsi que de la présence ou non d'un cylindre d'enveloppe ou de parois latérales.
Essentiellement, le cylindre – incliné par rapport à un plan horizontal – peut tourner, ce qui implique le mouvement de la structure hélicoïdale. Visuellement, on a l'impression que l'hélice a tendance à bouger (se visser ou se dévisser) : en réalité, la conformation géométrique de la spirale permet cette illusion. À cet effet d'optique Cependant, un effet physique particulier est lié qui permet le mouvement, vers le haut ou vers le bas, du matériau contenu à l'intérieur des pales de l'hélice selon le sens imposé à la rotation du cylindre. Ce déplacement est en fait généré précisément par la conformation de l'hélice autour du cylindre, ce qui a tendance à former des « conteneurs » pendant la rotation.
Autres applications de la vis d'Archimède
Bien qu'il ait été initialement conçu dans le seul but de « soulever » l'eau (comme le ferait une pompe), la vis d'Archimède trouve aujourd'hui diverses applications complémentaires. On peut notamment la voir comme :
- UN machine d'exploitation, c'est-à-dire que l'énergie est introduite de l'extérieur pour soulever un fluide par exemple. Dans ce cas, l'énergie externe est fournie via rotation du cylindre central ;
- UN machine à conduirec'est-à-dire oui exploite le mouvement du fluide par gravité pour générer de l'énergie mécanique (la rotation du cylindre central), qui peut par conséquent être transformée en énergie électrique, Par exemple. Dans ce cas, nous avons affaire à un vrai turbine.
Dans sa fonction de machine motrice, la vis d'Archimède est donc aujourd'hui utilisée comme turbine dans diverses centrales hydroélectriques. Il agit donc comme un instrument mécanique qui convertit l’énergie d’un fluide en mouvement en courant électrique. Dans ces contextes, la conception et l'optimisation de la vis jouent un rôle fondamental, car son inclination, dimension de l'hélice et du cylindre central, ainsi que le matériel qui le compose, peut significativement varier les performances de la machine, c'est-à-dire l'énergie produite.
La tarière est également utilisée dans le mélanger le béton à l'intérieur d'une bétonnière. En pratique, dans ce cas le vérin est d'abord utilisé pour permettre le mélange optimal des composants du béton, puis le fonctionnement « vis » est activé pour permettre au béton fluide d'être déplacé de l'intérieur de la bétonnière vers l'extérieur: changez simplement le sens de rotation du vérin entre les deux mécanismes de commande !
Une curieuse application est due à John Burlandingénieur universitaire et géotechnique qui a participé aux récentes interventions de stabilisation de la Tour de Pise : la vis dans ce cas a été utilisée pour faire un enlèvement de terre dans les couches profondes autour des fondations de la tour, permettant de réduire de quelques fractions de degré son inclinaison, réduisant ainsi le risque d'effondrement. Dans ce cas, on utilise une technique de forage similaire à celle utilisée pour la construction de pieux de fondation forés : des machines équipées de cylindres en spirale ont été insérées en biais sous la tour pour générer un affaissement bénéfique à des fins de stabilisation (temporaire) de la tour.