Partager Tweeter WhatsApp Épingler Partager par e-mail 0 Partager
Dans la plupart des cas, les travaux d'ingénierie visent à prévenir les défaillances : renforcer un pont, consolider une machine, prolonger la durée de vie d'un composant. Mais parfois, la conception la plus ingénieuse fait exactement l'inverse. Les ingénieurs intègrent intentionnellement à un système un mécanisme capable de s'autodétruire, de fondre, de se corroder, de se déformer ou de se déchirer au moment précis où cela s'avère nécessaire.
Cela peut paraître paradoxal, mais il y a une bonne raison à cela. Une défaillance contrôlée peut protéger un élément bien plus précieux. L'astuce consiste à s'assurer que ce composant « sacrificiel » tombe en panne de manière prévisible, avant qu'un élément plus coûteux ou plus dangereux ne le fasse. Trop robuste, et le point faible cessera de fonctionner. Trop fragile, et il deviendra un risque inutile.
Ces composants constituent donc une sorte de police d'assurance. Ce sont peut-être les éléments les moins coûteux et les moins impressionnants de la machine, mais leur défaillance est précisément ce sur quoi les ingénieurs comptaient. Voici dix exemples de systèmes où la défaillance a été intégrée dès la conception.
Voir aussi : 10 innovations technologiques géniales qui passent inaperçues.
10 fusibles électriques domestiques
Comment fonctionnent les fusibles et les disjoncteurs ? | Demandez à This Old House«
Un fusible, c'est le genre de chose à laquelle on ne pense jamais jusqu'à ce que la lumière s'éteigne subitement. Caché dans une prise, un appareil électroménager ou un disjoncteur, son unique raison d'être est de griller. Plus précisément, il contient un élément métallique fin qui fond lorsque le courant qui le traverse devient dangereusement élevé.
Cela peut se produire en cas de court-circuit, de surcharge du circuit ou de dysfonctionnement d'un appareil électrique. À mesure que le courant augmente, le fusible chauffe. Si l'intensité excessive persiste ou atteint un niveau trop élevé, le métal fond, créant un orifice qui interrompt le passage du courant. Le fusible saute, mais le circuit électrique situé en aval reste alimenté.
Ceci est important car le fusible doit se déclencher avant que les conducteurs électriques qu'il protège ne deviennent dangereusement chauds. Sans ce point de coupure, un courant excessif pourrait surchauffer l'isolant et les matériaux environnants, et potentiellement provoquer un incendie.
Les disjoncteurs modernes remplissent la même fonction sans avoir à sacrifier de métal à chaque fois. Ils détectent les surintensités et coupent le circuit, après quoi ils peuvent généralement être réarmés. Dans tous les cas, le principe reste le même : créer intentionnellement un petit défaut pour éviter des défaillances similaires dans un système plus important.[1]
9 anodes sacrificielles sur les coques des navires
Anodes de moteurs de bateaux : explication de leur fonctionnement
La coque en acier d'un navire est confrontée à un ennemi redoutable : l'eau de mer. L'eau salée est un excellent électrolyte, permettant aux réactions électrochimiques de corroder le métal exposé. Les ingénieurs ont trouvé une solution ingénieuse : fournir à la corrosion un autre élément à attaquer.
Les anodes sacrificielles utilisées sur les structures offshore en acier sont généralement composées d'alliages de zinc ou d'aluminium et sont fixées à la coque ou à d'autres éléments métalliques immergés. Lorsque l'anode et l'acier à protéger sont en contact dans un électrolyte, la corrosion se produit préférentiellement dans le métal le plus réactif. Autrement dit, l'anode se dégrade lentement d'elle-même, empêchant ainsi la corrosion de l'acier.
Le choix du métal est important. Il doit être suffisamment réactif pour assurer la protection, tout en étant suffisamment durable pour rester utilisable. Les anodes sont installées à des endroits précis où elles peuvent être inspectées et remplacées si nécessaire.
Après tout, une anode usée peut paraître étonnamment misérable, ayant perdu une grande partie de sa masse initiale. Cela n'indique en rien un problème. Bien au contraire. La disparition d'un morceau de métal indique que le système de protection a parfaitement rempli sa fonction. Il a été conçu pour être brûlé.[2]
8. Disques de rupture dans les systèmes à haute pression
Disque de rupture : Explications | Qu'est-ce qu'un disque de rupture ? | Fonctionnement | Ingénierie de base
La pression est utile jusqu'à un certain point. C'est pourquoi les réservoirs, les canalisations, les chaudières et d'innombrables systèmes industriels peuvent être équipés de dispositifs conçus pour se rompre en cas de situation dangereuse.
Un disque de rupture est un composant mince conçu pour résister à la pression et se rompre lorsqu'un seuil de pression prédéterminé est atteint. Lors de la rupture, il crée un orifice permettant à la pression de s'échapper avant que le réservoir ou la canalisation ne subisse une défaillance potentiellement catastrophique.
Contrairement à une soupape de sécurité, qui peut s'ouvrir puis se refermer, un disque de rupture est à usage unique. Une fois rompu, il a rempli sa fonction et doit être remplacé.
Il est important de noter que le disque de rupture doit céder en premier. Un réservoir sous pression en acier peut s'avérer coûteux, difficile à remplacer et extrêmement dangereux en cas de rupture catastrophique. Un disque de rupture, quant à lui, est relativement peu coûteux et remplaçable.
Cette hiérarchie n'a rien d'aléatoire. Les ingénieurs spécifient la pression à laquelle ils souhaitent que le disque cède. Lorsqu'il cède exactement comme prévu, le composant cassé prouve que tout s'est bien déroulé.[3]
7 goupilles de sécurité dans les souffleuses à neige
Instructions pour le remplacement des goupilles de sécurité d'une souffleuse à neige
La collision d'un gros bloc de glace avec la tarière d'une souffleuse à neige est une combinaison dangereuse. Heureusement, la conception de la machine inclut un petit composant destiné à résister à ce type de collision.
La goupille de sécurité est une petite pièce métallique qui relie la vis sans fin à l'arbre rotatif. Elle est volontairement plus fragile que les autres composants. En conditions normales, elle transmet parfaitement la force. Cependant, en cas de blocage soudain de la vis sans fin, le couple résultant augmente considérablement, et la goupille se casse, désolidarisant ainsi la vis sans fin du mécanisme d'entraînement.
Cette rupture soudaine est une caractéristique de conception, et non un défaut. Sans goupille de sécurité, la charge de choc peut être transmise à des composants de la machine plus coûteux, risquant d'endommager les engrenages, les arbres ou la boîte de vitesses.
Remplacer une goupille cassée peut être agaçant, surtout lorsqu'on est en train de déneiger son allée après une tempête. Mais l'alternative est bien pire. La goupille n'a jamais été conçue pour résister à toutes les conditions. Elle est censée assurer la sécurité de votre voiture.[4]
6. « Fusibles structurels » sismiques dans les bâtiments sujets aux tremblements de terre.
5 méthodes clés utilisées par les ingénieurs pour « protéger » les bâtiments contre les tremblements de terre – Explications d'un ingénieur en structure.
Le bâtiment le plus sûr lors d'un séisme n'est pas forcément celui qui reste parfaitement immobile. En réalité, une rigidité excessive peut s'avérer dangereuse, car une structure qui ne peut se déformer est moins apte à absorber l'énergie considérable générée par un tremblement de terre. L'ingénierie parasismique moderne privilégie souvent une approche différente : permettre la déformation de certains éléments tout en maintenant la structure principale immobile.
Un exemple en est la bielle de retenue, un élément en acier conçu pour se déformer de manière contrôlée sous de fortes charges sismiques. Plutôt que de laisser ces charges se concentrer dans les zones critiques de la structure du bâtiment, les bielles absorbent et dissipent l'énergie par une déformation contrôlée.
Cela en fait un exemple du concept plus large de « fusion structurale », où les dommages sont intentionnellement concentrés sur des éléments individuels afin de minimiser les dégâts sur les parties plus critiques du bâtiment. Certains systèmes de fusion structurale sont spécifiquement conçus pour permettre l'inspection et le remplacement des éléments endommagés après un séisme majeur, évitant ainsi la reconstruction complète de toute la structure porteuse.
Il existe toutefois une distinction importante. Un dispositif de sécurité structurelle n'est pas conçu pour simplement céder. Ses caractéristiques de résistance et de déformation sont spécifiquement étudiées pour se déformer de manière prévisible, tout en contribuant à protéger la structure porteuse principale du bâtiment. Dans la construction traditionnelle, une déformation irréversible de l'acier est considérée comme catastrophique. Ici, en revanche, une déformation contrôlée peut signifier que l'acier s'est comporté exactement comme prévu par les ingénieurs.[5]
#5-1, s'il vous plaît.
5 tours et poteaux d'éclairage aéroportuaires fragiles
Select Engineering Services propose des services de conception pour les systèmes de tours ILS composites dotés de capacités de destruction.
Les aéroports comportent de nombreux équipements avec lesquels les aéronefs ne doivent jamais entrer en collision : feux de signalisation, panneaux, antennes, instruments météorologiques et autres structures situées à proximité des pistes. Cependant, en cas de sortie de piste, certains de ces dispositifs sont spécifiquement conçus pour éviter les collisions.
Ces structures utilisent des supports fragiles conçus pour se rompre à l'impact. Le principe est simple : un poteau en acier rigide pourrait pénétrer le fuselage d'un avion ou causer des dommages structurels supplémentaires. Un support fragile, en revanche, se brise à l'impact, préservant ainsi la structure et réduisant les forces transmises à l'avion.
Des accidents ont clairement démontré l'importance de cette question. En 1971, le vol 845 de Pan Am a percuté la structure d'éclairage d'approche lors de son décollage de l'aéroport international de San Francisco. Des débris de cette structure ont pénétré dans le cockpit du Boeing 747, blessant grièvement des passagers.
Les normes actuelles de la FAA exigent que certains éléments essentiels des zones de sécurité des pistes soient installés sur des supports à faible impact. Ces directives limitent même la hauteur de certains points de rupture à 7,6 cm (3 pouces) maximum au-dessus du sol environnant.
Il peut paraître étrange de consacrer autant d'efforts à la conception d'une tour facilement endommageable. Mais si l'avion se trouve déjà dans la zone où se situe la tour, préserver son intégrité devient soudainement la tâche la moins importante.[6]
fusible à 4 broches pour moteur d'avion
Pourquoi les moteurs d'avion sont-ils conçus pour se détacher en cas de crash ?
Lors du développement du premier 747, les ingénieurs de Boeing ont été confrontés à un problème hypothétique préoccupant : si l’un des imposants moteurs entrait en collision avec un objet ou était soumis à une contrainte extrême, pourrait-il se détacher sans endommager une partie de l’aile, voire le réservoir de carburant ?
La solution comprenait des goupilles de sécurité structurelles dans le système de support du moteur. Ces goupilles étaient spécifiquement conçues comme des points faibles permettant au moteur et à son support de se séparer sous certaines charges extrêmes avant que des forces catastrophiques ne soient transmises à l'aile.
Du moins, c'était la théorie.
Le danger de défaillance contrôlée est devenu évident après le décollage du vol El Al 1862 d'Amsterdam en 1992. La rupture d'un fusible et d'un mât a provoqué la séparation du moteur intérieur droit. Ce dernier a percuté le moteur adjacent, qui s'est également séparé, et l'avion, fortement endommagé, s'est finalement écrasé sur un complexe résidentiel.
Les enquêteurs ont découvert que la procédure de séparation des moteurs, pourtant censée être plus sûre, aurait pu avoir des conséquences catastrophiques. Boeing a repensé le support moteur du 747, et la Federal Aviation Administration (FAA) a par la suite imposé des modifications visant à empêcher la séparation des moteurs en vol. Les goupilles de sécurité ont été conservées dans le système modifié, mais leur rôle initial en tant qu'éléments de sécurité a été limité principalement aux impacts au sol graves.
La leçon était douloureuse mais importante : même lorsque les ingénieurs choisissent soigneusement quelle pièce doit tomber en panne en premier, des conséquences réelles peuvent survenir auxquelles personne ne s'attendait.[7]
3 fusibles dans les systèmes d'extinction d'incendie
L'élément chauffant est en marche ! Le fusible se déclenche en cas d'incendie.
Un système d'extinction automatique d'incendie est une simple contradiction. L'alimentation en eau doit rester étanche avant qu'un incendie ne se déclare, mais dès que la température atteint des niveaux dangereux, cette étanchéité doit être rompue rapidement.
L'une des premières solutions pratiques fut proposée par Henry S. Parmelee, un fabricant de pianos de New Haven, dans le Connecticut. Soucieux de protéger son usine et de réduire ses coûts d'assurance incendie élevés, Parmelee mit au point un système automatique d'extinction d'incendie dans les années 1870.
Son dispositif reposait sur un matériau fusible qui fondait sous l'effet de la chaleur. Une fois ce point faible, judicieusement choisi, franchi, le mécanisme libérait de l'eau. Parmelee obtint un brevet américain pour son extincteur automatique en 1874 et installa le système dans son usine de pianos.
Les arroseurs modernes utilisent des versions plus sophistiquées du même principe. Certains emploient des éléments métalliques fusibles ; d’autres, de petites ampoules de verre scellées remplies de liquide. La chaleur provoque la dilatation du liquide jusqu’à ce que l’ampoule éclate, libérant ainsi le joint qui retient l’eau.
Il est important de noter que les sprinklers ne fonctionnent généralement pas tous simultanément. La chaleur doit atteindre la température de fonctionnement de chaque sprinkler. Par conséquent, lorsqu'un de ces minuscules composants fond ou que l'ampoule de verre se brise, le sprinkler ne tombe pas en panne. Son composant le plus important se détruit simplement.[8]
2 zones de déformation en cas de collision dans une voiture
Comment les zones de déformation vous protègent en cas d'accident | Infos utiles du vendredi | Service après-vente Maruti Suzuki
Pendant des décennies, les concepteurs automobiles ont supposé qu'une voiture plus sûre devait simplement être plus solide et plus rigide. L'ingénieur Béla Barényi s'est rendu compte que cela pouvait en réalité aggraver les accidents.
Au lieu de chercher à maintenir la structure de la voiture en parfait état, Barényi proposa de la diviser en zones structurelles distinctes. L'habitacle resterait relativement rigide, tandis que les parties avant et arrière se déformeraient intentionnellement en cas de collision.
Cette déformation absorbe une partie de l'énergie cinétique de la voiture et allonge le temps de décélération des passagers. En d'autres termes, l'avant du véhicule se « sacrifie » pour que les occupants subissent des forces d'impact moins importantes.
En 1951, Daimler-Benz déposa un brevet pour la conception de carrosserie de Barényi, améliorant la sécurité ; celui-ci lui fut accordé l’année suivante. En 1959, Mercedes-Benz lança la série W111, premiers véhicules de série à mettre en œuvre le concept d’une cabine rigide pour les passagers, entourée de zones de déformation contrôlée.
Ainsi, un capot fortement cabossé peut sembler être la preuve d'un accident de voiture. En réalité, une grande partie de ces dégâts a peut-être été soigneusement planifiée des décennies avant l'accident.
La découverte majeure de Barényi a été de comprendre que la voiture la plus sûre n'est pas forcément celle qui reste en parfait état. Parfois, il faut sacrifier la carrosserie pour que les passagers puissent gagner.[9]
1. Fixations de ski qui libèrent spécifiquement la chaussure.
Vérification du mécanisme de déclenchement des fixations de ski : ce que vous devez savoir
En 1937, le champion de ski alpin Hjalmar Hvam se cassa la jambe si gravement qu'il fut hospitalisé. Selon son propre récit, à peine sorti de l'anesthésie, il demanda un crayon et du papier à l'infirmière.
Il voulait dessiner une fixation de ski.
Les premières fixations de ski maintenaient fermement la chaussure du skieur au ski, ce qui fonctionnait parfaitement jusqu'à ce que le skieur chute et que le long ski commence à se courber dans une direction où le pied n'était jamais censé aller. Hvam comprit alors que le maillon faible était la fixation elle-même.
La fixation Saf-Ski qu'il a mise au point utilisait un mécanisme de déclenchement à l'avant du pied, conçu pour permettre à la chaussure de se libérer en cas de forces inhabituelles. Hvam a développé ce système après un accident survenu en 1937, a déposé une demande de brevet américain en 1939 et l'a obtenu en 1941. Le brevet décrivait précisément la réduction du risque de fractures de la jambe causées par les fixations de ski rigides.
Les fixations de ski modernes sont bien plus complexes que le modèle original de Hvam. Elles prennent en compte des facteurs tels que le poids, la taille, le niveau du skieur, la pointure de ses chaussures et d'autres variables, garantissant un maintien sûr lors du ski et un déclenchement efficace même sous forte pression.
Cette méthode de déchaussage peut s'avérer très frustrante. Votre ski risque de se détacher lors d'une chute dans la neige, et vous devrez remonter pour le récupérer.
Mais c’est là tout l’intérêt de l’inconvénient. Lorsque l’alternative consiste à utiliser la partie inférieure du pied comme élément sacrificiel lors de la torsion du ski, il est bien préférable de concevoir la fixation de manière à ce qu’elle cède en premier.[10]
Encore plus de listes intéressantes
10 solutions ridiculement compliquées à des problèmes simples
10 choses étranges trouvées à l'intérieur d'autres choses
10 faits surprenants concernant l'affaire d'espionnage atomique…
Dix choses que vous savez sur les cowboys et qui sont complètement fausses.
10 faits que vous ignorez peut-être sur la fabrication…
10 faits sur la Statue de la Liberté que vous ignorez peut-être.
10 faits sur Alcatraz que vous ignoriez.
10 faits sur les corbeaux que vous ignorez peut-être.
Dix faits sur les vice-présidents américains que vous ignoriez peut-être.
Partager Tweeter WhatsApp Épingler Partager par e-mail 0 Partager