Les explications sur un phénomène à l'apparence simple, mais en réalité complexe.

Avant toute expérience, il nous fallait comprendre ce qu'est le rebond, comment il fonctionne. C'était fondamental si nous voulions réussir notre défi : créer une balle rebondissante artisanale. D'après nos recherches, il existe deux principaux facteurs pour qu'une balle soit rebondissante.

A) Elasticité

Après quelques recherches, nous comprîmes que la notion de rebond était directement liée à la notion d'élasticité. A l'échelle moléculaire, nous avons pu apprendre par la suite que le type de molécule présentant ces propriétés élastiques s'appelait un élastomère. 

Qu'est-ce qu'un élastomère? Comment fonctionne-t-il?

Un élastomère est un polymère (macromolécule) présentant des propriétés « élastiques », obtenues après un "assemblage de polymères" appelé réticulation (qui peut se faire par la voie chimique ou bien physique). Nous ne vous apprendrons rien en vous disant qu'il supporte de très grandes déformations avant rupture. En effet, essayez de rompre du caoutchouc  en le tendant, vous verrez ! Par ailleurs, le terme de caoutchouc est un synonyme usuel d'élastomère, car c'est le plus connu  des élastomères; il est longtemps resté le seul élastomère connu.

Pour être qualifié d'élastomère, une molécule doit être résiliente : en effet après sa sollicitation (au moment du rebond), elle doit reprendre sa géométrie initiale ; c'est-à-dire, dans notre cas pour notre balle rebondissante, sa forme de boule. Si par hasard notre balle créée s'aplatissait après le premier rebond, cela voudrait dire que cette condition n'est pas respectée. Dans ce cas là, le matériau sera appelé matériau plastomère.

Nous en sommes arrivés à la conclusion qu'un élastomère subit seulement une déformation élastique, tandis qu'un plastomère subira une déformation élastique ainsi qu'une déformation permanente. Nous obtenons donc les schémas suivants:

Pour tout comprendre, il faut regarder la structure moléculaire d'un élastomère. Nous avons appris qu'il est constitué de longues chaînes moléculaires, qu'on appelle des macromolécules. Au repos, celles-ci sont repliées sur elles-mêmes, formant une pelote aléatoire: en effet une chaîne peut ainsi peut ainsi prendre différentes conformations (une conformation est une disposition tridimensionnelle) qui se succèdent d'une façon tout à fait aléatoire, l'état replié d'une chaîne de polymères ne peut être décrit que d'une manière statistique. C'est pourquoi, dans cet état, on appelle la chaîne une "pelote statistique". 

Néanmoins, il existe quand même quelques liaisons entre les polymères, formant des nœuds d'ancrage, ce qui permet de toujours garder une structure tridimensionnelle. Lorsqu'une sollicitation a lieu, la distance entre deux nœuds va croître. Le contact entre la balle et le sol est une contrainte :

 Lorsque la contrainte est supprimée (c'est-à-dire que la balle a quitté le sol), le matériau ne reste pas dans son état étiré, mais, sous l'action quasi-exclusive des mouvements browniens (mouvements parfaitement irréguliers, sujet que nous ne développerons pas compte tenu de leurs difficultés supérieures au niveau 1ère) des chaînons, les segments de chaînes retournent à leur état replié de départ. C'est donc cette réversibilité de la déformation caractérise une déformation élastique. Les schémas ci-dessous illustrent les deux situations que nous venons d'aborder :

Nous pouvons donc comprendre que plus la densité de nœuds est élevée, moins le polymère peut s'étendre. Il est donc plus raide, donc moins élastique. Par conséquent, la balle rebondira  moins.

Il faut savoir que ce système de réticulation (dû à la température et éventuellement à la pression) nous a été dit complexe, par conséquent nous n'irons pas plus loin dans nos explications.

Ainsi, le rebond peut être dû à l'élasticité de la matière provenant de l'élongation et de la contraction des chaînes moléculaires.

B) Viscosité

Même si notre balle sera composée d'élastomères à l'échelle moléculaire, si elle est trop visqueuse, elle ne fera que s'écouler sous son propre poids.

En effet, dans le cas d'un rebond, la vitesse est généralement élevée et donc une viscosité faible réduirait la dissipation d'énergie mécanique. L'énergie cinétique se transformerait en énergie élastique lors de l'écrasement et pourrait alors être restituée presque entièrement lors du retour élastique. La balle repartirait avec presque la même vitesse qu'elle avait lors de l'impact, mais cette fois-ci en sens inverse. Il n'y aurait pas de dissipation visqueuse. Si notre balle pouvait supporter de grandes déformations, elle serait en capacité d'accumuler de l'énergie élastique sans monter dans les contraintes élevées, ce qui aurait pour conséquence de l'amener à rupture.

Ainsi, il sera nécessaire pour notre balle d'avoir une viscosité faible, voire quasi nulle afin d'éviter la perte d'énergie lors du rebond.

Conditions du rebond : Finalement, pour que notre balle possède le meilleur rebond possible, il est impératif que les composés chimiques forment des élastomères afin d'assurer l'élasticité du produit et que la viscosité soit faible pour supporter les déformations.

Nous en savons maintenant suffisamment pour commencer la conception de notre balle ! Allons-y ! Cliquez ici : II)Conception et réalisation