Comportement mécanique
Tribologie des matériaux caoutchouteux

2.1 Élasticité naturelle

La propriété caractéristique des matériaux caoutchouteux, que l'on appelle également élastomères, est leur extraordinaire élasticité. Selon la chronologie historique, c'est en 1805 que Gouth met en évidence les propriétés thermo-élastiques du caoutchouc naturel. Vers 1850, Joule et Kelvin entreprennent l'analyse thermodynamique de l'élasticité de ce type de matériaux et c'est seulement en 1932 que Meyer, van Susick et Valko proposent le mécanisme moléculaire de l'élasticité caoutchouteuse. Comme l'a décrit Staudinger en 1920, un matériau caoutchouteux est formé par l'enchaînement covalent de motifs structuraux simples, identiques, appelés monomères. La synthèse des macromolécules fait appel aux principes chimiques traditionnels de multivalence des atomes. Une macromolécule est donc une longue chaîne pouvant être constituée de plusieurs milliers de monomères. Lorsque l'on impose une déformation à un bloc de caoutchouc obtenu par simple coagulation du latex, les macromolécules glissent les unes par rapport aux autres et l'échantillon se comporte comme un mastic ou de la pâte à modeler avec une légère élasticité due aux enchevêtrements de chaînes qui jouent le rôle de points d'ancrage entre lesquels chaque portion de chaînes macromoléculaires se comporte comme un ressort. Le but de la vulcanisation du caoutchouc naturel est de remplacer les points d'enchevêtrement par des ponts chimiques, appelés points de réticulation ou encore nœuds du réseau macromoléculaire, à l'aide du soufre ou d'autres ingrédients, en créant des liaisons chimiques rigides entre les différentes chaînes. Pour les caoutchoucs synthétiques, les ponts rigides sont formés en réalisant des réactions de polymérisation (voir la 1).

À la température ambiante, les chaînes macromoléculaires sont en perpétuel mouvement (mouvement brownien). En l'absence de toute force imposée à une bande d'élastomère, c'est-à-dire dans l'état que l'on peut appeler « au repos », les chaînes peuvent explorer un très grand nombre de configurations (formes), sans dissipation notable d'énergie, puisque toutes les configurations possibles ont par définition des énergies voisines. Cette situation correspond au plus grand nombre de degrés de liberté,...