Engineering
Tour de potier
Montez la paroi d’une motte d’argile ouverte en un haut cylindre, remontée après remontée, en regardant la paroi s’amincir et le tour ralentir sous les mains. Mettez plus d’eau pour voir la paroi détrempée se vriller et se rompre, ouvrez un bol et accélérez le tour pour en projeter le bord, et essayez une argile plus molle ou des mains sèches.
Ce qui se passe
Un potier tourne une pièce sur un tour électrique à partir de 1,5 kg d’argile déjà centrée et ouverte : un fond de 12 mm d’épaisseur et une paroi de 25 mm d’épaisseur sur un cercle de 55 mm de rayon. La paroi est un empilement de 96 anneaux, chacun conservant son volume. L’argile est un matériau de Bingham : sous sa contrainte seuil, elle ne s’écoule pas ; au-delà, elle s’écoule avec une viscosité plastique égale à 0,2 s fois cette contrainte ; de la limite de plasticité, à 20 % d’eau, à la limite de liquidité, à 40 %, la contrainte seuil est divisée par cent : 17 kPa à 30 %. Lors d’une remontée, les doigts serrent la paroi de l’intérieur et de l’extérieur avec 30 N chacun sur une zone de 15 mm de large et 30 mm de haut et montent à 1 cm/s ; là où la pression dépasse le double de la contrainte seuil, l’argile est écrasée et la paroi devient plus mince et plus haute, la rotation faisant passer tout l’anneau sous les doigts une fois par tour. Pour un bol, la main intérieure pousse aussi vers l’extérieur. Un moteur à courant continu entraîne le tour ; le frottement des mains (coefficient 0,5 pour des mains sèches et 0,1 pour des mains mouillées) et le travail d’écrasement le freinent. L’eau qu’utilise le potier lubrifie les mains, mais elle pénètre dans la paroi et la ramollit.
À 30 N, l’argile s’écoule dans une bande de 24 mm de haut, et une remontée régulière laisse à la paroi 0,658 de son épaisseur : 16,4 mm au lieu de 25 mm. Trois remontées avec des mains mouillées élèvent la paroi de 7,1 cm à 11,1, 15,7 puis 24,4 cm, pour une épaisseur moyenne de 7,7 mm ; l’eau absorbée a abaissé la contrainte seuil de son anneau le plus mince à 13,6 kPa, et une quatrième remontée vrille la paroi et l’arrache à 19,1 cm, là où le couple des mains dépasse ce que la paroi mince peut transmettre. Avec le maximum d’eau, la contrainte seuil de la paroi détrempée tombe à 7,6 kPa et la paroi cède dès la troisième remontée ; avec des mains sèches qui serrent à 40 N, elle cède à la deuxième, et avec une argile à 33 % d’eau, dès la première. Des mains sèches freinent le tour réglé à 120 tr/min jusqu’à 113,6 tr/min. Un bol ouvert jusqu’à un rayon de bord de 13,4 cm tient à 200 tr/min, mais à 300 tr/min son bord est projeté 0,37 s après l’enfoncement de la pédale, et anneau après anneau, 127,6 cm³ d’argile atterrissent dans la cuvette du tour.
Modèle : des anneaux minces empilés à la verticale, l’épaisseur mesurée à l’horizontale ; l’écrasement est moyenné sur la circonférence de l’anneau, en déformation plane sous les doigts ; la poussée vers l’extérieur et la rotation étirent les anneaux dans le sens circonférentiel ; le poids descend tout droit, si bien qu’une paroi évasée ne s’affaisse pas. Une paroi se déchire là où elle est pincée à moins de 1 mm, étirée librement d’un quart, ou cisaillée au-delà de son seuil par le couple des mains. RK4 au pas de 1/120 s ; le volume de l’argile ne change que par l’eau absorbée, et le bilan d’énergie du moteur, des enroulements, des paliers, du frottement, de l’écoulement de l’argile, de l’eau soulevée et de l’effondrement se boucle.
À essayer
Regardez la première remontée élever la paroi, puis appuyez sur « Remonter » pour une deuxième et une troisième. Mettez le maximum d’eau sur les mains pour voir la paroi détrempée se vriller et se rompre, ou ouvrez un bol et accélérez le tour à 300 tr/min pour en projeter le bord.
Équations du module
Équations τ_y = 1.7 kPa·100^((0.40 − w)/0.20), μ_p = 0.2 s·τ_y dε/dt = (p − σ_w − 2·τ_y)/(4·μ_p)·b/(2πr), p = p_max·(1 − (z/a)²) t_out = t_in·(1 − X), X = ∫(dε/dt) dz / v J·dω/dt = T_motor − T_bearings − T_hands − ω·dJ/dt, T_motor = 3 N·m·s·(ω_set − ω) ≤ 25 N·m T_hands > 2π·r²·t·τ_y, σ_θ = ρ·ω²·r², Δr/r ≥ ¼
