La prothèse sportive est principalement composée de fibre de carbone ou de titane.
LA FIBRE DE CARBONE
Les fibres de carbone ont fait leur apparition en 1880, grâce à Thomas Edison qui l’emploi comme filament dans une lampe à incandescence.
La fibre de carbone est un matériau se composant de fibres extrêmement fines, de 5 à 15 micromètres de diamètre, et composé principalement d'atomes de carbone. Ceux-ci sont agglomérés dans des cristaux microscopiques qui sont alignés plus ou moins parallèlement à l'axe long de la fibre. L'alignement des cristaux rend la fibre extrêmement résistante pour sa taille. Plusieurs milliers de fibres de carbone sont enroulées ensemble pour former un fil, qui peut être employé tel quel ou tissé.
Les fibres de carbone sont caractérisées par leur faible densité (1,7 à 1,9), leur résistance élevée à la traction et à la compression, leur flexibilité, leurs bonnes conductivités électrique et thermique, leur tenue en température ainsi que leur inertie chimique (sauf à l’oxydation).
Les fibres de carbones sont produites à partir de polyacrylonitrile. Tout d'abord, on effectue l'oxydation des fibres de polyacrylonitrile pendant une à deux heures, à l'air et à une température de 200 à 300 degrés Celsius. Puis, la carbonisation a lieu sous une atmosphère de diazote, à une température de 1000 à 1500 degrés pendant seulement quelques minutes. Une fois ces étapes terminées, on obtient des fibres de carbone, un matériau composé à 90 % de carbone, environ 8 % d'azote, 1 % d'oxygène et moins de 1 % d'hydrogène.
La fibre de carbone est donc utilisée pour renforcer les matériaux composites qui sont faits de plusieurs matériaux constitutifs qui sont disjoints et visibles à l’échelle macroscopique tout en ne formant qu’un seul composant.
On classe ainsi les matériaux constitutifs en deux catégories :
· le renforcement, qui est une fibre robuste telle que la fibre de verre, le kevlar ou dans notre cas la fibre de carbone, qui va effectivement donnée au matériau sa résistance à la traction
· la matrice, qui est un élément servant à transférer les efforts aux fibres, qui sont plus raides et plus résistantes : c’est généralement un polymère ou un époxyde qui agit comme un adhésif afin de lier les fibres ensemble. Elle assure donc un rôle d’aide à la protection des fibres vis-à-vis de l’environnement et de la dégradation.
Ce matériau présente de nombreux avantages qui justifient son utilisation :
Ø Faible densité (entre 1.5 et 1.6 alors que l’acier est à 7.5 et 8) facilite l’accélération du coureur
Ø Résistance élevée à la traction et à la compression
Ø Flexibilité
Ø Matériau le plus robuste qu’on connaisse
Ø Rapport résistance/poids incomparable
Ø Légèreté et longévité
Ø Rigidité
On relève également des inconvénients :
Ø Une mauvaise résistance à l'abrasion et aux chocs.
Ø Leur recyclage (broyage problématique).
Ø Leur conductivité, de nombreuses électrocutions ont frappé des pêcheurs après avoir heurté une ligne électrique avec leur canne ; ou des marins en manœuvrant le mât de leur voilier.
Ø Cette fibre provoquerait sous certaines formes des risques de cancer du poumon (plèvre), sa structure étant proche de celle de l'amiante.
Ø L’un des inconvénients principaux est le prix très élevé d’environ cinquante euros par kilogramme.
