Des chercheurs examinent pourquoi nous glissons et tombons et comment les éviter

Par MARTY LEVINE

Une équipe de chercheurs de Pitt se rapproche de la compréhension de la science derrière ce qui nous fait glisser et tomber, et comment mieux l'empêcher - et nous devons nous relever du sol et en prendre note.

La science de la mesure du frottement, de la lubrification et de la façon dont les choses entrent en contact, vibrent et s'usent - vos chaussures contre le sol, par exemple - s'appelle la "tribologie". Kurt Beschorner, membre du corps professoral de la Swanson School of Engineering, étudie la biomécanique de la façon dont les chaussures adhèrent ou glissent sur des surfaces sèches et humides, jusqu'au niveau du nanomètre.

"Ce n'est pas une sous-discipline très connue et, comme beaucoup de gens qui finissent par faire de la tribologie, je n'ai pas commencé avec cette spécialisation en tête", dit-il.

En tant qu'étudiant de premier cycle en génie mécanique, Beschorner a découvert comment la science s'appliquait aux humains via la biomécanique. Puis, faisant son doctorat. dans le Human Movement and Balance Lab de Pitt, il a trouvé des collègues chercheurs essayant déjà de comprendre les accidents de glissade et de chute. "Il est devenu clair", a-t-il dit, que ce domaine "était vraiment sous-développé". La lubrification des moteurs et la traction des pneus avaient longtemps été étudiées, mais les recherches plus modernes n'avaient pas été bien appliquées aux humains et à leurs chaussures.

Beschorner et Tevis Jacobs, membre du corps professoral de la Swanson School en science mécanique et des matériaux, en sont à la deuxième année d'une subvention de deux ans de l'Institut national pour la sécurité et la santé au travail pour mesurer la rugosité de surface à la plus petite échelle jamais réalisée. Ils travaillent également avec le Tile Council of America, qui a pour objectif de concevoir des carreaux offrant la meilleure adhérence.

Nous savons que la glace est ultra-glissante. Mais nous savons qu'il serait inutile d'avoir des chaussures qui adhèrent immédiatement et inamoviblement à toutes les surfaces. Alors, où, entre ces deux extrêmes, se trouve cet endroit idéal pour se promener en toute sécurité ? Quelle est la meilleure surface et quelles sont les chaussures les plus utiles ?

Il s'agit de créer le bon type et la bonne quantité de friction. Le frottement se produit dans de nombreuses conditions différentes, humides et sèches. Les sols qui semblent lisses ont un certain degré de frottement, et l'étude Beschorner/Jacobs se concentre sur le frottement par hystérésis - la vibration des matériaux dans les semelles de chaussures lorsqu'ils entrent en contact avec différentes tailles et rangées de bosses sur le sol, en particulier la variété invisible et minuscule.

"Le sol, même s'il a l'air plat, c'est vraiment rugueux quand on zoome dessus", note Beschorner. Bien sûr, les morceaux bruts sont ultra-minuscules, dit-il, "mais voici le problème avec les choses qui sont vraiment, vraiment minuscules – il y en a beaucoup."

L'équipe de chercheurs teste les revêtements de sol de plusieurs manières, notamment en examinant les caractéristiques de surface au microscope électronique et en "marchant" sur le sol avec un mollet et un pied mécaniques sur lesquels diverses chaussures sont ajustées, en mesurant les nombreuses forces que chaque chaussure rencontre, y compris le frottement, avec différents matériaux et conditions de revêtement de sol.

Les objectifs à long terme de l'étude sont d'aider les fabricants de chaussures à créer des chaussures plus adhérentes et les fabricants de revêtements de sol à améliorer la conception des sols, ainsi que "de trouver des moyens efficaces de donner aux consommateurs des informations afin qu'ils puissent prendre des décisions plus éclairées concernant la traction ou le frottement des chaussures". et les revêtements de sol qu'ils achètent. »

Déjà, dit-il, "nous avons des résultats convaincants qui, selon nous, justifient la poursuite de la recherche" et l'équipe a l'intention de rechercher d'autres financements.

En attendant, ils présenteront un résumé de ces premiers résultats lors d'une conférence sur l'ingénierie des fluides à Osaka le mois prochain, montrant que leurs tests et leur modélisation fonctionnent pour prédire le risque de glissement.

Lorsque vous marchez, les vibrations de vos chaussures se produisent à différentes fréquences à différents endroits, selon l'étude. Les caractéristiques à plus grande échelle sur un sol font vibrer vos matériaux de fond de chaussure à des fréquences plus basses, tandis que les caractéristiques à plus petite échelle créent des vibrations à plus haute fréquence car elles sont plus proches les unes des autres. "Plus l'énergie perdue à cause de cette vibration diminue le risque de dérapage", explique-t-il. La surface adhère mieux à votre chaussure.

Mais les fabricants de chaussures (ceux qui testent leurs chaussures pour leur capacité de préhension) ne mesurent pas les chaussures à une fréquence de vibration suffisamment élevée pour détecter le point de glissement le plus important, ajoute-t-il, comme le montrent les premiers résultats de l'étude.

Les propriétés du caoutchouc font une grande différence dans le résultat de ces tests de friction, "et les consommateurs n'ont généralement pas accès à ces informations", déclare Beschorner. Les chutes aux conséquences importantes surviennent non seulement chez les personnes âgées, mais aussi chez de nombreux types de travailleurs à l'intérieur et à l'extérieur, de sorte que les chutes peuvent être coûteuses en pertes d'affaires et en vies.

"Il est très courant que les chutes déclenchent une cascade d'événements", allant d'autres effets secondaires préjudiciables à la mort. En fait, dit-il, les chutes sont souvent la principale cause de blessures pour les visites aux urgences, dépassées certaines années seulement par les accidents de la route.

"Comment concevons-nous les lieux où nous travaillons et vivons de manière à ce que les dangers soient plus apparents ou puissent être totalement évités ?

"Nous pourrions faire beaucoup du point de vue de la santé publique" pour aider à prévenir les chutes, notamment en donnant aux gens de meilleures informations sur la sécurité avant l'achat de chaussures et de revêtements de sol. "Ce n'est pas très différent de l'achat de pneus", souligne-t-il. "Plus nous pouvons donner aux gens de bonnes informations pour leurs décisions d'achat, plus nous pouvons déplacer l'aiguille" vers une marche plus sûre.

Marty Levine est rédacteur pour le University Times. Contactez-le à [email protected] ou au 412-758-4859.

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