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Jean-Pierre BROSSARD : Professeur de Mécanique à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Lyon
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Lire l’articleINTRODUCTION
La nécessité d’une science qui s’occuperait spécifiquement de l’étude des mouvements indépendamment des causes qui les produisent était vivement ressentie au début du XVIIIe siècle. En effet, il s’agissait de pouvoir expliquer le mouvement des machines, de plus en plus complexes, en les décomposant en sous-ensembles, c’est‐à‐dire qu’il s’agissait de créer une théorie des mécanismes. En 1794, la création de l’École Polytechnique concrétisait dans l’enseignement la naissance de cette nouvelle discipline. En 1808, Lanz et Bétancourt publièrent l’Essai sur la composition des machines et, en 1813, Lazare Carnot La géométrie du mouvement. Mais l’impulsion décisive fut donnée par Ampère qui, après une critique profonde, publiait le manifeste de la nouvelle science :
« C’est à cette science, où les mouvements sont considérés en eux-mêmes tels que nous les observons dans les corps qui nous environnent et spécialement dans les appareils appelés machines, que j’ai donné le nom cinématique (de , mouvement) » (Essai sur la philosophie des sciences, 1830).
Les fondements mathématiques ne tardèrent pas à se développer. D’ailleurs, certains résultats existaient déjà. Citons les principaux :
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Descartes (1596-1650) : centre instantané de rotation (CIR) dans le mouvement plan ;
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Euler (1707-1783) : mouvement autour d’un point fixe, mouvement plan, construction dite d’Euler-Sarary ;
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D’Alembert (1717-1783) : mouvement autour d’un point fixe (déplacement infinitésimal) ;
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Jean Bernoulli (1667-1748) : centre instantané de rotation (CIR) pour un mouvement plan ;
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Cauchy (1789-1857) : courbe roulante dans le mouvement plan (Descartes avait trouvé que le CIR était le point de contact) ;
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Chasles (1793-1880) : le mouvement le plus général est un mouvement hélicoïdal ;
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Poinsot (1777-1859) : représentation d’un mouvement autour d’un point fixe ;
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Ampère (1775-1836) : création du mot cinématique ;
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Coriolis (1792-1843) : composition des accélérations.
Dès lors, on a assisté à une séparation de la cinématique en cinématique pure et cinématique appliquée. Actuellement, la cinématique pure, ou tout simplement cinématique, est l’étude des mouvements indépendamment des supports matériels. S’il y a eu des contributions importantes depuis le siècle passé, l’essentiel du corps de la théorie était alors établi.
Nous avons voulu à la suite d’autres auteurs (particulièrement R. Bricard, M. Cazin, J.L. Destouches) donner une formulation très structurée qui permette une grande économie de pensée, aussi bien en cinématique, qu’en dynamique.
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1. Composition des mouvements
1.1 Définitions : postulats de base
Nous allons présenter les postulats ou axiomes de la mécanique. Le lecteur ne doit point s’en effrayer. Ils représentent en quelque sorte l’extrême synthèse du savoir accumulé au cours des âges. Ils fixent le cadre de la théorie et définissent les concepts sur lesquels elle repose. Nous utiliserons ici l’excellente formulation de Cazin et Destouches (cf. ).
HAUT DE PAGE1.1.1 Concept de système mécanique
En mécanique, on étudie le mouvement de certains corps ou de certaines parties de l’Univers. Toute partie que l’on peut ainsi isoler est appelée système mécanique. On étudiera ici, en mécanique classique, essentiellement des objets qui sont directement perceptibles par nos sens. Il faut toutefois noter que la mécanique classique peut s’utiliser dans de nombreux cas où il n’en est pas ainsi, notamment dans certains problèmes de mécanique des particules.
HAUT DE PAGE1.1.2 Représentation des systèmes
Postulat I : tout système mécanique (Σ ) est représentable géométriquement, dans l’espace physique qui est un espace euclidien à trois dimensions R3 , par un ensemble Es de points de cet espace.
En effet, dans le monde sensible, les axiomes qui définissent l’espace euclidien de dimension 3 sont vérifiés à la précision des mesures.
Postulat II : principe de l’atomisme classique. L’ensemble des points de l’espace euclidien R3 qui représente le système est un ensemble fini de points. Les points figuratifs sont appelés points matériels.
Cette notion sera d’ailleurs ultérieurement précisée (dynamique) et nous montrerons qu’elle est très féconde car on peut faire l’expérience du point matériel (le centre d’inertie d’un solide se meut comme un point matériel).
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