Des engrenages dépourvus de dents: voilà l'invention étonnante d'une équipe de l'Université de New York. Ce système utilise des cylindres mis en rotation par un fluide, remplaçant ainsi les roues dentées traditionnelles. Ce concept pourrait transformer la conception des machines en offrant une adaptabilité inédite.
Les engrenages classiques existent depuis des millénaires, des premiers exemplaires en Chine antique aux mécanismes d'Anticythère. Leurs dents rigides, qu'elles soient en bois, métal ou plastique, nécessitent un alignement parfait et s'usent ou se bloquent facilement. Ces limitations ont poussé les chercheurs à imaginer une alternative sans contact direct.
Deux cylindres dans un récipient circulaire, entourés d'un liquide avec des bulles pour visualiser les écoulements. Celui de gauche est entraîné par un moteur, tandis que celui de droite tourne passivement grâce aux courants. Crédit: NYU's Applied Mathematics Laboratory Jun Zhang, professeur de mathématiques et de physique, explique que son équipe a inventé des engrenages qui s'engrènent en faisant tourner un fluide, plutôt qu'avec des dents. Les mouvements de l'air et de l'eau sont déjà utilisés dans les turbines, mais ici, les chercheurs ont voulu contrôler précisément les écoulements pour imiter le comportement d'engrenages.
L'expérience a utilisé des cylindres plongés dans un mélange d'eau et de glycérol. En ajustant la viscosité et la densité, ils ont pu modifier la façon dont le fluide transmet le mouvement. Des bulles microscopiques ont permis de visualiser les courants. Le cylindre actif était mis en rotation, et les scientifiques observaient la réaction du cylindre passif à différentes distances et vitesses.
Les résultats montrent deux comportements distincts. Lorsque les cylindres sont proches, le fluide agit comme des dents d'engrenage: le cylindre passif tourne en sens inverse. Si la distance augmente et que la vitesse est plus élevée, le fluide enveloppe le cylindre passif à la manière d'une courroie, les faisant tourner dans le même sens. Cette double possibilité n'existe pas avec des engrenages solides.
Les avantages sont nombreux. Leif Ristroph, co-auteur, indique que les engrenages classiques nécessitent un engrènement parfait, alors que les engrenages fluides évitent tout problème de blocage dû à la poussière ou à un mauvais alignement. De plus, la vitesse et même le sens de rotation peuvent être modifiés en temps réel, ce qui ouvre des possibilités de conception inédites.