Comment un tas de pierres posées peut-il tenir debout en arc ?
Dans un arc en pierre, ce n'est pas la colle qui travaille : chaque bloc se contente de comprimer ses voisins.
▶ Lancer l'histoireUn arc tient debout parce que sa courbe transforme le poids en compression. Chaque pierre en forme de coin est pressée contre ses voisines, si bien que tout l'anneau travaille en compression, et la pierre excelle à être comprimée. Les bâtisseurs pouvaient la considérer comme capable d'encaisser des pressions énormes, alors que sa résistance à la traction, même avec du mortier, était pratiquement nulle. Une poutre de pierre posée à plat sur un vide fléchit, ce qui étire sa face inférieure, et c'est précisément là que la pierre casse. L'arc contourne le problème.
Il y a un revers : l'arc pousse sur les côtés, à ses pieds. Cette poussée vers l'extérieur explique pourquoi les arcs anciens ont besoin d'appuis massifs, et pourquoi une rangée d'arcs fonctionne si bien : chacun s'appuie sur le suivant, et seuls les deux arcs des extrémités doivent être contrebutés.
Un arc ne tient pas non plus à moitié construit. Pendant le chantier, il repose sur un gabarit en bois, le cintre, et ne se porte lui-même qu'une fois posée la dernière pierre, la clé de voûte, tout en haut. Curieusement, cette pierre célèbre est celle qui subit le moins d'effort.
En 1676, le savant Robert Hooke a trouvé la forme idéale grâce à une astuce magnifique : suspendre une chaîne, puis la retourner. La courbe que prend une chaîne qui tire est celle dont un arc a besoin pour pousser.
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Récap
Suspends une chaîne, retourne-la, et tu obtiens l'arc idéal : la traction pure devient compression pure.
Le fait surprenant · La clé de voûte, célèbre pour tenir l'arc, est la pierre qui subit le moins d'effort.
Sources (4)
Pas de source, pas d'affirmation. Chacun des 16 faits de cette leçon renvoie à au moins une de ces sources.