Outils

Présentation des outils

L'utilisation de formes de communication sophistiquées (le langage) est considérée comme une des principales caractéristiques qui séparent les humains des animaux. Cette capacité est intimement liée à la capacité de formuler et d'échanger des idées. Elle joue un rôle essentiel dans la conception, l'amélioration et la mise au point des technologies. Par conséquent, l'histoire du développement linguistique est aussi l'histoire des outils, conçus pour former, extraire, exploiter des ressources naturelles. Les humains sont en effet les premiers à pouvoir influencer leur environnement en utilisant des objets conçus pour des tâches spécifiques. Cette aptitude est déterminante pour l'innovation scientifique et l'environnement construit.

Les outils peuvent être décrits et classés selon leur rôle. Les outils qui servent à mouvoir des objets utilisent une forme de compression pour appliquer la force requise. Prenons l'exemple d'une masse. Si une masse reçoit suffisamment de force, elle doit pouvoir enfoncer un poteau de clôture dans le sol, à condition que le sol soit suffisamment mou pour être pénétré. La surface frappée doit avec des dimensions suffisantes pour recevoir la masse. Le matériau du poteau qui reçoit l'impact doit être assez résistant pour accepter la force appliquée sans se détériorer. Certains outils conçus pour mouvoir un objet appliquent un couple (force rotative qui déplace l'objet sur un axe de rotation). Le couple peut être décrit comme étant la relation entre la longueur du levier, la force appliquée et l'angle du levier par rapport à l'objet à pivoter sur un axe. Par exemple, une clé à molette peut pincer un écrou grâce à la molette qui déplace sa mâchoire. Il est alors possible de faire tourner l'écrou pour le serrer ou le desserrer.

Des outils coupants sont conçus pour pratiquer des incisions ou pour découper presque tous les matériaux existants. Haches, couteaux, scies sont des exemples d'outils coupants. La lame ou tranchant de l'outil coupant doit toujours être plus dure que le matériau à couper. Le choix erroné d'une lame en diminuera la performance et émoussera le tranchant, plus ou moins rapidement. Les outils coupants ont maintenant atteint un niveau de précision extrême. Certains outils manuels incluent un guide laser. Des processus de fabrication utilisent des ordinateurs pour réaliser des découpes avec des tolérances mesurées en microns, dans l'industrie du découpage de haute précision des métaux, par exemple.

Les outils de fixation servent à fixer ensemble des matériaux, soit par des techniques de collage, de soudage ou de clouage. Très utilisés dans les secteurs de la construction et de la fabrication, ces outils sont aussi présents chez les particuliers pour exécuter divers travaux de maintenance ou de transformation des structures existantes.

Les outils de façonnage servent à dupliquer avec précision des objets existants. Par exemple, une machine à reproduire des clés contrôle le déplacement d'un outil pour tailler une deuxième clé identique au modèle. Diverses machines utilisent ce même principe dans les métiers du bois et du métal pour produire des structures identiques. Les développements technologiques ont simplifié les travaux de duplication et de fabrication, grâce aux machines à commande numérique. Les informations du produit original sont maintenant stockées sous forme numérique, et exploitées par un ordinateur pour piloter la machine choisie pour la fabrication.

Les outils de mesure sont un des éléments clés de toute opération de construction ou de fabrication, activité industrielle ou scientifique. Depuis les règles et les niveaux à bulle aux capteurs numériques, les outils de mesure ont progressé en précision et sont rapidement devenus plus complexes, depuis la révolution industrielle. L'avènement des transistors (un composant semi-conducteur qui contrôle ou amplifie un courant électrique) a permis la création de dispositifs informatiques toujours plus innovants et plus puissants, capables de mesurer les attributs physiques d'un objet ou chose, tels que quantité, dimensions, puissance, vitesse d'évolution, etc. avec un niveau de précision élevé.

 

Histoire des outils

Les outils existent depuis l'âge de pierre, qui a débuté il y a environ 2,6 millions d'années. Les premières fouilles archéologiques ont laissé penser que les premiers hommes utilisaient seulement des outils (silex taillé) pour chasser et tuer des animaux. Mais des études postérieures ont démontré que l'utilisation d'outils était plus sophistiquée qu'on ne l'avait cru. De nombreux sites de fouilles plus récents indiquent que des outils ont été utilisés pour manger, fabriquer des vêtements, travailler le bois, récolter des plantes, même si le perçage et le découpage de la viande animale ont joué un rôle clé dans l'ascension progressive de l'homme au sommet de la chaîne alimentaire.

À un moment encore indéterminé de l'histoire humaine, les outils en métal ont progressivement remplacé les outils en pierre. Des techniques ont été développées pour séparer les métaux de leur minerai. Les premières preuves de l'extraction minière du cuivre, de l'étain et du plomb sont disséminées dans différentes régions du Moyen-Orient. Vers 6000 av. J-C, la fusion du cuivre était couramment utilisée dans cette région et les connaissances de cette technologie se sont progressivement diffusées dans d'autres parties du monde. Le cuivre s'est révélé trop doux pour fabriquer des outils de construction suffisamment efficaces et capables de durer au contact de surfaces abrasives ou à fort taux d'usure. L'ajout de l'étain dans du cuivre fondu a permis de créer le bronze, un alliage plus dur, plus résistant, offrant une meilleure durabilité native. Ce saut technologique a propulsé le monde dans l'âge du bronze et créé des outils plus robustes et efficaces pour réaliser des tâches plus difficiles.

Les outils modernes sont fabriqués dans des alliages légers, mais aussi en acier inoxydable. L'acier est un alliage de fer auquel l'ajout de carbone confère une résistance supérieure. Il est connu dès l'antiquité, en Chine en particulier. De l'acier était fabriqué au 1er siècle av. J-C dans la région correspondant à l'Iran occidental actuel. Les techniques de l'époque n'autorisaient pas la production de masse. Il fallut attendre le milieu du dix-neuvième siècle pour voir la fabrication de l'acier atteindre une échelle capable d'influencer le monde. L'inventeur anglais Henry Bessemer (1813-1898) a ouvert la voie à la production de masse en développant une nouvelle technique basée sur l'injection d'air dans la fonte brute en fusion.

L'acier a défini les formes structurelles du monde moderne, parce qu'il a totalement remplacé le fer comme matériau de construction. L'utilisation de rivets en acier dans les ponts, les bâtiments et les véhicules, par exemple, a ouvert la voie à des structures plus solides et plus résistantes.

Les outils modernes combinent les connaissances liées au travail du métal, du plastique (synthétique moulé et solide semi-synthétique) et des techniques électriques. Les premiers outils électriques sont apparus à la fin du dix-neuvième siècle, lorsque les connaissances nécessaires à la distribution de l'électricité ont été suffisamment développées pour automatiser des tâches précédemment réalisées à la main. Robert Bosch a créé la Bosch Company en 1886 pour fournir des composants électriques à la proto-industrie automobile. En 1932, Bosch a conçu et commercialisé sa première perceuse électrique. Alors que l'Europe se révélait être une ruche d'innovations, des inventeurs américains s'efforçaient d'exploiter les écarts qu'ils identifiaient sur le marché. La première scie radiale à main a été créée par Raymond DeWalt. DeWalt souhaitait mécaniser le processus de découpage pour obtenir de plus hauts niveaux de précision. Sa scie avait l'avantage de réduire les efforts et d'augmenter l'efficacité du découpage. Le succès rencontré par cette première offre de DeWalt lui a permis de créer l'entreprise DeWalt, spécialiste des outils électriques, qui existe encore aujourd'hui. Black & Decker, créée à Baltimore en 1920 par Duncan Black et Alonzo G. Decker, a conçu la première perceuse électrique. Black & Decker est reconnu comme étant l'inventeur de la poignée pistolet des outils électriques. Son influence sur le développement et l'utilisation de ces outils est encore évident sur le marché actuel.

 

Présentation des outils et de leurs éléments techniques et scientifiques

 

Fer à souder

Un fer à souder sert à joindre deux pièces de métal en créant un joint métallique entre elles. Largement utilisé dans le secteur de l'électricité et de la plomberie, le fer à souder est un outil essentiel dans divers secteurs spécialisés, tels que la fabrication des amplificateurs pour l'industrie de la musique. Le fer à souder utilise le principe selon lequel le passage d'un courant électrique à travers un élément métallique génère de la chaleur. La chaleur générée s'accumule à l'extrémité du dispositif, qui est habituellement en cuivre ou avec une plaque de fer et du cuivre. La pointe ou panne est appliquée sur un agent de soudure sélectionné en fonction des propriétés des pièces à joindre et appliqué simultanément sur les deux surfaces à joindre.

Les fers à souder sont organisés en trois types : faible consommation, sans fil, contrôle de température. Les fers à souder à faible consommation électrique sont utilisés pour diverses applications électroniques nécessitant une puissance de 15 à 35 watts, couvrant ainsi les besoins de la plupart des travaux sur circuits imprimés. Les fers à souder sans fil utilisent la combustion du gaz naturel ou une alimentation par batterie. Ils sont donc utilisés lorsqu'une alimentation sur secteur n'est pas disponible. Les fers à souder avec un système de contrôle de la température sont équipés de capteurs qui régulent la température de la pointe.

La plupart des fers à souder utilisent de la soudure tendre. La soudure tendre est un alliage d'étain et de plomb (mélangé dans des proportions de 63/37) qui est couramment utilisé pour des applications électroniques, avec un point de fusion à 188 degrés centigrade.

 

Rivets

Un rivet est un élément d'assemblage permanent. Il peut être fabriqué dans divers matériaux, incluant l'acier, le plastique.

Les rivets à tête rigide se présentent sous la forme d'une tige cylindrique, généralement métallique, pleine ou creuse dont la section est plus grande sur une extrémité (la tête du rivet). Ils sont comprimés par un marteau ou un pistolet conçu pour les déformer et garantir que la surface cible est correctement fixée. Les exemples incluent les rivets rigides pour structures métalliques (ponts, etc.) qui utilisent des rivets en acier inoxydable, ou la construction aéronautique où des rivets solides sont insérés dans la structure de l'avion. Les rivets sont très fabriqués dans différents alliages, le titane et le nickel étant un des plus utilisés.

La pose des rivets ou rivetage est effectuée avec des outils hydrauliques ou pneumatiques qui forcent les rivets dans un trou aux dimensions spécifiques.

Les rivets semi-tubulaires sont percés de manière à réduire la force requise pour les poser. Ces rivets exigent 75 % moins de force que les rivets rigides. Ils sont uniquement élargis à leur extrémité finale, et peuvent donc être utilisés lorsqu'un certain degré de mouvement est nécessaire (pivot). Ils peuvent être posés avec différents outils, tels que riveteuses à main ou pneumatiques. Ils sont disponibles dans différents diamètres de 1,6 à 9,5 mm. D'autres dimensions sont disponibles, mais sont normalement réservées à des applications spécialisées.

 

Rivets aveugles

Les rivets aveugles comportent un clou (extrémité renflée) et un corps creux (tube avec collerette). Le clou et la tige sont insérés dans l'orifice percé à travers les matériaux à joindre. Un outil spécial tire sur la tige dont le bout renflé pénètre dans le corps du rivet pour réaliser le rivetage. Le clou casse en raison d'une diminution du diamètre réalisée sous sa tête lors de sa fabrication. Couramment utilisé lorsque l'accès est seulement possible d'un côté, le rivet aveugle peut être en acier, en cuivre ou en alliage, avec une tête plate, encastrée ou fraisée.

 

Rivets en plastique

Bien qu'incapable de soutenir les contraintes des modèles en métal, les rivets en plastique sont fréquemment utilisés dans l'électronique, le mobilier, les appareils domestiques, avec une gamme étendue de types et de dimensions. Selon l'application, ils nécessitent moins de temps et d'effort que des rivets rigides ou semi-tubulaires, représentant une bonne option pour les travaux domestiques.

Les rivets en plastique à tête incluent une variété autobloquante qu'il suffit de pousser en position. Ils sont couramment utilisés dans diverses applications électroniques, leur tête lisse les rendant particulièrement discrets. De la même façon que les rivets doubles s'accouplent depuis les deux côtés du matériau à fixer, ils conviennent parfaitement lorsqu'une finition discrète des deux côtés est requise.

 

Outils électriques

Les outils électriques intègrent un mécanisme automatique qui permet de mouvoir un élément spécial qui sera appliqué sur une surface cible. Ces outils incluent visseuses, perceuses, scies et de nombreux autres dispositifs pour couper, mesurer, mouvoir des éléments adaptés à chaque application. Les sources d'alimentation incluent l'électricité, les carburants, les batteries.

Par exemple, une perceuse alimentée par une batterie convertit l'énergie de la batterie en un couple qui fait tourner le foret. Contrairement aux perceuses alimentées par un CA sur secteur, ces perceuses sans fil sont plus pratiques à utiliser, en particulier pour des professionnels qui se déplacent constamment sur un chantier. Mais en général, un outil alimenté par batterie ne peut pas générer un couple aussi puissant qu'un outil connecté au secteur par un cordon. La capacité de stockage des batteries équipant des dispositifs sans fil rechargeables a bénéficié d'importants progrès. Si les modèles 18 volts sont encore courants, certains modèles 36 volts peuvent offrir un couple similaire à un outil alimenté par le secteur.

 

La fabrication

Outils électriques, rivets et fers à souder jouent un rôle crucial dans les secteurs industriels et la construction. Ils contribuent largement à façonner le monde moderne. De nombreuses tâches exigeant un travail manuel intensif sont maintenant mécanisées. Quelle que soit leur taille, les projets peuvent être réalisés beaucoup plus vite et facilement, avec un meilleur rendement énergétique.