COULOMB CHARLES AUGUSTIN (1736-1806)

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L'ingénieur

Précédant ses recherches en physique, les travaux de Coulomb en tant qu'ingénieur l'avaient amené à publier des mémoires fondamentaux sur la résistance des matériaux (rupture de poutres et de pieux en maçonnerie), la mécanique des sols et la théorie des frottements. Il fut l'un des premiers à appliquer le calcul des variations à des problèmes pratiques.

Dans un mémoire sur la flexion des poutres, il présenta la première étude correcte de l'état d'équilibre de celles-ci. Il étudia scientifiquement la mécanique des sols en développant une théorie générale des plans de glissement qui est encore valable de nos jours. Considérant le cas d'un massif de terre homogène et supposant les forces de résistance au cisaillement dues à la cohésion (résistance au cisaillement quand la charge est nulle) et aux frottements internes, Coulomb établit une formule donnant l'angle ϕ de rupture correspondant à l'effondrement d'un mur de soutènement. Cette relation, S=C+σtgϕ, dans laquelle S est la résistance au cisaillement du massif, σ la pression appliquée normalement à la surface de glissement, est connue aujourd'hui sous le nom d'équation de Coulomb.

Autre sujet que Coulomb étudia avec le plus grand intérêt : la question de l'efficience et du rendement dans le travail ; il apporta, dans le domaine de l'ergonomie, l'une des contributions les plus remarquables avant celle de l'Américain F. W. Taylor, un siècle plus tard. Les prédécesseurs de Coulomb en ce domaine avaient fait des expériences sur des hommes et sur des animaux pendant de très brèves périodes, obtenant ainsi des résultats très exagérés quant à la productivité. Coulomb étudia de façon réaliste différents paramètres du travail et établit la distinction entre le rendement utile (des machines) et le rendement des « machines » vivantes, dépendant de la fatigue. Il découvrit également l'influence bénéfique sur le rendement global de fréquentes périodes de repos dans certains travaux, et fixa à 7 ou 8 heures la durée maximale souhaitable du travail quotidien pour des travaux de force, à 10 heures pour les autres travaux. Il fournit la première étude réelle des aspects pratiques de l'allocation du travail. Il mena parallèlement des études sur l'efficacité des moulins à vent et à eau. La plupart des travaux de Coulomb en génie mécanique restèrent à peu près inconnus jusqu'à leur utilisation au xixe siècle par Prony, Young et Poncelet, entre autres.

Dans son mémoire (1781) intitulé Théorie des machines simples en ayant égard au frottement de leurs parties et à la raideur des cordages (Paris, 1809-1821), Coulomb étudie à la fois le frottement statique et le frottement dynamique entre deux surfaces de glissement et le frottement dans le cintrage des cordes et leur enroulement.

À partir de l'examen de nombreux paramètres physiques, il développe une série d'équations à deux termes, le premier étant une constante, le second une variable du temps, de la force normale, de la vitesse et de quelques autres paramètres. Il montre que, d'une façon générale, il existe une relation approximativement linéaire entre les frottements et les forces normales à la surface de glissement, mais que cette relation varie d'un matériau à un autre, de l'état statique à l'état dynamique, et même avec la vitesse du mouvement. Les recherches de Coulomb sur le frottement restèrent la référence théorique et pratique pendant un siècle et demi, jusqu'à l'apparition au xxe siècle des études du frottement à l'échelle moléculaire.

Une monographie récente sur l'histoire du frottement juge « exceptionnelle » la contribution de Coulomb à cette science. On peut dire que c'est lui qui l'a réellement créée.

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Pour citer l’article

C. Stewart GILLMOR, « COULOMB CHARLES AUGUSTIN - (1736-1806) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/charles-augustin-coulomb/