Introduction : l'indice qui trompe son monde
Comprendre pourquoi nécessite de descendre au niveau moléculaire, et de revenir sur ce que le test Shore A mesure réellement.
1. Ce que le Shore A mesure... et ce qu'il ne mesure pas
Le test Shore A (norme ASTM D2240 / ISO 868) consiste à enfoncer une aiguille tronconique sous charge normalisée dans la surface du matériau pendant une durée définie, et à mesurer la profondeur d'indentation. C'est une mesure :
Locale : elle caractérise le comportement d'une zone de surface très réduite sous un chargement ponctuel
Quasi-statique : la sollicitation est lente, sans composante dynamique
En indentation : elle mesure la résistance à l'enfoncement d'un poinçon, pas la résistance à la flexion
Ce que le Shore A ne mesure pas :
La flexibilité globale de la pièce en flexion
Le retour élastique après déformation (résilience)
Le comportement sous charges dynamiques répétées
La déformation résiduelle cumulée dans le temps
Un matériau peut donc parfaitement afficher un Shore A élevé et se révéler très flexible à l'usage, si son architecture moléculaire lui confère une haute résilience et un comportement hyperélastique. C'est exactement ce que nous observons avec les semelles SAFE HP.
2. Le paradoxe expliqué par la structure chimique
Résilience : l'énergie restituée vs l'énergie absorbée
C'est ici que la différence structurale entre thermodurcissable et TPU (décrite dans le premier article de cette série) produit ses effets les plus visibles.
Le réseau covalent tridimensionnel du PU thermodurcissable est un ressort moléculaire parfait : sous charge, les chaînes s'étirent de façon réversible et restituent presque intégralement l'énergie stockée dès que la charge est relâchée. Ce comportement, caractérisé par une résilience élevée, se traduit par un retour élastique vif et immédiat, ce que l'on ressent comme de la souplesse et de la vivacité.
Le TPU, en revanche, présente une hystérésis importante : une fraction significative de l'énergie de déformation est dissipée thermiquement plutôt que restituée. Le matériau amortit au lieu de rebondir. Ce comportement crée une sensation de lourdeur et de résistance à la déformation, perçue comme de la rigidité, même pour un Shore A plus faible.
Le comportement hyperélastique du réseau réticulé
Les élastomères réticulés obéissent à des modèles hyperélastiques (modèles de Mooney-Rivlin, Neo-Hookean, Ogden) : leur module de déformation est très bas aux faibles contraintes, la pièce fléchit facilement, puis augmente progressivement aux grandes déformations, évitant la rupture. Cette non-linéarité leur confère une souplesse en flexion que le Shore A, mesuré en indentation ponctuelle, ne capture pas.
Distribution uniforme des contraintes
Dans le réseau covalent du thermodurcissable, toutes les chaînes sont solidaires. Une flexion globale de la pièce mobilise l'ensemble du réseau, qui se déforme en répartissant les contraintes uniformément, d'où une faible résistance perçue. L'aiguille du duromètre, en revanche, sollicite localement ce réseau solidaire, qui résiste collectivement, d'où un Shore A élevé.
PU thermodurcissable SAFE HP |
TPU injecté semelles du marché |
|
|---|---|---|
Shore A mesuré |
92 |
85 |
Résilience |
Élevée — réseau élastique |
Faible — forte hystérésis |
Module en flexion |
Bas aux faibles déformations |
Plus élevé, quasi-linéaire |
Ressenti à l'usage |
Souple, vif, dynamique |
Amorti, résistant, lourd |
3. La multi-densité TPU : une réponse à un problème que le thermodurcissable ne pose pas
Plusieurs marques proposent des semelles en TPU dites "double densité" ou "triple densité" : plusieurs couches ou zones de TPU de duretés différentes, censées reproduire la variété de rigidité des différentes structures du sabot (paroi plus dure, sole et fourchette plus souples).
L'intention est légitime. La solution révèle cependant une limite intrinsèque du TPU.
Pourquoi cette approche est nécessaire en TPU : un grade de TPU injecté a une dureté fixe, imposée par sa formulation et les contraintes du procédé d'injection. Pour obtenir plusieurs zones de rigidité, il faut soit co-injecter plusieurs grades, soit assembler des pièces distinctes — deux solutions complexes, coûteuses, et qui introduisent des interfaces entre matériaux susceptibles de se délaminer sous contraintes cycliques. De plus, chaque couche conserve son propre compression set, pouvant évoluer à des vitesses différentes et déformer progressivement la géométrie de l'ensemble.
Pourquoi cette approche est largement sans objet en PU thermodurcissable coulé : la liberté de formulation propre à la coulée permet d'atteindre, dans une pièce monomatière sans interface, la dureté exactement souhaitée pour l'usage considéré. Pas besoin de superposer des couches : la chimie fait le travail à la formulation. La pièce est monolithique, sans plan de faiblesse, et ses propriétés sont homogènes et stables dans le temps.
En résumé : la multi-densité TPU est une réponse d'ingénierie à une contrainte de procédé. Le PU thermodurcissable coulé n'a pas cette contrainte.
🔬 Pour aller plus loin — Mesurer la dureté du sabot : une approche intuitive aux limites importantes
L'idée est séduisante : si différentes zones du sabot présentent des duretés différentes, ne serait-il pas logique de concevoir une semelle dont la dureté reproduit fidèlement ces variations ? C'est le raisonnement qui sous-tend certaines démonstrations à l'aide d'un duromètre Shore A sur la paroi, la sole et la fourchette. La littérature scientifique invite cependant à nuancer cette démarche sur trois points.
La norme Shore A a été conçue pour les élastomères synthétiques, matériaux homogènes, isotropes et incompressibles. La corne du sabot est un matériau kératinique composite, anisotrope, viscoélastique et hétérogène à l'échelle microscopique — un profil très différent de celui pour lequel le test a été calibré. Les études biomécaniques de référence sur la corne équine s'appuient sur des méthodes adaptées : traction, compression axiale, tests de ténacité à la rupture (Bertram & Gosline, 1987 ; Kasapi & Gosline, 1997), et non sur le Shore A.
Les valeurs obtenues varient considérablement selon l'état d'hydratation du tissu. Bertram & Gosline (1987) ont documenté que le module de Young de la corne du sabot varie d'un facteur 2 à 3 entre un pied sec et un pied humide. Une mesure prise après un bain de trempage, en prairie mouillée ou en plein été sur sol sec donnera des résultats très différents sur le même animal. La reproductibilité de la mesure d'un individu à l'autre et d'une séance à l'autre est donc limitée.
Enfin, la question fonctionnelle reste ouverte. Même en admettant que le Shore A du tissu cornéen soit mesurable de façon fiable, rien n'établit dans la littérature que la dureté de la semelle doive correspondre à celle du tissu sous-jacent pour optimiser le confort ou la protection. Le mécanisme podal met en jeu des déformations tridimensionnelles complexes que la mesure d'indentation ne capture pas.
Ces éléments n'invalident pas l'intention derrière la démarche : adapter la semelle à la morphologie et aux besoins du pied est un objectif légitime. Ils invitent simplement à choisir les outils de mesure et les arguments les mieux adaptés à la réalité biomécanique du sabot équin.
✅ Points clés à retenir
Le Shore A mesure la résistance locale à l'indentation quasi-statique, pas la flexibilité globale, pas la résilience, pas le comportement dynamique
Le PU thermodurcissable SAFE HP (Shore A 92) est plus flexible en usage que les TPU concurrents (Shore A 85) en raison de sa haute résilience et de son comportement hyperélastique
La multi-densité TPU répond à une contrainte du procédé d'injection ; le PU thermodurcissable coulé atteint toute dureté souhaitée dans une pièce monolithique, sans interface fragile
L'utilisation d'un duromètre sur le tissu cornéen équin n'est pas une méthode validée et produit des mesures variables et non prédictives des exigences fonctionnelles d'une semelle
Conclusion
Un chiffre de Shore A ne raconte qu'une partie de l'histoire d'un matériau, et pas nécessairement la plus importante pour l'application équine. Ce qui compte pour le pied du cheval, c'est ce que le matériau fait sous charge dynamique répétée : est-ce qu'il restitue l'énergie ou la dissipe ? Est-ce qu'il maintient sa géométrie ou se déforme progressivement ? Est-ce qu'il s'adapte au mouvement ou le contraint ?
Ces questions trouvent leurs réponses dans la structure chimique du matériau — pas dans l'indice affiché sur une fiche technique. C'est ce que nous continuerons d'explorer dans le prochain article, consacré aux trois contextes d'utilisation des semelles SAFE HP et à ce que le matériau rend possible dans chacun d'eux.
Sources
ASTM D2240 / ISO 868 : Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness.
Bertram, J.E.A. & Gosline, J.M. (1987). Functional design of horse hoof keratin: the modulation of mechanical properties through hydration effects. Journal of Experimental Biology, 130, 121–136.
Kasapi, M.A. & Gosline, J.M. (1997). Design complexity and fracture control in the equine hoof wall. Journal of Experimental Biology, 200(11), 1639–1659.
Prisacariu, C. (2011). Polyurethane Elastomers: From Morphology to Mechanical Aspects. Springer.
Mark, J.E. (Ed.) (2007). Physical Properties of Polymers Handbook, 2nd ed. Springer.
Brydson, J.A. (1999). Plastics Materials, 7th ed. Butterworth-Heinemann.
📖 Termes clés de cet article
Covalente (liaison —) La liaison covalente est le type de liaison chimique le plus fort qui existe entre deux atomes : ils partagent des électrons, formant une connexion quasi indissoluble dans les conditions normales. Dans le PU thermodurcissable, les chaînes polymères sont reliées entre elles par des milliers de liaisons covalentes, formant un réseau permanent. À titre de comparaison, briser une liaison covalente demande autant d'énergie que briser un os, pas simplement le faire plier.
Hydrogène (liaison —) La liaison hydrogène est une interaction faible entre molécules (environ 20 fois moins forte qu'une liaison covalente). Elle peut se rompre et se reformer sous l'effet de la chaleur ou d'une contrainte mécanique prolongée. C'est ce type de liaison qui maintient les chaînes du TPU entre elles — d'où la possibilité de le fondre et de le recycler.
Réticulation Processus chimique par lequel des chaînes polymères se lient entre elles en de multiples points pour former un réseau tridimensionnel. C'est la réticulation qui transforme un polyuréthane thermoplastique en polyuréthane thermodurcissable. Analogie : passer d'un filet dont les nœuds sont noués à un filet dont les nœuds sont soudés.
Thermodurcissable Se dit d'un polymère dont la structure réticulée (voir réticulation) est irréversible : une fois formé, il ne peut plus être fondu ni reformé. Sa mise en forme se fait donc avant la réaction chimique de réticulation — c'est le principe de la coulée en moule.
Thermoplastique Se dit d'un polymère qui peut être fondu, mis en forme (par injection, extrusion…) puis resolidifié par refroidissement, et ce de façon répétée. Le TPU est un thermoplastique : ses liaisons physiques se rompent à la chaleur.
Shore A (indice —) Mesure standardisée (norme ASTM D2240 / ISO 868) de la résistance d'un élastomère à l'enfoncement d'une aiguille normalisée sous charge définie. Plus le chiffre est élevé, plus le matériau résiste à cette indentation localisée. L'échelle va de 0 (aucune résistance) à 100 (résistance maximale). Attention : cet indice ne mesure pas la flexibilité globale ni le comportement dynamique du matériau.
Indentation Action d'enfoncer un poinçon dans un matériau pour mesurer sa résistance de surface. Le test Shore A est un test d'indentation.
Hystérésis Dans le contexte des matériaux élastomères, l'hystérésis désigne la différence entre l'énergie fournie pour déformer le matériau et l'énergie restituée lors du retour à la forme initiale. La part d'énergie "perdue" est dissipée sous forme de chaleur. Un matériau à forte hystérésis amortit bien mais restitue peu d'énergie — à l'inverse d'un matériau à faible hystérésis (haute résilience) qui rebondit vivement.
Résilience Capacité d'un matériau à restituer l'énergie absorbée lors d'une déformation. Exprimée en pourcentage de l'énergie initiale. Un PU thermodurcissable bien formulé peut atteindre 70 à 90 % de résilience. Ne pas confondre avec la résilience au sens psychologique du terme.
Compression set (déformation permanente) Perte de hauteur ou de forme qu'un élastomère ne récupère pas après avoir été comprimé de façon prolongée. Un compression set élevé signifie que la semelle "s'écrase" avec le temps et perd ses propriétés d'appui. Le PU thermodurcissable présente un compression set quasi nul grâce à son réseau covalent.
Hyperélasticité Comportement mécanique d'un élastomère réticulé caractérisé par un module de déformation très bas aux petites contraintes (facile à déformer) qui augmente progressivement aux grandes déformations (résistant à la rupture). Ce comportement non linéaire, absent dans les matériaux rigides, permet à la semelle de suivre les micro-déformations du sabot sans les contraindre.
Viscoélasticité Propriété des matériaux qui combinent à la fois un comportement élastique (retour à la forme initiale) et un comportement visqueux (dissipation d'énergie, dépendance à la vitesse de sollicitation). La plupart des élastomères et des tissus biologiques sont viscoélastiques. Cela explique qu'un même matériau puisse amortir un choc bref (comportement visqueux à haute vitesse) tout en restituant de l'énergie lors d'un chargement lent (comportement élastique).
Module élastique (ou module de Young) Mesure de la rigidité d'un matériau : rapport entre la contrainte appliquée et la déformation résultante. Un module élevé = matériau rigide. Un module faible = matériau souple. À ne pas confondre avec le Shore A, qui ne mesure pas directement le module élastique.
Prochain article de la série : "Remplacement, protection, transition : trois situations, un matériau."