Chapitre 1 : Génie mécanique
Le domaine de l'ingénierie mécanique s'intéresse à l'étude des machines physiques qui utilisent la force et le mouvement. Le génie mécanique est un sous-domaine de l'ingénierie qui combine les principes de la physique et des mathématiques de l'ingénierie avec les principes de la science des matériaux afin de concevoir, d'analyser, de construire et d'entretenir des systèmes mécaniques. Parmi les différents sous-domaines de l'ingénierie, c'est l'un des plus anciens et des plus complets.
Le domaine du génie mécanique nécessite une compréhension de sujets fondamentaux tels que la mécanique, la dynamique, la thermodynamique, la science des matériaux, la conception, l'analyse structurelle et l'électricité. En plus de ces principes fondamentaux, les ingénieurs en mécanique utilisent divers outils, notamment la conception assistée par ordinateur (CAO), la fabrication assistée par ordinateur (FAO), l'ingénierie assistée par ordinateur (IAO) et la gestion du cycle de vie des produits, afin de concevoir et d'analyser des usines de fabrication, des équipements et des machines industriels, des systèmes de chauffage et de refroidissement, des systèmes de transport, des véhicules à moteur, des avions, des motomarines, de la robotique, des dispositifs médicaux, des armes et d'autres éléments.
Cependant, le développement de l'ingénierie mécanique remonte à plusieurs milliers d'années dans le monde entier. L'étude de l'ingénierie mécanique a commencé comme un domaine pendant la révolution industrielle en Europe au 18ème siècle. Le développement de la science du génie mécanique remonte au 19ème siècle, lorsque les progrès de la physique ont conduit à sa création. Les composites, la mécatronique et la nanotechnologie sont quelques-uns des domaines que les ingénieurs en mécanique s'efforcent actuellement d'améliorer à l'aide des innovations de l'industrie. La discipline n'a cessé d'évoluer pour inclure de nouveaux développements. De plus, il chevauche d'autres disciplines d'ingénierie à des degrés divers, notamment l'ingénierie aérospatiale, le génie métallurgique, le génie civil, l'ingénierie structurelle, le génie électrique, l'ingénierie manufacturière, le génie chimique, le génie industriel et d'autres spécialisations techniques. Il est possible pour les ingénieurs en mécanique de travailler également dans le domaine du génie biomédical, en particulier dans les domaines de la biomécanique, des phénomènes de transport, de la biomécatronique, de la bionanotechnologie et de la modélisation des systèmes biologiques.
En examinant les archives d'une variété de sociétés anciennes et médiévales, on peut observer l'utilisation de l'ingénierie mécanique. Depuis l'Antiquité, les gens du Proche-Orient connaissaient les six machines simples fondamentales. Depuis la préhistoire, les gens connaissent le coin et le plan incliné, parfois connu sous le nom de rampe. Il existe un certain nombre de textes, dont la majorité sont plus anciens, qui attribuent la création de la roue à la civilisation mésopotamienne. Cependant, il existe des sources récentes qui suggèrent soit qu'elle a été inventée indépendamment en Mésopotamie et en Europe de l'Est, soit que l'on attribue l'invention de la roue aux Européens de l'Est préhistoriques. Le mécanisme à levier a été utilisé pour la première fois il y a environ 5 000 ans au Proche-Orient, où il était utilisé dans une simple balance et pour déplacer de gros objets dans la technologie égyptienne ancienne. Non seulement le levier a été utilisé dans le mécanisme de levage de l'eau Shadoof, mais il a également été utilisé dans la première grue, qui a été découverte en Mésopotamie vers l'an 3000 avant JC. C'est en Mésopotamie, au début du deuxième millénaire avant l'ère commune, que l'on trouve les premières traces de poulies.
Au cours du IVe siècle av. J.-C., le royaume de Koush fut le lieu où la Sakia se développa pour la première fois. Il s'appuyait sur le pouvoir des animaux, ce qui réduisait la quantité d'énergie requise des humains. La région de Koush a été créée avec des réservoirs en forme de Hafirs dans le but de stocker l'eau et d'augmenter l'irrigation. Méroé est le lieu où le développement des bloomeries et des hauts fourneaux a eu lieu au cours du VIIe siècle av. J.-C. L'application des mathématiques sous la forme d'une trigonométrie avancée a été démontrée par les cadrans solaires koushites.
La roue à eau et le moulin à eau, deux des plus anciennes machines propulsées par l'eau et fonctionnelles, ont été vus pour la première fois dans l'Empire perse, situé dans ce qui est aujourd'hui l'Irak et l'Iran, au début du IVe siècle av. J.-C. Les travaux d'Archimède, qui a vécu de 287 à 212 av. J.-C., ont eu un impact significatif sur le développement de la mécanique dans cette tradition occidentale. Un ordinateur analogique connu sous le nom de mécanismes à engrenages d'Anticythère a été développé vers le IIe siècle av. J.-C.
Un aeolipile, le premier appareil à vapeur, a été inventé par Héron d'Alexandrie, qui vivait dans l'Égypte romaine entre les années 10 et 70 après JC. Une horloge à eau a été améliorée par Zhang Heng (78-139 après JC), qui a également construit un sismomètre. Ma Jun (200-265 apr. J.-C.) est l'inventeur d'un char à engrenages différentiels. Ces deux inventions ont été réalisées en Chine. Su Song, un horloger et ingénieur chinois qui a vécu au Moyen Âge (1020-1101 après JC), a été la première personne à installer un mécanisme d'échappement dans sa tour d'horloge astronomique. C'était deux siècles avant que les dispositifs d'échappement ne soient découverts dans les horloges européennes médiévales. De plus, il a été la première personne à introduire dans le monde une transmission par chaîne de puissance sans fin.
L'égreneuse de coton a été établie en Inde au VIe siècle après l'ère commune, tandis que le rouet a été inventé dans le monde islamique au début du XIe siècle. Les égreneuses à double rouleau ont été introduites pour la première fois en Inde et en Chine au cours des 12e et 14e siècles. Au début de la période du sultanat de Delhi, qui a duré du 13ème au 14ème siècle, l'égreneuse à rouleaux à vis sans fin a fait ses débuts sur le sous-continent indien.
Les inventeurs d'origine musulmane ont apporté d'importantes contributions au domaine de la technologie mécanique au cours de l'âge d'or islamique, qui a duré du VIIe au XVe siècle. Par exemple, en l'an 1206, Al-Jazari, qui était l'un d'entre eux, a écrit son célèbre Livre de la connaissance des dispositifs mécaniques ingénieux et a présenté un certain nombre d'idées mécaniques différentes.
Des progrès significatifs ont été réalisés dans les fondations de l'ingénierie mécanique en Angleterre et sur le continent tout au long du XVIIe siècle. Christiaan Huygens, mathématicien et scientifique néerlandais, est crédité de l'invention de l'horloge à pendule en 1657. Cette horloge a été le premier garde-temps digne de confiance pendant environ trois cents ans. Huygens a également produit un traité consacré à la conception des horloges et à la théorie qui les sous-tendait. Isaac Newton, qui est né en Angleterre, est crédité du développement du calcul et de la formulation des lois du mouvement de Newton, qui serviront plus tard de base mathématique pour le domaine de la physique. Newton a hésité à publier ses ouvres pendant un certain nombre d'années, mais ses collègues, dont Edmond Halley, l'ont finalement convaincu de procéder à la publication de ses ouvres. On pense que Gottfried Wilhelm Leibniz, qui avait déjà inventé une calculatrice mécanique, était également responsable du développement du calcul à la même époque.
L'Angleterre, l'Allemagne et l'Écosse sont les trois pays responsables du développement des machines-outils au cours des premières étapes de la révolution industrielle. C'est ainsi que le développement de l'ingénierie mécanique en tant que sous-domaine distinct de l'ingénierie a été rendu possible. C'est l'équipement de fabrication et les moteurs qui ont été utilisés pour les propulser qu'ils ont emportés avec eux. L'Institution of Mechanical Engineers a été créée en 1847, trente ans après la création de la première société professionnelle du genre, l'Institution of Civil Engineers, par des ingénieurs civils. Cette organisation a été la première organisation professionnelle d'ingénieurs en mécanique à être créée au Royaume-Uni. C'est à Chemnitz, en Allemagne, que Johann von Zimmermann (1820-1901) a établi la première usine de rectifieuses sur le continent européen. Cette usine a été créée en 1848.
Après l'American Society of Civil Engineers (1852) et l'American Institute of Mining Engineers (1871), l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) a été créée aux États-Unis en 1880. Cela en a fait la troisième société d'ingénierie professionnelle de ce type dans le pays. L'Académie militaire des États-Unis, qui a ouvert ses portes en 1817, qui est maintenant connue sous le nom d'Université de Norwich, et l'Institut polytechnique Rensselaer, qui a ouvert ses portes en 1825, ont été les premiers collèges aux États-Unis à offrir aux étudiants la possibilité de poursuivre des études d'ingénierie. Tout au long de son histoire, l'enseignement du génie mécanique a traditionnellement été fondé sur des bases solides en mathématiques et en physique.
Il existe de nombreuses universités dans le monde entier qui délivrent des diplômes d'ingénierie en génie mécanique. Les diplômés d'un programme...
