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Il existe des cuirs, des textiles, des matières composites à base de résines, des matières polymères en général qui peuvent être soit sous forme compacte, soit sous forme expansée (mousses). Les matériaux diffèrent de par leur nature chimique : polyuréthane, EVA, polyéthylène, caoutchoucs, etc. La formulation et le degré d’expansion de chaque matière polymère modifie ses propriétés telles que la densité, la dureté, la résistance à l’abrasion, à la compression, la capacité d’amortissement ou de restitution d’énergie, etc... On peut, par exemple, avoir des mousses en polyuréthane de duretés ou densités très différentes qui n’auront donc pas le même comportement mécanique et donc pas les mêmes effets sur le pied, le confort ou la posture.
Certains de ces paramètres peuvent être mesurés par des essais mécaniques en laboratoire selon des normes ou des méthodes bien précises.
La dureté est une qualité physique indiquant la résistance au toucher, à la pression, au choc et à l'usure. La dureté d'un matériau correspond à la résistance qu'oppose l'échantillon à la pénétration d'un poinçon ou d’une bille en acier trempé. S'il y résiste bien, il est dit dur, sinon il est dit mou.
Cette notion est importante dans la conception de semelles externes par exemple car elle peut avoir une influence sur la résistance à la glisse. Elle permet aussi de caractériser les polymères et de voir s’il y a eu des différences de formulation par le fabricant. Pour les premières de propreté, la notion de dureté est aussi importante car à nature équivalente un matériau moins dur pourra être plus confortable. Bien entendu, il faut trouver la dureté optimale selon l’application et les effets désirés. La dureté se mesure sur différentes échelles selon le type de matériau considéré. L'échelle de dureté Shore mesure la dureté des élastomères, de certaines matières plastiques, des cuirs et des bois.
La norme NF EN ISO 868:2003 spécifie une méthode de détermination de la dureté des matériaux à l’aide d’un duromètre de type A pour les matériaux les plus mous tels que les élastomères, ou de type D pour les matériaux plus durs tels que les métaux.
Pour les matériaux tels que les mousses (EVA, PU, etc) une autre échelle de mesure peut être utilisée : l’échelle Asker C.
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La densité d’un matériau est le rapport entre la masse volumique du matériau et la masse volumique de l’eau (pour les liquides et les solides) ou celle de l’air (pour les gaz). Une densité n’a pas d’unité. La densité de l’eau est de 1 ; donc si la densité d’un matériau est inférieure à 1, le matériau peut flotter, à l’inverse si elle est supérieure à 1, le matériau coule dans l’eau. Plus la densité est faible, plus la matière est dite légère (à volume identique).
Cette notion est importante pour avoir une idée de la légèreté d’un matériau en fonction d’un autre, lors de la conception de semelles de chaussures par exemple. Elle peut aussi indiquer des différences de formulation du polymère ou des degrés d’expansion pour les mousses. Pour une même nature de mousse, plus sa densité sera faible plus elle aura été expansée.
On peut calculer la masse volumique du matériau, et la diviser par 1000 kg/m3 qui est la masse volumique de l’eau à 4°C (référence pour les solides) pour obtenir la valeur de la densité.
Pour obtenir la masse volumique du matériau on peut mesurer précisément le volume de l’éprouvette et la peser sur une balance de précision.
La mesure de restitution d’énergie par la méthode CTC consiste à compresser le matériau avec une certaine force et mesurer la déformation de la matière lors de la compression puis de la relaxation.
Les essais en laboratoire permettent d’obtenir les propriétés intrinsèques des matériaux. Cependant, ces matériaux sont en général associés à d’autres matières et cette association peut faire varier les effets escomptés. Pour cette raison, les essais peuvent être complétés à l’aide d'essais laboratoire sur chaussure entière ou d’études en biomécanique en faisant porter des produits à des testeurs et en venant mesurer des pressions, associer des notions de confort, etc...
Pour mesurer la stabilité d’une semelle par exemple, on ne peut pas faire d’essais mécaniques sur les matériaux, il faut faire des essais biomécaniques avec des chaussures entières. On peut, à l’aide de mesures de pression, regarder l’évolution du centre des pressions (répartition des pressions) en fonction de l’amplitude. En faisant des essais comparatifs avec différentes chaussures ou différentes semelles, ceci pourrait donner des indications en termes de stabilité.
Pour conclure, il est important de connaître les caractéristiques techniques des matériaux utilisés en chaussure afin d’adapter leur usage en tant qu’insert, matériau de recouvrement, élément de stabilisation ou de correction, matériau de base de la semelle ou matériau technique. Il faut ensuite définir les épaisseurs des matériaux choisis selon les effets désirés sur la posture ou le confort.
