Portorož, Slovenia

Caractérisation du phénomène d'aquaplanage d'un pneumatique roulant sur une retenue d'eau

•A.CoiretA.Coiret, O.Orfila , M.Kane, O.Orfila , M.Kane

• Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées,

Nantes, FranceNantes, France

•coiret@lcpc.frcoiret@lcpc.fr

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Plan de la présentation

Cadre de l'étude : Présentation du LCPC Sécurité routière : aquaplanage Recherches précédentes

Expérimentation Choix, limitations Matériel, mise en oeuvre

Résultats Conclusions - perpectives

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Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Etablissement français de recherche publique Répond aux attentes de la direction des routes, de

la dir. De la sécurité et circulation des routes, etc... Support pour des unités plus régionales (le RST) Recherches appliquées : routes et ponts, domaines

de la conception, gestion, sécurité, environnement, bruit, …

Cadre de cette étude : sécurité (adhérence, contrôlabilité du système I-V-C

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Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Equipements : Piste de référence (~10 planches, virages) Manège de fatigue Centrifugeuse (géotechnique) Véhicules instrumentés Vérification matériel du RST: adhera, scrim,

griptester, VANI, ...

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Phénomène d'aquaplanage

o Phénomène dangeureux, séparation pneu-chaussée par formation d'un bourelet d'eau : annule les possibilités de braquage et freinage.

o Bibliographie de S.Nygardhs (2003) : peu d'expérimentations existantes

o Etudié d'abord dans le contexte aéronautique : NASA, (lab. de Langley, 1958, Narrin)

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Phénomène d'aquaplanage

Essais sur véhicule léger complet : entreprise Goodyear, 1974, R.W. Yeager

Différence entre roue roulante et bloquée.Roulante : drainabilité du revêtement, absorption et évacuation rapide par le pneumatiqueBloquée : plus favorable aux projection d'eau, et à l'établissement du bourrelet d'eau frontal

- importance de la charge, pression, l'indice d'entaillement, - En première analyse dimensionnelle, en relation avec P

c.(l/w)2

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Phénomène d'aquaplanage

o Manque d'expérimentations récentes malgré évolutions pneumatiques/tracés chaussées

o Responsabilité des gestionnaires routiers plus souvent engagée (Navin, 1995, accident reconstruction)

o Retour d'occurrence car routes plus larges (longueur écoulement), vitesses préconisées augmentées (Glennon, 2006)

➢ Besoin de mieux caractériser le risque actuel d'aquaplanage

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Plan d'expérimentation

Établissement du phénomène :Piste rectiligne longue (30m) ;rétention importante d'eau exploitant le profil en dôme.

estimation de l'instant de perte de contact :véhicule instrumenté (efforts, vitesses).

paramètres visés :usure pneumatique, vitesse, largeur pneumatique, pression de gonflage.

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Dispositif expérimental

Enrobé assez fermé de type BBSG

Simple rétention d'eau symétrique en première tentative (bandes étanches)

Apport d'eau, hauteur peu régulière mais a priori surabondante pour aquaplanage

Exploitation de pneumatiques usés et neuf, de différentes largeur

Procédure de roulement à vitesse constante par paliers progressifs

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Véhicule d'essai « Peugeot 406 »

Mesure des efforts pn/ch :roue dynamométrique 6 composantes

Couplemètre sur arbres de transmission

Codeurs de rotation sur les 4 roues

Vitesse chassis : correvit

Hauteur d'eau par spectroscopie proche infrarouge (aquasens)

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Force de résistance hydrodynamique

Tests de roulement à basse vitesse (8--14 m/s)pneumatiques gonflés à la pression préconisée (2.2 bars)

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Force de résistance hydrodynamiqueUne force hydrodynamique est appliquée sur le pneumatique : le moment de transmission augmente (en présence de forte hauteur eau)Les taux de rotation des roues ne sont pas affectés

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Établissement de l'aquaplanage

Pour des vitesses plus élevées (25m/s), les moments transmis décroissent lors de la traversée des retenues d'eau.

• Perte d'adhérence, établissement aquapl.

• Décroissance des moments accompagne l'augmentation des taux rotation / roues motrices.

• Peut être un indicateur faible coût de l'aquapl. (wheel spin-up).

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Cas de pneumatiques sous-gonflés (1 bar)

L'occurence d'aquaplanage est abaissée à 19.5 m/s (au lieu de 25m/s)

Indicateurs :

+20% taux de rotation roue motrice

-50% couple de transmission

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Cas de pneumatiques sur-gonflés (3 bars)

Pneumatique surgonflé : à 30 m/s, l'effort de transmission est divisé par 2 mais il n'y a pas encore d'effet notable sur le taux de rotation de roue.

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Influence de la largeur des pneumatiques

Tests préliminaires : pneumatiques usés 185x70x15 et 205x60x15 en complément des 195x65x15 de référence.difficulté d'approvisionnement : modèles et design différents

Largeur 185 : occurrence d'aquaplanage à 30m/s au lieu de 25m/s Pneumatique moins sensible à l'aquaplanage, comme attendu.

Largeur 205 : pas de sensibilité à l'aquaplanage grâce à un design adapté (3 canaux longitudinaux au lieu d'un seul.)Seuil également de 30m/s.

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Modèle visco-hydrodynamique

Modèle entre les efforts verticaux et la pression hydrodynamique.Évalue la hauteur d'eau séparant pneu-chaussée. Une hauteur critique h

c est

assumée fixe pour toutes les vitesses critiques.L'équation de Reynolds permet la détermination de la pression :

La déformation du pneumatique et l'effort vertical sont calculés :

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Résultats modèle

En fixant hc à 12 microns (paramètre géométrique),

les vitesses d'aquaplanage sont : 16, 25 et 32 m/s,à comparer aux vitesses expérimentales de 19,5 , 25 et 30 m/s.

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Résultats modèle

Selon une formule extraite de Horne, 1986, prenant en compte la pression et le ration d'aspect RA,les vitesses seraient de : 17, 22,5 et 26m/s( Vp = 23,15 – 7,66 RA + 4,6p )

à comparer à : 16, 25 et 32 m/s (expérimental) 19,5 , 25 et 30 m/s (modèle numérique)

l'ordre de grandeur est satisfaisant, malgré des conditions différentes (1986)

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Conclusions

Occurrence du phénomène d'aquaplanage souvent sous-évaluée car assimilée à un « dérapage ».augmentation contextuelle du phénomène : pneumatique plus larges, routes plus larges (longueur d'écoulement), vitesses plus élevées (car meilleur comportement sur sol sec)manque d'expériences récentes : but de ces essais préliminaires

Résultats :- intérêt d'observer les taux de rotation de roue (économique)- mise en évidence de l'influence de la pression de gonflage, et de la largeur des pneumatiques- première validation d'un modèle numérique pression / effort vertical

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Conclusions

Perspectives :

- disposer d'une piste plane pour une hauteur d'eau régulière et s'affranchir du biais des efforts latéraux sur les mesures

- réaliser des essais avec des pneumatiques usés de différentes largeur à design équivalent ;

- construire un plan d'expérience plus complet en vitesse pour développer un modèle plus réaliste (composante transversale y)