I. Les chocs

Les crash tests consistent à projeter une voiture contre un obstacle mo-bile ou immobile afin d’évaluer les capacités d’absorptions des chocs de la voiture en question dans le but d’améliorer la sécurité des passagers.

a) L’essai avec impact frontal

Cet essai a été défini par le Comité européen de sécurité automobile avancée comme une base pour la législation imposée à tous les véhi-cules.

Lors d’un crash test sous forme d’impact frontal les voitures sont proje-tées à la vitesse de 64 km/h sur une barrière immobile de béton. La rigi-dité de la barrière représente la rigidité de la face avant d'un véhicule du point de vue capacité d'absorption d'énergie. Uniquement 40 % de la lar-geur totale de la voiture (côté conducteur) heurte la barrière. Ceci ex-plique le mouvement qui déporte la voiture vers la droite (pour une conduite à gauche), après le choc.

Schéma de l’essai avant le choc frontal   :

Deux mannequins de type Hybride III sont installés à l’avant du véhicule, permettant de mesurer avec des capteurs les contraintes subies par l'oc-cupant. Le relevé de ses résultats par le biais des deux mannequins à l’avant du véhicule permet d’obtenir une « carte » des dommages subits par les mannequins représentés ci-contre.

Mannequins de type hybride III

De plus, lors des essais de chocs frontaux, deux mannequins représen-tant des enfants âgés de 18 mois et 3 ans sont installés dans des sièges préconisés par le constructeur. Ils permettent de mesurer ainsi les contraintes exercées sur les enfants. Cela permet d’obtenir des résultats sur une plus grande majorité de la population.

b) L’essai avec impact latéral

La deuxième forme d’accident engendrant le plus de dommages aux passagers (conducteur inclus) d’un véhicule est un accident latéral. Cet essai permet de simuler les contraintes exercées sur la voiture, par exemple, lorsque le conducteur ne s’arrête pas à un feu rouge et qu’une voiture roulant à 50 km/h la heurte de plein fouet. Les informations sont alors extraite par des capteurs postés sur des mannequins comme pré-cédemment.

La société simule cet acci-dent en utilisant une voiture immobile percutée au niveau de la portière avant par un bélier qui se déplace à une vi-tesse de 50 km/h. Le centre de la face avant du bélier est mis en face de la hanche du conducteur. Le bélier est re-couvert, comme dans l’essai de choc précédent, d’alumi-nium déformable ce qui re-

présente la rigidité d’une voiture.

Un mannequin de type Euro SID II est utilisé pour ce type d’impact. Les premiers essais de ce type étaient désastreux car aucun véhicule n’était équipé d’airbags latéraux.

Schéma d’un chariot ou "bélier" lancé à 50 km/h heurte l'automobile côté conducteur :

c) Les forces

Le crash test se résume à un transfert d’énergie. Un véhicule percute un obstacle en possédant de l’énergie cinétique qui se transforme sous dif-férentes formes lors de l’impact. Notamment sous forme de chaleur, de vibrations, de déformation des matériaux du véhicule et une autre éner-

gie cinétique. D'autres faibles énergies peuvent apparaître mais elles sont négligeables.

Cette énergie notée Ec, a été modélisée par des savants sous la forme d’une formule mathématique :

L’énergie cinétique se mesure en joules avec la masse en kilo-

gramme (kg), et la vitesse en mètre par seconde (m/s).

On peut aussi remarquer qu’il y a plusieurs paramètres qui font va-rier la force de l’énergie cinétique, donc la violence du choc lors du crash

test :

- Le poids qui varie en fonction du nombre de passager et des bagages de la voiture. Plus il est grand plus l’énergie cinétique est grande donc plus le choc est violent.

- La vitesse de la voiture lors du crash test, comme le poids, elle fait aug-menter la valeur de l’énergie cinétique lorsqu’elle augmente.

- Le rôle des freins est de stopper ou de ralentir la voiture avec un maxi-mum d’efficacité, en transformant cette énergie cinétique en énergie thermique. La première difficulté est donc de refroidir ces freins pour évi-ter de les endommager.

Ec = ½ x m x v2

Schématisation des énergies lors d’un choc frontal   :

On constate que l’énergie cinétique de la voiture avant le crash se trans-forme en de nouvelles énergies :

• Energie de chaleur.

• Energie de vibrations et déformations.

• Energie cinétique avec le rebond de la voiture.

II. Eléments de sécurité

Afin de sécuriser la voiture, les constructeurs automobiles ont mis en place différents éléments visant à protéger l’utilisateur ainsi que ses pas-sagers à la suite des résultats des crashs tests. Tels que l’airbag, la ceinture de sécurité et la structure d’absorption.

a) L’airbag

Fonctionnement L'airbag est constitué d'un générateur de gaz qui est en fait une bourse inflammable. Cette bourse a une capacité de 60 litres sauf pour les airbags frontaux qui est de 120 litres. Dans le cas d'un choc suffisamment fort un capteur active le détonateur et la bourse se gonfle à la fois qu'elle se réchauffe. Le capteur est ca-pable de différencier un simple choc, d'un coup de frein avec collision. La valeur minimum de vitesse pour activer le système est située en général entre 20 et 30 km/h. Pour absorber le choc de l'impact du corps l’airbag ce dégonfle lorsqu’il est compressé, libérant ainsi un peu de fumée à l'in-térieur de la voiture. La séquence du gonflage et dégonflage dure un dixième de secondes. La fumée et la poussière de l'airbag peuvent causer des irritations de la peau et des yeux.

La réaction chimique qui provoque le gonflement des airbags. L'azoture de sodium NaN3, le nitrate de potassium KNO3 ainsi que la si-

lice SiO2 sont les espèces présentes dans le boitier. Dans un premier temps lors d’un choc le détonateur va enflammer les pastilles d'azoture de sodium.

On a la réaction chimique suivante : 2 NaN3 2Na + 3N➔ 2

L'inflammation du NaN3 se traduit par une déflagration qui libère un vo-lume pré-calculé de gaz N2 qui gonfle l'airbag. Le problème de cette réaction est qu'elle forme du sodium solide Na, qui s'enflamme de manière très violente en présence d'eau (car sa solvata-tion dans l'eau libère du H2 ce qui entraine une explosion). Il faut donc le neutraliser, c'est là qu'intervient une deuxième réaction chimique : 10 Na + 2 KNO3 K2O + 5 Na2O + N➔ 2

Le sodium Na va réagir avec le nitrate de potassium KNO3 pour donner du Na2O. On remarquera qu'on produit également par cette réaction de l'azote N2.Le K2O et le Na2O réagissent sur de la silice SiO2 pour former un sel de sodium et de potassium K2Na2SiO4 qui est un silicate alcalin, autrement dit une poudre de verre (produit inoffensif, inerte, et non inflammable).

K2O + Na2O + SiO 2 ➔ K 2Na2 SiO 4

b) La

ceinture de sécuritéLa ceinture de sécurité est obligatoire en France mais ce n'est pas géné-ral. Malgré ses effets bénéfiques avérés, elle n'est que facultative aux USA. La ceinture de sécurité, sous son apparence simple est le siège de plusieurs technologies développées pour améliorer son efficacité et sa sécurité. Le prétensionneur, système qui, lors d'un choc violent, met sous tension la ceinture de sécurité au moyen d'une charge pyrotech-nique qui explose et tire le seuil de la ceinture vers le bas. Cela a pour effet de plaquer le passager attaché contre son siège et donc de l'éloi-gner des parois et objets pouvant le blesser. Le limiteur d'effort quant à lui limite l'effort maximum qu'engendre le choc sur la ceinture et donc sur le passager au moyen de pré-déchirures. Cela évite d'éventuels dom-mages sur l'occupant lors d'un choc très intense.

Principe de fonctionnement   :La boucle de ceinture est fixée sur un câble relié au système de préten-sion. Le câble est attaché à un piston. Le système est équipé d’un géné-rateur de gaz dont la mise à feu est électronique. Lorsqu’un choc dé-passe le seuil de décélération fixé, le capteur déclenche l’explosion du propergol. La forte pression des gaz, engendrée par la combustion re-pousse violemment le piston et tire le câble. La ceinture est prétendue.

c) Structure d’absorption

Ou aussi déformation structurelle de la voiture afin d'absorber un maxi-mum d'énergie.En effet, une voiture est constituée de deux longerons parallèles qui sup-portent la « caisse ». Ils sont faits de manière à absorber un maximum d'énergie. Les ingénieurs peuvent donc changer son architecture vue de face, mais aussi sur la longueur.Lors d'un choc frontal, cela évite en priorité l'entrée dans l'habitacle du moteur. C'est pour cela que les voitures type BMW, qui ont un moteur en ligne posent des problèmes importants de sécurité pour les passagers .

Pour combler ce danger important, les pièces qui soutiennent le moteur se déforment pour faire tourner le moteur vers le bas ce qui évite toute possibilité de pénétration dans l'habitacle.Les matériaux utilisés pour assembler une voiture sont assez rigides, pour préserver les occupants mais ils doivent également être défor-mables pour absorber l'énergie lors du choc.Toutes les déformations des matériaux lors des chocs sont contrôlées et programmées. Pour cela les matériaux des pièces clés pour la sécurité comme les poutres sont de type HLE (Haute Limite Élastique) comme l'acier mais contrairement à ce que l'on peut penser, peu de composites. Le but est de reculer la li-mite où le matériaux se rompt, afin de protéger l’habitacle ainsi que la to-talité de ses occupants.

Plan:

Introduction

I.Les chocs:a) Impact frontalb) Impact latéralc) Les forces

II.Les éléments de sécurités a) L’airbagb) La ceinture de sécuritéc) La structure d’absorption

III.Les crashs-test, utiles ou simples outils marketing?a) La notationb) Répercussions des résultatsc) Organismesd) Publicités

Conclusion

La conduite automobile est une activité dangereuse qui coûte la vie à 4500 personnes et en blesse 97000 par an en moyenne.

Dans le cadre des TPE (Travaux Personnels Encadrés) de classe de première S, nous avons décidé d'étudier le comportement des véhicules et de ses occupants lors d'un choc.