Vers la prédiction de l'adhérence des pneumatiques
Une nouvelle méthode numérique développée au LaMCoS, en collaboration avec Michelin, simule à moindre coût le comportement d'un matériau visco-élastique au contact d'une surface rugueuse. Elle devrait faciliter la prévision de l'adhérence d'un pneumatique sur la chaussée, et contribuer au développement de nouvelles formulations. Les résultats sont publiés dans le Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
Les pneumatiques sont constitués de polymères viscoélastiques qui ont un comportement hystérétique : le matériau se déforme sous l'action d'une contrainte, mais ne suit pas le même comportement inversé quand celle-ci se relâche. De plus, ses propriétés mécaniques dépendent de la vitesse avec laquelle il est sollicité. Quant à la chaussée sur laquelle roule le pneumatique, sa surface comporte des rugosités à différentes échelles, des granulats de la route jusqu'aux motifs à la surface des granulats. C'est pourquoi le contact d'un pneumatique sur la route est difficile à modéliser. Prévoir son adhérence sur la chaussée est un problème complexe, dont la simulation numérique est coûteuse, car les temps de calculs deviennent rapidement prohibitifs.
Pour résoudre ce problème, le Laboratoire de mécanique des contacts et des structures (LaMCoS, CNRS/Insa Lyon), en collaboration avec Michelin, a développé une méthode de calcul rapide pour modéliser ces phénomènes. La simulation numérique ne traite qu'une portion de chaussée et de pneumatique, en faisant l'hypothèse que le contact entre les deux se répète de manière périodique. Par ailleurs, les chercheurs ont élaboré un modèle semi-analytique, qui intègre des lois de comportement du matériau.
Cette approche, qui réduit sensiblement les temps de calcul, a permis d'obtenir deux types de résultats. En régime établi, c'est-à-dire après la phase de démarrage d'un véhicule, la simulation numérique a mis en évidence l’effet des différentes échelles de rugosité sur l’évolution du coefficient de friction, qui caractérise le frottement entre le pneumatique et la chaussée. Le modèle permet également d’observer le régime transitoire de chargement, donc d’estimer le niveau d’adhérence pendant les phases de démarrage du frottement.
Le nouvel outil de simulation devrait permettre de mieux comprendre le phénomène d'adhérence d'un pneumatique sur la chaussée d'une route, et faciliter ainsi le développement de nouvelles formulations. De son côté, le laboratoire poursuit la recherche sur le frottement entre un matériau viscoélastique et une surface rugueuse, et développe un modèle plus complexe prenant en compte l'échauffement et l'endommagement du matériau.
© Nicolas Durand
Références
Coupled effect of viscoelasticity and roughness scales on hysteretic friction in sliding periodic contact.
Nicolas Durand, Auriane Platzer, Arnaud Duval, Daniel Nélias, Thibaut Chaise.
Journal of the Mechanics and Physics of Solids, décembre 2025
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2025.106261
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