Caractérisation du terme"Energie d'impact"

[FredMP]

Bonjour à tous,

Dans le cadre d'un projet industriel en école d'ingénieur, il nous est demandé de respecter un critère "d'énergie d'impact" censé être limité à 69J. Il s'agit en réalité d'une énergie maximale à ne pas dépasser suite à une chute libre d'un drone, critère mis en place par la DGAC (et d'ailleurs souvent solutionné par la mise en place d'un parachute).

Ma question est la suivante : Dans l'hypothèse où un système d'amortissement serait mis en place (type airbag), cela ne vient en aucun cas limiter l'énergie cinétique accumulé par la masse en chute libre lors de l'impact, mais plutôt atténuer la variation de vitesse. Comment caractériser cette *énergie* d'impact ? Je trouve beaucoup de références au sujet de forces d'impact mais aucune avec une approche énergétique du problème, je m'en remet donc à vos suggestions sur ce problème !

Merci d'avance pour toute aide,

Frédéric
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[XK150]

Bonjour ,

Quelque chose doit m'échapper car je ne vois pas où est la difficulté : Energie initiale avant le choc : Ec = 1/2 mv^2 .

Après , la dissipation de cette énergie ou bien ce qui se passe durant le choc , c'est une autre histoire .

[Opabinia]

Bonjour,

Je crois que ce qui caractérise la robustesse du système à protéger, c'est la valeur maximale (a_max) de l'accélération qu'il supporte sans dommages au cours de la phase d'arrêt.
le système termine sa chute libre avec l'énergie cinétique E_c = (1/2)mv²; il subit dès le contact avec le sol la force de freinage F = ma , que l'on supposera constante sur toute la distance d'amortissement (D), et dont le travail résistant compense l'énergie cinétique initiale.

L'arrêt du mobile se traduit donc par la relation E_c = F.D = ma.D , soit donc: v²/2 = a.D .

La condition a ≤ a_max entraîne D ≥ v²/2a_max = D_min .

[Opabinia]

il subit dès le contact avec le sol

... ou plus généralement: dès l'ouverture du parachute, ou dès le déclenchement du système de freinage.

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

bonjour, il faudrait regarder ce que veut protéger ce cahier des charges et pourquoi celle limitation à 69 J e non pas à 70 J ???? Ce qui fait mal sur un être vivant c'est plus la puissance disponible à l'impact.

Peut être cela s'accompagne de conditions qui ne sont pas exprimées ici..

Le terme chute libre n'est donc pas sans rapport aux conditions de l'impact, mais prend il en considération un bouclier de protection du type AIR BAG comme utilisé sur les sondes spatiales qui se sont posées sur Mars ???

Bonjour à tous,

Dans le cadre d'un projet industriel en école d'ingénieur, il nous est demandé de respecter un critère "d'énergie d'impact" censé être limité à 69J. Il s'agit en réalité d'une énergie maximale à ne pas dépasser suite à une chute libre d'un drone, critère mis en place par la DGAC (et d'ailleurs souvent solutionné par la mise en place d'un parachute).

Ma question est la suivante : Dans l'hypothèse où un système d'amortissement serait mis en place (type airbag), cela ne vient en aucun cas limiter l'énergie cinétique accumulé par la masse en chute libre lors de l'impact, mais plutôt atténuer la variation de vitesse. Comment caractériser cette *énergie* d'impact ? Je trouve beaucoup de références au sujet de forces d'impact mais aucune avec une approche énergétique du problème, je m'en remet donc à vos suggestions sur ce problème !

Merci d'avance pour toute aide,

Frédéric

[FredMP]

Bonjour,

Merci à tous pour vos réponses !

Tout d'abord, pourquoi 69J et pas 70 ? Je n'ai pas la réponse, je ne travaille pas à la DGAC ! Mais Je suis d'accord que la valeur est étrangement précise.

Pour répondre à Opabinia, c'est une approche intéressante. Mais ce que je cherche avant tout à caractériser, c'est la part d'énergie que l'airbag a pu absorber et donc "l'énergie d'impact équivalente" que subit une personne en se prenant l'airbag en chute libre. Je n'ai peut être pas été assez clair, l'état du drone importe peu lors d'un tel incident, c'est les personnes au sol qu'on cherche à protéger.

Pour répondre à calculair, le critère "69J" fait référence à n'importe quel type de système, airbag comme parachute ou que sais-je, il faut que l'énergie d'impact soit inférieure à cet valeur, c'est la seule indication, d'où ma présence sur ce forum pour tenter de démystifier cette fameuse énergie d'impact

[calculair]

Je pense que cela mérite une question aux ingénieurs de la DGAC

Ecart entre 69 J et 70 j est de 1 Joule par rapport à 70 soit de moins de 1,5 % .....!!!! Quelle justification ?

[Opabinia]

Ce qui fait mal sur un être vivant c'est plus la puissance disponible à l'impact.

Dans le cas du choc d'un corps contre un obstacle fixe et rigide, la force de réaction opposée par ce dernier ne travaille pas.
C'est bien l'accélération (ou plus exactement la décélération) communiquée au mobile qui est en cause: au-delà d'un certain seuil interviennent des dégâts irréversibles consécutifs à la liquéfaction des organes mous (cerveau, foie, poumons) ainsi qu'à l'écrasement de la cage thoracique - désolé pour ces précisions un peu gore.

Ce qui est vrai pour le drone mobile l'est encore pour la personne qu'il viendrait heurter, et faute de données je m'en suis tenu à une évaluation élémentaire, en ne faisant intervenir que la diminution (D) de l'épaisseur du système de protection.

Ne pourrait-on pas envisager un choc mou, au cours duquel le système de protection absorberait une partie de l'énergie cinétique initiale ? Des données supplémentaires seraient peut-être utiles, comme la masse du mobile (m) ou celle de l'individu à protéger (valeur standard: m° = 80kg , je crois).

[Opabinia]

On pourrait aussi songer à la compression adiabatique du gaz contenu dans l'airbag, qui suivra une relation de la forme PV^γ = C^te ; mais il faudra faire quelques hypothèses sur sa forme.

[FredMP]

C'est exactement ce que je recherche, une expression (simpliste histoire d'avoir juste un ordre de grandeur) permettant d'avoir cette quantité d'énergie cinétique dissipée dans l'airbag grâce à la déformation, afin de pouvoir remonter à l'énergie ressentie par un humain en dessous. On prendra comme approximation un drone de 1.5kg tombant d'une hauteur maximale de 6m, et un homme de masse 80kg (est-ce pertinent d'avoir cette info ?).

[gts2]

En lisant le texte de la DGAC, la valeur numérique est déterminée en fonction de que le drone touche, on trouve d'ailleurs des parachutes de drones "69 J" avec comme deuxième paramètre de choix la masse du drone.
Donc ce qui compte en effet c'est l'homme de 80 kg, la résistance de sa boite crânienne ou autre critère, peu importe l'origine de ces 69 J (bien que je suspecte que la forme puisse être en cause : 69 J avec un pic à glace n'a peut-être pas le même effet que 69 J avec une poêle à frire).

[FredMP]

Donc à votre avis, il serait plus pertinent de raisonner en terme de décélération (puisque c'est ce qui provoque des dommages chez l'humain) et pas vraiment en terme d'énergie ? Je suis complètement d'accord avec vous, la forme a un rôle essentiel à jouer, on ne va pas faire un airbag en pointe !

[calculair]

Bonjour,

Dans une spécifications ou une norme, je pense normal qu'il y est un argumentaire sérieux pour définir les limites acceptables . Par exemple on admet une chute de 15 m pour un drone de moins de 2 kg, alors l'énergie d'impact serait M g h = 294 Joules... Rien avoir avec ces fameux 69 joules.

De la part des ingenieurs de la DGAC il serait donc interessant qu'ils motivent cette valeur. Cela crédibiliserait leur spécifications et normes

En lisant le texte de la DGAC, la valeur numérique est déterminée en fonction de que le drone touche, on trouve d'ailleurs des parachutes de drones "69 J" avec comme deuxième paramètre de choix la masse du drone.
Donc ce qui compte en effet c'est l'homme de 80 kg, la résistance de sa boite crânienne ou autre critère, peu importe l'origine de ces 69 J (bien que je suspecte que la forme puisse être en cause : 69 J avec un pic à glace n'a peut-être pas le même effet que 69 J avec une poêle à frire).

[gts2]

Dans une spécifications ou une norme, je pense normal qu'il y est un argumentaire sérieux pour définir les limites acceptables. De la part des ingenieurs de la DGAC il serait donc interessant qu'ils motivent cette valeur. Cela crédibiliserait leur spécifications et normes

On aimerait en effet savoir d'où ils sortent leur 69 J.

Par exemple on admet une chute de 15 m pour un drone de moins de 2 kg, alors l'énergie d'impact serait M g h = 294 Joules. Rien avoir avec ces fameux 69 joules.

Les 69 J sont relatifs aux dispositifs de sécurité automatique et manuel qui assurent que n'importe quel drone à l'arrivée aura cette énergie de 69 J. D'où les parachutes "certifiés" 69 J.
https://parachutedrone.com/fr/12-parachutes

[gts2]

Donc à votre avis, il serait plus pertinent de raisonner en terme de décélération (puisque c'est ce qui provoque des dommages chez l'humain) et pas vraiment en terme d'énergie ?

J'ai cherché en traumatologie et là il ne raisonne absolument pas en énergie, mais avec quelque chose de proche en effet de la décélération.

[FredMP]

Ok, je vais donc plutôt me pencher sur la décélération et laisser un peu cette énergie d'impact de côté, ça me chiffonne quand même de ne pas réussir à comprendre un terme d'apparence si simple.
J'essaierai de contacter la DGAC lundi, pour essayer de récupérer des infos à ce sujet, d'ici là si quelqu'un a une idée, je suis toujours preneur !

[calculair]

je pense qu'il serait interessant que tu nous livres les explications de la DGAC sur ce sujet...

Ok, je vais donc plutôt me pencher sur la décélération et laisser un peu cette énergie d'impact de côté, ça me chiffonne quand même de ne pas réussir à comprendre un terme d'apparence si simple.
J'essaierai de contacter la DGAC lundi, pour essayer de récupérer des infos à ce sujet, d'ici là si quelqu'un a une idée, je suis toujours preneur !