Résistance au roulement et adhérence

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Bonjour, est-ce que la résistance au roulement et l'adhérence ont la même cause ?
J'avais vu que ce qui expliquait la résistance au roulement c'était que la roue ou le support se déformait sous l'effet du poids et que la roue n'était donc soit plus parfaitement ronde si c'est elle qui se déforme, soit elle doit constamment monter une pente parce qu'elle s'enfonce dans le sol.
Pourquoi une roue qui n'est pas parfaitement ronde créé-t-elle de la résistance ? N'y a-t-il pas des frottements (qui travaillent, je ne compte pas le frottement statique) uniquement quand il y a une différence de vitesse entre deux corps ?
Concernant l'adhérence, j'ai constaté que la formule pour calculer l'adhérence max et celle pour la résistance au roulement étaient très similaires (une constante multipliée par l'effort presseur), pour autant il ne me semble pas que ce soit réellement lié, ce ne sont pas les déformations qui vont créer l'adhérence si ? Si il n'y a pas d'effort presseur il n'y aura pas de déformation mais pour autant si il y a des frottements il devrait y avoir un minimum d'adhérence non ?
Aussi dernière question qui concerne le glissement, est-ce que l'adhérence est totalement corrélée avec les frottements, c'est-à-dire dire que le moindre frottement (hormis celui avec l'air bien sûr) entre la roue et le sol créé l'adhérence ?
Je pensais à la base que pour une roue qui glisse, tous les frottements engendraient directement de l'adhérence et que si la roue glisse c'est parce qu'il n'y a pas de frottement qui la ralentisse, mais en réalité est-ce que quand une roue glisse il y a des pertes (hormis les pertes par roulements et les frottements avec l'air) ?

Merci d'avance pour vos réponses et bonne journée.
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[Black Jack 2]

Bonjour,

En simplifiant :

Pour une voiture, il y a les pertes par frottements aérodynamiques et les pertes dites de "roulements" (sans compter ici évidemment les autres pertes par frottement dans le moteur, la boîte de vitesse et autres ...).

Les pertes par "roulement" correspondent au travail d'une force constante (pour un véhicule donné), donc une perte d'énergie constante par km parcouru.

Ceci est dû essentiellement au fait que les voitures sont montées sur pneumatiques qui sont écrasés en partie par le poids de la voiture et que, en roulant, cette "déformation" des pneus se propage (la partie du pneu déformé change d'emplacement en permanence sur le pneu avec l'avancée du véhicule)... Cette énergie (pour propager la déformation) est perdue, elle entraîne un échauffement des pneus.

Sur une route en bon état et avec des pneus gonflés correctement, l'ordre de grandeur de la force qui résiste et due à la déformation des pneus est d'environ 1,5 % du poids de la voiture.

Si la route n'est pas en bon état et/ou des pneus mal gonflés, les déformations des pneus augmentent et donc les pertes associées aussi.

Cette force (qui entraîne les pertes dites par "roulement") est égale à celle qu'il faut faire pour pousser une voiture à vitesse constante sur route horizontale.

On pourrait y ajouter les pertes dans les roulement à billes par exemple, mais c'est peanuts par rapport à celle due à la déformation des pneus.

Quelques ordres de grandeur de coefficient de roulement (disponibles sur wiki):

Voiture sur bonne route : 0,010 à 0,015
Gros camion sur bonne route : 0,0045 à 0,008
train sur rail acier : 0,0003 à 0,0004
pneu vélo (gonflé à 8,3 bars) sur bonne route : 0,0022 à 0,005
...

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Pourquoi l'adhérence et les pertes par roulement sont "similaires" comme tu écris :

Parce que les deux sont proportionnelles au poids du véhicule

La résistance de "roulement" est une force proportionnelle au poids du véhicule, le coeff de proportionnalité est d'environ 0,015 pour une voiture sur une bonne route --> F1 = 0,015 * m*g

La force max d'adhérence (frottement sec) est aussi proportionnelle au poids du véhicule : F2 = µ * m*g avec µ le coeff d'adhérence (statique) qui dépend de la matière des pneus et de la route, de la température ...
Avec µ = 0,8 environ pour de bon pneu de voiture classique et une route normale sèche (descend vers 0,3 ? sur route humide) et peut atteindre des valeurs > 1 avec les pneus de F1 par exemple (sur sol sec).
Voir par exemple ici : http://myelise.fr/entretien/boostage...7adherence.pdf

On parle d'adhérence, lorsqu'il n'y a pas de mouvement relatif entre la roue et le sol, donc aussi pour un pneu qui roule sans glisser.
Dès qu'il y a du glissement, on doit utiliser le coefficient de frottement dynamique (qui est inférieur au coefficient d'adhérence).

[Link1003493649]

D'accord merci, mais ce coefficient de glissement, si ilest inférieur au frottement de roulement, est-ce que c'est uniquement un frottement qui permet de transmettre le mouvement de la roue ou c'est également un frottement comme un frottement fluide par exemple ?

Je vois et j'imagine que c'est pareil quand c'est la route qui se déforme si la roue est plus solide que la route.
Par ailleurs même si c'est sûrement impossible que se passe-t-il si les deux matières ont la même résistance ? Qui se déforme ? Un peu des deux (ce serait étrange que la route s'affaisse en même temps que le pneu s'écrase mais pourquoi pas remarque) ?
Ne pourrait-on pas récupérer cette énergie de déformation comme le ferait un ressort ?
Y a-t-il une force minimum pour qu'un matériau se déforme ?
Si par exemple l'effort presseur était inférieur à cette valeur (bon ça me semble compliqué mais imaginons), est-ce qu'on pourrait avoir de l'adhérence sans avoir de déformation ? Parce que du coup l'adhérence n'est pas liée directement à la déformation, c'est simplement une cause commune non ?

En tout cas merci de m'avoir répondu, si vous (ou quelqu'un d'autres) avez des réponses à mes autres question je vous remercie d'avance.

[trebor]

Bonjour à tous,

Étonnant que le camion fait mieux qu'une voiture ♪♫
Voiture sur bonne route : 0,010 à 0,015
Gros camion sur bonne route : 0,0045 à 0,008
train sur rail acier : 0,0003 à 0,0004
pneu vélo (gonflé à 8,3 bars) sur bonne route : 0,0022 à 0,005

Est-ce le fait d'avoir des roues jumelées à l'arrière ?

Je suppose que ces coefficients sont pour des véhicules sans chargement ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Black Jack 2]

Bonjour,

Je sens comme une pointe de sarcasme ... mais il est alors mal placé.

"Je suppose que ces coefficients sont pour des véhicules sans chargement ?"

Non, le coefficient reste pratiquement le même, chargé ou non... par contre les pertes varient puisque la "force" à vaincre pour avancer est le produit du coefficient par le poids.

Cela n'a rien d'étonnant aussi que le coefficient de roulement soit meilleur (plus petit) pour les camions que les voitures, la déformation des pneus de camion (beaucoup plus gonflés que les voitures et caoutchouc moins élastiques) se déforment moins que les pneus de voiture ... proportionnellement à leur dimensions bien entendus.

Quand aux pneus de vélo (sportif), ils sont gonflés à plus de 8 bars et se déforment très peu sous le poids du vélo ET du cycliste ... le but est évidemment justement d'avoir un coeff de roulement le plus petit possible pour diminuer l'effort à produire par le cycliste.

Ces coefficients ne sont pas tirés de l'imagination, mais ont été mesurés sur un grand nombre d'essais et le tableau de wiki (ou autres) en donne les résultats.

Pour d'autres valeurs des coefficients de roulement, voir par exemple sur wiki : https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A...e_au_roulement

[Black Jack 2]

Salut Link1003493649,

D'accord merci, mais ce coefficient de glissement, si il est inférieur au frottement de roulement, est-ce que c'est uniquement un frottement qui permet de transmettre le mouvement de la roue ou c'est également un frottement comme un frottement fluide par exemple ?

Le coefficient de roulement et le coefficient de glissement sont deux notions différentes.
Une chose qui les rapproche est que la force qui s'oppose au roulement et la force maximale qui s'oppose au glissement sont proportionnelles au poids du véhicule (et de sa charge).
Une autre chose qui les rapproche est qu'ils dépendent tous les 2 des matériaux et de l'état des pneus et de la route.

Pour transmettre le mouvement à la voiture, c'est la force d'adhérence qui le limite.
Si la force motrice tente de dépasser la force d'adhérence, le pneu va patiner.

Si par exemple l'effort presseur était inférieur à cette valeur (bon ça me semble compliqué mais imaginons), est-ce qu'on pourrait avoir de l'adhérence sans avoir de déformation ?

Si on veut diminuer le coefficient de roulement d'une voiture ... on pourrait mettre des roues presque indéformables (par exemple des roues comme sur les diligences d'antan ou bien des roues en aciers comme les trains)
... mais, l'élasticité des pneus contribue au confort de conduite (absorbe en partie les chocs de la route par exemple) et cela irait aussi en général dans le sens de diminuer l'adhérence.

Il faut donc faire des compromis entre les pertes par roulement, le confort de conduite, l'adhérence (et donc la tenue de route)...
Ce compromis n'est pas toujours "placé" au même niveau, par exemple, pour une voiture sportive, on privilégie d'adhérence au détriment du confort et cela se traduit (entre autres) par d'autres gommes de pneu, d'autres pressions, d'autres températures où on tente de maintenir les pneus en course ...

[Link1003493649]

Je vois merci, mais si on fait des pneus quasi indéformables est-ce que ce n'est pas du coup le sol qui va se déformer ? J'avais cru voir que c'était soit l'un soit l'autre, avec les mêmes pertes à la clé

Ce qui conditionne les pertes c'est l'amplitude de la déformation (j'entends par là l'allongement créé) ou alors quoiqu'il arrive tant qu'on applique tel effort presseur il y aura telle perte ?
De ce que vous avez dit j'ai l'impression que c'est plutôt la première solution mais si vous pouvez confirmer

[Link1003493649]

Bonjour quelqu'un pourrait répondre à mes deux dernières questions s'il vous plaît ?

[XK150]

Une roue ( presque ) indéformable sur un sol ( presque ) indéformable , cela existe : c'est une roue acier sur un rail acier chemin de fer .
Et ce n'est pas pour rien que cela existe , voir les coefficients donnés par Black Jack .
Et cela permet d'avoir des trains de plus de 2 km ...

[Link1003493649]

Justement à propos de ça je sais que acier/acier offre une résistance au roulement beaucoup plus petite que la plupart des matériaux mais également une mauvaise adhérence, est-ce que c'est parce que justement les matériaux sont presque indéformables que l'adhérence est faible ou c'est simplement que les deux surfaces glissent facilement l'une sur l'autre ?

En gros ma question ce serait, est-il possible d'avoir une bonne adhérence avec un matériaux quasi indéformable ?

[XK150]

L'adhérence dépend en grande partie de l'état de surface , et pas de la dureté des matériaux .

En exagérant mon propos , mettez une roue dentée acier dans une crémaillère acier : quasi indéformable et adhérence totale !

[Jaunin]

Bonjour XK150,
Belle image.
Cordialement.
Jaunin__

[Link1003493649]

Je vois, bon exemple mais justement pour cette exemple, on m'a expliqué plus haut que la résistance au roulement était créée par la perte d'énergie qui se manifeste lors de la déformation (contrairement à un ressort j'imagine qu'il est beaucoup plus compliqué de récupérer l'énergie emmagasinée lors de la déformation). Mais dans votre exemple puisque les matériaux sont presque indéformables les pertes devraient être du même ordre que pour un train sur des rails.
Pourtant il me semble (mais peut-être que je me trompe) que des roues crantées provoquent une plus grande résistance, à quoi est-ce dû si c'est le cas ? (et si ce n'est pas le cas dites-le moi)
Merci d'avance

[XK150]

Rendement d'un couple basique roue pignon à engrenage à taille droite : 95 à 98 % .
On peut faire mieux dans l'huile avec une taille plus élaborée .

[Link1003493649]

Mais dans le cas d'un système roue pignon qu'est-ce qui crée les pertes ? Puisque les deux solides sont indéformables (enfin presque) et qu'à priori (je vais sûrement dire une bêtise attention) il n'y a que du roulement entre les deux et pas de glissement (et donc pas de frottement, à l'instar de la roue avec la route).

[XK150]

Vous êtes un perfectionniste , mais la perfection n'est pas de ce monde ...
Il existe des défauts , même mineurs au contact roue acier - rail , au niveau des surfaces en contact en engrènement , au niveau des billes dans leur chemin dans les roulements , etc , etc ...

Voilà déjà mieux , mais ce n'est pas encore " parfait " , on peut mieux faire : https://www.youtube.com/watch?v=lOTWx69mghM

[Link1003493649]

Sans doute oui
Mais c'est plutôt que je voulais savoir d'où venaient les pertes, avec les défauts des matériaux j'imagine que dans le cas d'un engrenage ce n'est pas que du pur roulement parce que les défauts font qu'il y a du glissement (et donc du frottement) à certains endroits où il y a des "trous".
C'est impressionnant comment ça marche ?

[Tifoc]

Bonsoir,

je voulais savoir d'où venaient les pertes, avec les défauts des matériaux j'imagine que dans le cas d'un engrenage ce n'est pas que du pur roulement parce que les défauts font qu'il y a du glissement (et donc du frottement)

Non, ce n'est pas dû à des défauts (même s'il y en a toujours). Le roulement sans glissement dans les engrenages est théorique au niveau du point de contact fictif des cercles primitifs, eux aussi fictifs. Le contact réel entre deux dents se fait sur la ligne de pression (je vous cite ces termes comme mots-clés pour une recherche sur la toile, vous trouverez de beaux dessins) et c'est bien un contact avec frottement de glissement (et variable en plus !)
Cordialement,

[Link1003493649]

D'accord je vois, mais cela ne dépend-t-il pas de la forme des dents, sur wikipedia avant les engrenages à dents droites il montrent l'exemple de dents arrondies comme si c'était fait justement pour rouler, ces engrenages sont-ils courants ?
Voilà le lien : https://fr.wikipedia.org/wiki/Engrenage#Les_dents

[Tifoc]

Le dessin de Wikipedia avec les dentures jaunes et la double flèche bleue est très bien fait. Les dents "arrondies" sont en fait des profils en développante de cercle (courbe décrite par l'extrémité d'un segment qui roule sans glisser sur un cercle, dit "de base", et lui aussi fictif !) et c'est ce qui permet le fonctionnement décrit à mon message précédent. Les dents ne roulent pas l'une sur l'autre sans glisser.

[Link1003493649]

Je vois je comprends merci.
J'avais ensuite une autre question concernant les chenilles, bon ce ne sont pas des roues mais même question, où se situent les pertes dans ce genre de système ? Je veux dire que sur la surface qui est en contact avec le sol je ne vois pas comment il pourrait y avoir du glissement et donc du frottement, tout comme je vois mal la chenille se déformer comme une roue, les pertes se situent-elles au point où la chenille se décolle du sol ou autre part et à quoi c'est dû ?

[XK150]

Avec les chenilles , on déplace les problèmes : le barbotin et les galets tournent dans la chenille .
Si l'adhérence est meilleure , la résistance à l'avancement est bien plus importante qu'avec des roues .
https://fr.wikipedia.org/wiki/Chenille_(m%C3%A9canique)

[XK150]

L'explication de la vidéo , c'est que ce sont des paliers à air , les paliers sont poreux , on envoie de l'air comprimé .
Puis , il existe des paliers à huile ou utilisant le fluide à étancher , un peu le même principe , et ensuite des paliers magnétiques sans contact ( et parfois sous vide , presque " parfait " ).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Palier_(m%C3%A9canique)

[Link1003493649]

Donc la résistance à l'avancement est dû aux espèces de roues qui tournent dans la chenille ? Aussi, pourquoi ne voit-on pas de chenilles "lisses" ? Avec toute la surface de la chenille cela ne suffit-il pas à obtenir une assez grande adhérence sans glisser ? Cela doit contribuer à la résistance à l'avancement ?

Ah d'accord je vois merci.

[invite0faf2f50]

Il ne faut pas mélanger adhérence, frottement et coefficient de roulement.
Le coefficient d'adhérence est le rapport la force cherchant à générer le déplacement par rapport au sol et poids porté.
Exemple: poids porté: 3000 N (un peu plus que 300 kg); effort maxi avant glissement: 3300 N; adhérence: 3300/3000 = 1,1.
Le coefficient de frottement est l'effort générant le glissement divisé par la charge portée. Il est plus faible que le coefficient d'adhérence.
Exemple: poids porté: 3000 N, effort de glissement: 2700 N; coefficient de glissement: 2700 N/3000 N = 0,9
Le coefficient de roulement: est l'effort nécessaire pour faire rouler un pneu divisé par la charge portée.
Exemple: poids porté: 3000 N, effort de roulement: 24 N; coefficient de roulement: 24 N/3000 N= 0,008
quand un pneu roule, on ne peut pas réellement parler d'adhérence, mais d'effort longitudinal en fonction de la charge et du pseudo-glissement.
Exemple: charge portée: 3000 N, effort maximum longitudinal: 3100 N pour 10% de pseudo-glissement. (en freinage, la roue tourne 10% moins vite que la vitesse théorique (sol), c'est l'inverse en accélération.
En virage, c'est un effort transversal en fonction d'un angle de dérive (angle entre la jante et la trajectoire)
Exemple: charge portée: 3000 N, poussée maximum transversale: 2850 N pour 10° de dérive.
Contrairement à ce que beaucoup de personnes pensent, un coefficient d'adhérence peur être supérieur à 1: les bons pneus de série sont à 1,2; les pneus de F1 proches de 2.