Caractérisation de l'écoulement dans un film d'eau au passage d'un pneumatique automobile à l'aide de la technique par réfraction de Vélocimétrie par Images de Particules

Characterisation of the flow in a water-puddle under a rolling tire with refracted PIV method

• Auteur / Autrice : Damien Cabut
• Direction : Serge Simoëns, Marc Michard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 13/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Rosaria Vetrano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Simoëns, Marc Michard, Céline Gabillet, Violaine Todoroff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rosaria Vetrano, Christoph Bruecker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Pneus

Vélocimétrie par images de particules

Mots clés libres

Vélocimétrie par Images de Particules (PIV)

Réfraction

Pneumatique

Hydroplanage

Ecoulements multiphasiques

Surface Libre

Particle Image Velocimetry (PIV)

Refraction

Tire

Hydroplaning

Multiphase flow

Free-surface

Résumé

L’écoulement au sein d’une flaque d’eau lors du passage d’un pneumatique en roulement est étudié dans ce travail. Une méthode de mesure adaptée aux mesures sur piste sous un véhicule en roulement est développée dans un premier temps. Cette méthode basée sur la méthode PIV (Vélocimétrie par Images de Particules), consiste en la réfraction de la nappe laser à l’interface hublot/écoulement afin de pouvoir éclairer les particules par le même accès optique que la collection d’images. Cette technique appelée refracted PIV (R-PIV) est caractérisée dans un premier temps sur un écoulement contrôlé en laboratoire. Cette technique est ensuite adaptée au cas de la piste pour les mesures in-situ. Ces mesures appliquées à la piste ont permis de mettre en évidence différents comportements de l’écoulement dans la flaque d’eau en amont du pneumatique mais également au sein des sillons pneumatiques. En amont du pneumatique les évolutions linéaires de la vitesse du fluide en fonction de la vitesse du véhicule est mise en évidence dans ce travail. Des effets non linéaires sont également observés et mis en lien avec la réduction de l’aire de contact pneu chaussée. Dans un second temps, l’étude de l’écoulement au sein des sculptures du pneumatique dans l’aire de contact nous permet de mettre en évidence deux grands types de sculptures. Le premier est composé de tous les sillons longitudinaux du pneumatique. Dans ces sillons, la vitesse de l’écoulement à travers ces sculptures dépend de la vitesse véhicule mais également de la présence du témoin d’usure du pneumatique. Un écoulement secondaire tourbillonnaire a également été mis en évidence grâce à nos mesures sur piste. Dans le second type des sillons composés de toutes les sculptures orientées transversalement, la vitesse du fluide, en leur sein, dépend de leur position dans l’aire de contact. Cette évolution semble être fonction de la déformation du pneumatique dans l’aire de contact. Pour finir, les interactions entre ces différents types de sculptures sont également discutées dans ces travaux permettant d’expliquer certains comportements spécifiques.

In this work, the fluid flow in a water puddle while a rolling tire crosses the puddle is studied. A measurement method adapted to track measurements under a rolling tire is developed. This method, based on PIV (Particle Image Velocimetry), is based on the refraction of the laser light sheet at the flow/window interface. This allows us to illuminate particles and record their images from a single optical access. This technique called refracted PIV (R-PIV) is characterised with a laboratory controlled experiment. When characterised, this technique is applied to in-situ measurements on the track. Measurements performed allow to highlight specific behaviours in different parts of the flow, in front of the tire and inside tire grooves in the contact patch area between the tire and the road. In front of the tire, the linear evolution of the water velocity in the puddle as a function of the vehicle speed is demonstrated. At high vehicle speed, non-linear effects are highlighted and linked to the shape of the contact patch area which evolves at high vehicle speed. Under the tire contact patch area, two main types of grooves contribute to the draining of water. Firstly, the longitudinal grooves are the straight grooves aligned with the rolling direction. In these grooves, the velocity of the fluid flow depends on the vehicle speed and also on the presence or not of the wear indicator. A secondary vortex like flow structure is also demonstrated in this work. The second type of grooves are the transverse grooves which are the grooves oriented with a certain angle compared to the car rolling direction. In these grooves, this work proved that the velocity is dependent on the groove location in the contact patch area. This seems to be linked to the tire deformation with the load of the car in the contact patch area. Finally, this work discussed the link between the different tire groove types to explain different specific behaviours.