adhérence (suite)

Adhérence en matière de béton armé

Il s’agit d’une adhérence mixte du ciment entrant dans la composition du béton avec l’armature passivée par le film de chaux. En service, quand les armatures sont mises en traction et s’étirent, le béton peut ne pas suivre l’allongement et risquer de se décoller du pourtour de l’armature ; mais il subsiste l’adhérence mécanique due au frettage de la barre par le béton qui l’enserre fortement par suite du retrait dont il est normalement l’objet. Le coefficient d’adhérence f entre béton et armature a pour valeur moyenne f = 0,40.

Adhérence des pneus sur la chaussée

Cette question est d’une importance capitale, car elle est en rapport étroit avec la sécurité des usagers. Dans ce domaine, le coefficient d’adhérence f peut varier pratiquement de 0,05 à 0,95, car il dépend de nombreux facteurs, dont les principaux sont les suivants :
— l’état du revêtement, propre, sec, poussiéreux, ressuant en liant noir par temps chaud, humide, très mouillé, enneigé, verglacé, souillé d’argile, etc. ;
— la vitesse du véhicule. Le coefficient d’adhérence diminue notablement quand la vitesse dépasse une certaine valeur, laquelle dépend du type de revêtement et de l’état dans lequel il se trouve ;
— l’angle d’envirage, ou angle que fait le plan de rotation du pneu avec la tangente à la trajectoire suivie par ce dernier ;
— l’état des pneus, lisses et usés ou neufs avec des sculptures accusées ;
— l’importance du trafic, dont l’intensité réduit rapidement la valeur du coefficient f et rend la surface glissante par diminution de la rugosité géométrique des granulats.

Toutefois, dans les situations critiques, sous le coup de frein brutal, l’adhérence ne dépend plus du coefficient d’adhérence du pneu à la chaussée considérée et prend des valeurs très faibles, parfois nulles. S’il s’agit d’un revêtement bitumineux, la trace noire brillante laissée par le coup de frein prouve la fusion du bitume et même celle du caoutchouc du pneu. À ce moment, la roue circule sur de l’huile et le coefficient d’adhérence est nul. S’il s’agit d’un revêtement en béton de ciment, la chaussée est imprégnée en surface d’un film huileux provenant des imbrûlés des moteurs et stabilisé par de la poussière. Si la chaussée est humide, l’huile se met en émulsion sous le coup de frein. Les roues circulent alors sur plusieurs couches de billes de dimensions microscopiques et le coefficient d’adhérence tombe à zéro. De même, sur une chaussée en béton de ciment au début d’une pluie fine, il se forme une émulsion d’huile qui ne disparaît dans les caniveaux que si la pluie s’accentue et se prolonge.

Adhérence en technique ferroviaire

L’adhérence acier sur acier étant relativement faible (f = 0,16), les voies ferrées ont toujours été prévues avec des rampes ne dépassant pas 2 à 3 p. 100, soit le tiers de celles admises pour les chaussées. Dans ce domaine, il existe une prédominance à l’adhérence par frottement rugueux, quel que soit le poli apparent des surfaces.

Si l’on applique à une roue chargée verticalement un effort tangentiel, en interdisant le déplacement de son axe, les déformations élastiques permettent une légère rotation de la roue, même s’il n’y a aucun glissement entre les deux surfaces : il y a pseudo-glissement. Quand l’effort est maximal, sans glissement, il y a adhérence statique. Au-delà, il y a patinage ; si la roue, au lieu d’être immobilisée, glisse sur le rail, l’effort moteur décroît rapidement quand la vitesse de glissement augmente.

Le coefficient d’adhérence moyen μ généralement admis pour le matériel moteur est de l’ordre de 0,16. Pour les locomotives électriques modernes, munies de dispositifs spéciaux, ce coefficient atteint 0,24 à 0,26. Si les conditions sont favorables, on peut atteindre 0,35 à 0,40 au démarrage ou à très faible allure. Le coefficient μ décroît avec la vitesse suivant la formule

dans laquelle V est la vitesse en km/h et μ₀ le coefficient d’adhérence statique qui est de l’ordre de 0,24 à 0,26.

Guidage par adhérence

Dans le cas d’un véhicule qui se déplace sans guidage, lorsqu’on le sollicite par un effort perpendiculaire à son axe de roulement, l’adhérence engendre un phénomène de guidage qui s’oppose au dérapage. Si à une roue élémentaire reposant sur le sol et bloquée par un frein appliqué sur son axe on applique un effort horizontal, elle restera immobile tant que la valeur de cet effort restera inférieure à celle de l’adhérence. Ensuite, elle dérapera dans le sens où l’effort s’exerce.

Il y a création d’une zone stabilisatrice matérialisée par le cercle d’adhérence de centre O, milieu de la génératrice de contact au sol, et de rayon R égal à la valeur de l’adhérence A, produit de la charge P, supportée par la roue, par le coefficient de frottement μ relatif aux matières considérées en contact : R = A = μP. Le dérapage ne se produira que lorsque l’effort transversal perturbateur T sortira du cercle d’adhérence :

Lorsque la roue retrouve sa liberté de roulement sans frottement autour de son axe, toute sollicitation exercée horizontalement et perpendiculairement à son axe engendre un mouvement de roulement sans glissement sur le sol. Le rayon de roulement est égal à celui de la roue et le vecteur vitesse est contenu dans le plan de la roue. Un effort transversal T_y appliqué au centre de contact roue-sol ne modifiera pas le mouvement tant qu’il restera inférieur à la valeur de l’adhérence. Le mouvement est alors réellement guidé par l’adhérence. Dès que l’effet transversal T_y devient supérieur à la valeur de l’adhérence A , la roue dérapera transversalement dans la direction où s’exerce l’effort T_y. Si l’on applique à une roue chargée un couple moteur (accélération) ou retardateur (freinage), un effort longitudinal T_x apparaît dans le plan de la roue au contact du roulement, égal au quotient du couple appliqué par le rayon de la roue. Il ne produira aucun glissement longitudinal tant qu’il restera inférieur à l’adhérence A, donc tant qu’il sera contenu à l’intérieur du cercle d’adhérence. Si, en même temps, on exerce sur la roue un effort transversal T_y, les deux forces T_x et T_y se combinent pour donner une résultante

laquelle provoque un mouvement combiné de dérapage et de patinage (glissement) dès qu’elle atteint le cercle d’adhérence. Les connaissances actuelles permettent d’affirmer qu’il y a prédominance du guidage par adhérence.

J. D. et M. D.