Influence des vibrations sur l’efficacité des déplacement à vélo.

La mobilité cyclable est rarement abordée sous l’angle de l’efficacité énergétique. Bien que l’univers de la compétition cycliste s’y intéresse de manière très précise, celui des déplacements du quotidien l’a peu investi. Si l’on raisonne sur les infrastructures, les principaux facteurs de perte connus sont la résistance au roulement, et la résistance due aux irrégularités, creux et bosses, d’une chaussée. La résistance au roulement est comprise et finement modélisée depuis longtemps. Elle reste en général assez limitée sur des surfaces suffisamment rigides et ne constitue pas la perte principal des déplacement à vélo.
En revanche, la résistance provenant des cahots de la route peut être très importante, et reste mal comprise. Rencontrer une bosse de taille importante peut faire changer de direction un véhicule, et notamment vers le haut. Même si cette redirection peut se faire sans dissipation pour un choc considéré comme élastique, une accélération verticale sera généralement perdue, amortie in fine par des rebonds successifs ou bien convertie en vibrations engendrées par le choc. La dissipation peut avoir lieu dans le cadre, les suspensions si elles sont présentes, ou même le corps humain présent sur la selle. S’il est possible dans certains cas d’utiliser le corps pour transférer et récupérer cette énergie sur une rampe par exemple, en général l’accélération verticale transmise dans le corps sera perdue, et génère un inconfort parfois important.
Quelques travaux soulignent clairement l’importance des vibrations sur le confort des cyclistes. Les vibrations générées par la chaussée semblent également nuire à l’efficacité du déplacement, mais une analyse quantitative de ce phénomène reste à produire. De plus, la compréhension physique des mécanismes de transmission et dissipation dans les différentes parties du système (roues, cadre, cycliste, etc) manque encore, afin de proposer des stratégies d’amélioration des infrastructures.

Cette thèse propose d’étudier les vibrations subies en circulant à vélo. Pour ce faire, nous proposons des campagnes de mesures réalisées avec des vélos instrumentés, munis en particulier d’accéléromètres, capteurs de distance laser, de capteurs de puissance de pédalage. Le but de cette analyse sera d’effectuer un bilan énergétique des efforts dissipés pour diverses conditions de route. L’étude se basera sur des mesures comparatives, afin d’isoler les différents facteurs de perte existants (aérodynamique, pente, roulement, vibrations). Cette première partie fournira d’emblée une analyse empirique de la qualité de certains types de revêtement existant pour la circulation à vélo.
Le second objectif est d’obtenir une modélisation physique de la génération desvibrations par la chaussée. Ce travail s’appuiera sur les mesures obtenues, ainsi que la littérature existante sur la dynamique du cycliste et des vélos. Il s’appuiera également sur les travaux dans le domaine de l’étude du bruit généré par les véhicules motorisés, qui s’intéressent à la modélisation des textures de chaussées. In fine, il s’agira de proposer un outil
permettant de simuler les vibrations générées par une chaussée et son effet sur le système mécanique du cycliste et son vélo.

Ce travail de thèse s’inscrit dans un programme de recherche interdisciplinaire sur l’ergonomie d’accès aux ressources cyclables. La personne recrutée travaillera en lien avec une autre thèse en génie urbain et analyse des systèmes de mobilité. La collaboration donnera lieu a des échanges sur les méthodes, données et analyses des deux thèses. 

Références

Pradko, F., R. A. Lee, and V. Kaluza. 1966. “Theory of Human Vibration Response.” Paper 66-WA/BHF-15
(1966 Winter Annual Meeting), American Society of Mechanical Engineers, New York. 1966 Winter
Annual Meeting.
Wang, E. L., and M. L. Hull. 1996. “A Model for Determining Rider Induced Energy Losses in Bicycle
Suspension Systems.” Vehicle System Dynamics 25: 223–246.
Wang, E. L., & Hull, M. L. (1996). A Dynamic System Model of an Off-road Cyclist. In ASME (Vol. 1996-D,
pp. 263–264).
Ayachi, F. S., Dorey, J., & Guastavino, C. (2015). Identifying factors of bicycle comfort: An online survey
withenthusiast cyclists. Applied Ergonomics.
Li, H. et al. Measurement of Pavement Treatment Macrotexture and Its Effect on Bicycle Ride Quality.
Transportation Research Record, 2525(1), 43–53.

Le Laboratoire Roberval se positionne sur la conception de composants et de systèmes mécaniques / multi-physiques innovants, en proposant de mener des travaux de recherche scientifique et technologique dans un contexte interdisciplinaire, condition nécessaire à la conception, à l’étude du comportement et de la durabilité des systèmes complexes.

Une synergie des équipes de recherche

La force et l’originalité du Laboratoire Roberval apparaissent dans l’association des compétences de ses chercheurs, qui travaillent en toute synergie au sein des cinq équipes de recherche, pour mettre en œuvre des méthodes numériques et expérimentales permettant de valider et de recaler les résultats des modélisations.

Répondre aux défis de l’industrie

Le Laboratoire encourage dans une large mesure les interactions fortes entre chercheurs qui, unissant leurs efforts et leurs compétences, permettent de solutionner des problèmes plus globaux qui constituent des défis pour l’industrie.

Profil recherché : Titulaire d'un master en mécanique, physique, ou d'un diplôme d'ingénieur, la personne recrutée devra posséder des compétences en vibrations ou systèmes dynamiques, et un intérêt pour les démarches expérimentales. Candidatures souhaitées avant le 22 mai.