Comprendre et Modéliser
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Mais pas d’inventions non plus sans science. La cinématique (du grec « kinema », mouvement) est la « Science dans lesquelles les mouvements sont considérés en eux-mêmes, (indépendant des forces qui les produisent), comme nous les observons dans les corps solides tout autour de nous, et particulièrement dans les assemblages appelés machines » selon la définition de André-Marie Ampère en 1834 dans son « Essai sur la philosophie des sciences ». |
Les deux stars de l’étude des mécanismes sont Léonard de Vinci déja cité plus haut, et le belge Franz Reuleaux né en 1829, considéré comme le père de la cinématique moderne. Ses ouvrages sont publiés à l’époque en Allemagne, Suisse, Angleterre et ses maquettes sont collectionnées à l’université Cornell USA et en Allemagne. Les modèles numériques de ses mécanismes sont en ligne parfois en graphique interactif et des vidéos montrent les résultats des calculs : |
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Quelques mécanismes étonnants On voit bien où Felix Wankel a pris son inspiration. |
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Comprendre et modéliser la dynamique des véhicules. Selon Jean-Pierre Brossard la première réflexion sur les problèmes de stabilité a été pour la théorie du navire, et des méthodes d’analyse ont été trouvées par Archimède, Euler, Bouguer, Dupin. Le premier texte de dynamique du véhicule routier est du à Gustave Coriolis [1835] Sur la stabilité des voitures, avec application aux messageries de France. Journal de l’École Polytechnique, 1835. analysant la condition de renversement sur un sol en dévers de diligences à impériale utilisées par les messageries . |
Dans la période moderne, les théories ont été formalisées pour les véhicules dont les problèmes sont plus immédiats, la bicyclette et l’avion :
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Cyprien Chateau publie dans « la Nature, revue des Sciences et de leurs applications aux arts et industries » du 5 novembre 1892, une analyse de la stabilité des vélos intitulé « Vélocipédie, de l’aplomb dans les bicycles ». Le prix Fourneyron, d’une valeur de 1000 francs (équivalent 2011 environ 4000¤), est décerné deux fois par an par l’Académie des Sciences Française. En 1897, le sujet est « la théorie du mouvement et en particulier les conditions de stabilité des vélocipèdes ». Ceci va mobiliser pendant 10 ans les esprits les plus brillants : Carlo Bourlet, Joseph Boussinesq, Henri Bouasse, Léauté, Paul Appell, Archibald Sharp, Jacob et Francis Whipple. Emmanuel Carvallo publie la « Théorie du mouvement du monocycle et de la bicyclette » en 200 pages qui lui vaut le 2ème prix, dans lequel il formule la règle d’or de la géométrie de la direction des Deux Roues (ci-contre), dont on parle toujours un siècle plus tard ! La soif de connaissances retombe pour quelques décennies, jusqu’à ce que l’ordinateur permette des analyses plus faciles et plus complètes que les discussions des conditions littérales de stabilité. |
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Pour les automobiles, la compréhension du rôle des pneumatique est fondamentale. La compréhension du concept de dérive est due à Brouilhet (Peugeot) en 1925, une analyse de son rôle à Becker, Fromm et Maruhn en 1931. Maurice Olley à General Motors invente les mots « understeer » et « oversteer » la notion de vitesse critique en 1937, tandis que Evans à Goodyear publie la première caractérisation des propriétés de guidage des pneus mesurées sur banc d’essai en 1935. |
Les modèles à deux degrés de liberté dérive-lacet, très mal nommés « modèle bicyclette », aboutissent à une équation caractéristique du deuxième degré, analogue à celle de la stabilité longitudinale des avions. La rigidité de dérive des pneus y remplace les gradients de portance des ailes et empennages. Les premiers modèles seraient dus en France à Yves Rocard (le père de), de Sèze (1937), Gratzmuller (1942), Julien (1948), aux USA à Evans et Olley, en Allemagne à , en Angleterre à Sharp. Les modèles à trois degrés de liberté introduisent le roulis ; les premiers sont dus à William (Bill) Milliken, Léonard Segel et David Whitcomb, issus de l’aéronautique où de tels modèles existaient, travaillant au Cornell Aeronautical Laboratory à Buffalo en lien avec GM ; ils ont été présentés dans trois papiers à Londres en 1956, car la SAE américaine les avait refusé ! Les calculs étaient effectués sur micro-ordinateur, comportaient des aspects qualitatifs, quantitatifs, des validations par rapport à des essais réels (jusqu’à 0.3g) et fondent la dynamique automobile moderne. La suite sera le perfectionnement de ces modèles, mais surtout la prise en compte de la non-linéarité fondamentale qu’est la limite d’adhérence : non, il ne suffit pas de tourner le volant 4 fois plus pour passer deux fois plus vite dans un virage ! |