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Superbike et Supersport à Losail

Comme prévu, Seb Charpentier a écrasé la concurrence en Supersport et Bayliss repart en tête du championnat Superbike mais ce dernier n'a remporté aucune des deux manches. Il fait deux fois 2ème, derrière Toseland puis Corser.

Prends LOSAIL et tire-toi !

C'est le début de la saison de vitesse aujourd'hui en Superbike sur le circuit de LOSAIL au Qatar ...Lors des derniers essais, Troy Bayliss a confirmé sa grande forme pour son retour en WSBK. Les Kawas PSG-1 de Régis Laconi et Chris Walker (2 et 4) ne sont pas en reste. C'est un "double cocorico" car la préparation des moteurs est confiée à Akira Technologie (entreprise très dynamique tout près de Bayonne). L'autre Troy (Corser, champion du monde en titre) est 3ème. Le "vieux" Alex Barros issu du MotoGP pointe déjà en 6ème place, en tête du clan Honda, le 5ème (re-cocorico) étant Sébastien Gimbert sur Yamaha. Les essais qualificatifs se poursuivent ce vendredi...du changement en perspective et sûrement une belle bagarre en course (pas de bol, je n'ai pas de parabole).

En supersport, on n'attend rien de moins que la pôle et la victoire pour un autre Seb', Sébastien Charpentier, champion du monde supersport 2005.

Effet aérodynamique

Les études précédentes ont été développées en négligeant la résistance aérodynamique. Si cette hypothèse est acceptable pour des vitesses faibles (moins de 100 km/h) elle ne l'est plus pour les vitesses élevées atteintes en Grand Prix (jusqu'à 340 km/h sur certains circuits).

L'intensité de cette résistance aérodynamique est donnée par le produit :

Cette force est donc proportionnelle au carré de la vitesse. Elle se répartit sur toute la surface frontale exposée mais on obtient un modèle simple en appliquant cette résultante en un point particulier appelé "centre de poussée".

Exemple : A 330 km/h, quelle résistance aérodynamique subit une moto de Cx=0,65 et de surface frontale 0,53 m² , la masse volumique de l'air étant d'environ 1,29 kg/m3 ?

330 km/h = 330 / 3,6 m/s = 91,666 m/s (environ 92 m/s).

R aéro = 0,5 x 1,29 x 0,53 x 0,65 x 91,666 ² = 1867 N (soit le poids d'un objet de 190 kg !)

De quelle puissance à la roue arrière doit-on disposer pour atteindre cette vitesse ?

Puissance P = Force x Vitesse = 1867 x 91,666 = 171152 W = 171 kW c'est à dire près de 233 ch ! (1 ch = 0,736 kW)

La résistance aérodynamique variant avec le carré de la vitesse, la puissance à fournir dépend, elle, du cube de la vitesse ! Si on voulait atteindre 340 km/h soit + 3% il faudrait une puissance de 0,5 x 1,29 x 0,53 x 0,65 x (340 / 3,6 )^3 = 187188 W = 187 kW = 254 ch soit + 9% !

Dragster

La recherche unique de l'accélération est le propre des dragsters. Ici, il n'est pas question de freinage (même s'il faut bien s'arrêter à la fin du run !) ni de maniabilité en courbe. On cherche donc à éviter le wheeling en abaissant et avançant le centre de gravité (droite AG très près de l'horizontale) et on utilise des gommes et des dimensions de pneus offrant l'adhérence maximale (bien chauffer avant usage !).

Comme le risque de wheeling n'est jamais complètement écarté, on ajoute des roulettes à l'arrière, à l'extrémité d'un treillis (les fameux "wheelie bars"). L'étude mécanique de l'accélération de ce véhicule se traiterait comme celle d'une voiture à traction avant chargé d'un gros poids à l'avant du pare-choc...La roue avant de ce dragster ne sert qu'à l'arrêt et au freinage.

Et comme on trouve que ça n'accélère pas assez fort, on s'affranchit de l'adhérence du pneu en utilisant une propulsion par moteur fusée. Dans ce dernier cas, les roues ne servent que de support au véhicule et non à sa mise en mouvement. Pour rappel, le principe du moteur fusée repose sur l'éjection à grande vitesse d'une masse de gaz. Si on néglige la résistance aérodynamique, on peut écrire Masse du véhicule x Accélération du véhicule = Débit massique de gaz éjecté x vitesse d'éjection.

Limites de l'accélération

On a vu grâce aux deux paragraphes précédents quelles sont les deux limites physiques de l'accélération de la moto : la perte d'adhérence et le wheeling.

Si la moto patine avant de cabrer, elle est stable mais ne permet pas d'exploiter les performances du moteur. On dit qu'elle n'a pas une bonne motricité.

Si la moto cabre avant de patiner alors la motricité est bonne mais l'instabilité du véhicule ne permet pas non plus d'exploiter tout le potentiel moteur.

Ces deux limites étant incontournables, il faut chercher à ce qu'elles soient le plus proche possible l'une de l'autre.

Plusieurs méthodes :

- le pilote adapte sa position en roulant par un déplacement avant/arrière,

- au stand, on joue sur divers réglages (si possible) :

choix de pneumatiques, hauteur de selle, longueur de bras oscillant, réglages de suspensions (hauteur, assiette, compression, détente...), quantité d'essence embarquée, position du moteur dans le cadre...etc.

Et tout ceci se complique si on pense maintenant à la phase de freinage !

Actuellement, les Motos GP semblent favoriser l'accélération pour passer le maximum de la puissance en sacrifiant les performances au freinage. La moto est plutôt chargée sur l'avant avec un centre de gravité assez haut. On constate, à l'entrée des virages, que la roue arrière décolle assez facilement (tout est relatif, il faut être pilote !). Le délestage de l'arrière favorise alors les techniques de virage "en glisse".

Malgré tout, la puissance est fortement limitée sur les premiers rapports (via l'injection) car le patinage (et le risque de chute) serait systématique sans cet artifice.

La moto ne bénéficie pas, hélas, de l'appui aérodynamique d'ailerons.

Les effets aérodynamiques ne sont absolument pas négligeables en moto (surtout au delà de 150 km/h) mais sans commune mesure avec ceux des Formules 1.

Wheeling

Pour des conditions d'adhérence données, le wheeling dépend de la position du centre de gravité de l'ensemble (moto+pilote) et de l'accélération de cet ensemble.

D'après le principe de la dynamique, la somme des forces appliquées est égale au produit de la masse par le vecteur accélération. On peut ramener ceci à un problème de "statique" à 3 forces concourantes (merci M. d'Alembert) en regroupant en une force le poids P et (- M.a).

en vert : au point A, la force du sol sur le pneu arrière,

en violet : au point B, la force du sol sur le pneu avant,

en rouge : au point G (centre de gravité), la force P-M.a (en vecteurs)

La somme vectorielle des 3 forces devant être nulle, on obtient le triangle ci-dessus quand on place les vecteurs bout-à-bout.

Voilà traité le cas de l'accélération (en négligeant les effets aérodynamiques).

On remarque (comme indiqué au paragraphe "adhérence") que la composante horizontale de la force verte est égale à M.a.

Donc plus on accélère, plus la force verte est penchée vers l'avant. En même temps, la force violette diminue quand l'accélération augmente. Le wheeling est obtenu quand cette force devient nulle. A ce moment, tout le poids est reporté sur l'arrière (transfert maxi) et on obtient deux forces opposées, sur la même droite support (AG).

La force verte ne peut pas être inclinée plus loin que cette droite (AG).

Si on cherche à accélérer plus fort, le wheeling ayant été amorcé, la moto se cabre de plus en plus, le centre de gravité "recule" de plus en plus, amplifiant le wheeling et on fait un beau soleil. Si on prend en plus en compte les effets aérodynamiques lorsque la moto est cabrée, on comprend bien qu'on peut se retourner comme une crêpe (demandez à un certain pilote Kawa lors du Bol 2005 !).

Adhérence

Imaginons une moto en phase d'accélération. La force (en vert) exercée par le sol sur le pneu arrière est inclinée vers l'avant. Si on néglige les forces aérodynamiques, la composante horizontale (en rouge) de cette force est égale en intensité au produit de la masse M de l'ensemble (moto + pilote) par l'accélération a de cet ensemble. Cette inclinaison vers l'avant a une limite fonction de l'adhérence du pneu sur le sol.

A la limite du patinage, la force est inclinée par rapport à la verticale d'un angle habituellement nommé "phi". La tangente de cet angle est le facteur de frottement (pour simplifier, on peut considérer que facteur de frottement et facteur d'adhérence sont identiques). Exemple : pour un facteur de 1, l'inclinaison maxi est de arctan(1) = 45 degrés. On apprend souvent à l'école que le facteur de frottement ne peut jamais dépasser 1 mais dans le cas du contact d'un pneu sur le sol il faut revoir sa copie. En effet, la déformation du pneu et son "adaptabilité" aux inégalités du sol réalisent un quasi "engrènement". L'adhérence peut donc être extrèmement forte, en particulier avec des pneus de compétition sur une piste sèche où on peut obtenir un facteur de l'ordre de 1,6 ! Ceci correspond à une inclinaison de 58 degrés ! Cela veut dire aussi que la composante horizontale de la force de contact peut être supérieure à la force verticale.

Ceci nous indique donc que la force exercée sur le pneu ne peut jamais être plus inclinée que l'angle limite d'adhérence.

Un deuxième limite à l'accélération est celle de la perte de contact de la roue avant (wheeling).

Centre de gravité

Afin de mieux comprendre les problèmes de géométrie et d'équilibre de la moto, commençons par une notion incontournable : le centre de gravité. Il s'agit du point particulier d'un objet (ou d'un ensemble d'objets) qui permet une modélisation simple des actions de pesanteur. Considérer l'ensemble de ces actions de pesanteur en tout point d'un objet ou regrouper toutes ces actions en une seule concentrée au centre de gravité est absolument équivalent.

Dans le cas la moto, on peut distinguer le centre de gravité du pilote, celui de la moto et celui de l'ensemble moto+pilote. C'est ce dernier qui est le plus utile pour comprendre le comportement du véhicule. Ce qui corse l'affaire c'est que ces points ont des positions très variables : le pilote est un "système articulé" qui se déplace sur la moto et celle-ci n'est pas rigide car équipée de suspensions. De plus, la position par rapport au sol de tout cet ensemble mobile varie beaucoup (en particulier à cause de la prise d'angle en virage). Le comportement de la moto (malgré ses 2 roues) est donc beaucoup plus complexe que celui de la voiture (4 roues je le rappelle) dont le pilote est très "statique" dans son habitacle et pour laquelle les mouvements de châssis ont des amplitudes relativement plus limitées (si on parle de F1 et non de 4x4 du Dakar).

Parler de répartition avant / arrière d'une moto seule, sans son pilote n'a guère d'intérêt. En effet, il serait beaucoup plus utile de connaitre les chiffres avec un conducteur dans 2 ou 3 positions caractéristiques (droit, un peu penché, couché...) avec éventuellement la présence d'un passager pour avoir une bonne idée du comportement routier de la machine. Il suffit de peu de pratique pour se rendre compte que la position de conduite sur la moto a une très grande influence. La hauteur de selle est donc à connaitre mais aussi la position avant/arrière de l'assise...même si, encore une fois, le pilote doit beaucoup se déplacer sur sa machine pour être efficace (suivant les phases d'accélération, freinage ou virage).

Cette notion de centre de gravité étant acquise, je vous montrerai plus tard comment évaluer les limites d'adhérence, de cabrage à l'accélération ou de décollage de l'arrière au freinage...

Vitesse et accélération de piston

Le piston d'un moteur thermique traditionnel se déplace en translation rectiligne dans son cylindre. Ce mouvement est alternatif : le piston monte et descend. Quand le piston arrive "tout en haut" (au Point Mort Haut) il doit repartir dans l'autre sens, sa vitesse s'annule donc pendant un temps infiniment court pour changer de signe. On retrouve la même chose au PMB (Point Mort Bas). La vitesse de translation du piston varie donc fortement. Mais on peut en calculer la valeur moyenne en fonction du régime du moteur.

Exemple : notre Pocket a une course de 32 mm et le régime maxi est de 11000 tr/min.

Sur un tour, le piston parcourt 2 fois la course soit 64 mm.

La durée d'un tour au régime maxi est de 60/11000 = 0,00545 s (oui, je sais, c'est très peu ; en une seconde le moteur fait plus de 183 tours !).

La vitesse moyenne du piston est donc 64 / 0,00545 = 11733 mm/s = 11,7 m/s = 42 km/h.

Bon, vous allez me dire "42 km/h c'est pas bien rapide !"...OK, mais connaissez-vous un mécanisme capable d'atteindre cette vitesse sur quelques centimètres de déplacement ? Sans faire de calcul, on peut imaginer l'accélération colossale que cela représente.

Rocket

A l'opposé du pocket,
voici la Triumph Rocket !
Alésage 101,6 mm Course 94,3 mm et 3 cylindres
Cylindrée = (PI x alésage ² / 4 ) x course x nombre de cylindres = 2294 cm3 soit environ 2,3 litres de cylindrée totale, la cylindrée unitaire (par cylindre) étant de 765 cm3. Par comparaison, prenons le gromono Suzuki 800 DR, alésage x course = 105 x 90, cylindrée calculée : 779 cm3 soit 3 fois moins à peu près.
La Rocket c'est donc comme trois DR 800 accouplés ! C'est même mieux pour beaucoup de raisons (équilibrage, injection...etc.) car la 800 DR affiche un couple maxi de 59 N.m à 5400 tr/min contre 200 N.m à 2500 tr/min pour la Rocket, soit 3,4 fois plus à un régime 2 fois plus faible.

Cylindrée Pocket Bike

D'après la notice fournie, les pocket bikes du lycée sont des 49,9 cm3. J'ai voulu vérifier. l'alésage est de 40 mm et la course de 31 ou 32 mm (plus difficle à mesurer avec mes petits outils avec un minimum de démontage). Pour rappel, la cylindrée de ce monocylindre se calcule ainsi : section d'alésage x course = ( PI x alésage ² / 4 ) x course . On a donc en prenant les cotes en cm (pour obtenir des cm3) : cylindrée = (3,14159 x 4 ² / 4 ) x 3,2 = 40,2 cm3 !!!
On est un peu loin des 49,9 annoncés ou même de 49 ou 47 comme écrit bien souvent pour un mono d'alésage x course = 40 x 32 .....

JBB Aprilia

Je craque pour l'Aprilia SXV 550 mais je rêve plus d'une "pistarde" que d'un Supermot'. Alors, après un mixage de RS 250 associé à un train avant JBB, des jantes magnésium et des commandes reculées, voilà ma bête de course !

Pocket Bike

Je viens d'installer deux superbes pocket bikes dans la salle de TP des STI Génie Mécanique.

J'ai démonté partiellement la jaune et je laisse la rouge entière. L'envie de rouler avec ces bolides instables nous démange mais il va falloir se tenir tranquille. J'espère voir de nombreux élèves dessiner puis usiner des pièces. On va faire du "Pocket Tuning" : tés de fourche taillés dans la masse, repose-pieds, carter de chaine, platines diverses....Pour le moment, l'idée est bien reçue et les réactions toutes positives. A quand le "Pocket Bike championship" dans la cour...?