Une thèse pour limiter l’impact environnemental des camions

Mercredi 14 mars 2018, Charlotte Fossier a soutenu sa thèse intitulée « Etude du rendement des ponts et de leurs couples d’engrenages coniques : un modèle thermomécanique ». Diplômée ingénieur en Génie Mécanique à l’INSA Lyon en 2014, Charlotte Fossier a réalisé, par la suite, une thèse dans le domaine des transmissions mécaniques avec l’entreprise Renault Trucks, en partenariat avec le LAMCOS et le centre de recherche de l’ECAM Lyon –  le LabECAM.

L’objectif de ces travaux de recherche est de travailler sur les transmissions mécaniques d’un camion pour réduire ses pertes de puissance et donc réduire sa consommation en carburant. On cherche ainsi à réduire durablement l’impact des transports en camion sur l’environnement. Un enjeu d’envergure qui a tout de suite plu à la jeune doctorante : « Ce sujet correspondait à mes attentes car il permettait de développer des modèles thermiques de transmissions validés par une approche expérimentale. De plus, l’objectif industriel correspondait à mes valeurs personnelles. » (Charlotte Fossier).

Clin d’œil à son sujet de thèse, Charlotte Fossier a décidé aujourd’hui de se lancer dans des voyages en vélo à travers le monde.

Résumé

Pour répondre au besoin des clients ainsi qu’aux réglementations gouvernementales, les constructeurs de camions doivent diminuer la consommation et les émissions de leurs véhicules. Une solution-clé est d’améliorer le rendement de la transmission du camion, dont le pont fait partie. Leur design n’a longtemps été optimisé qu’en fonction de critères de durabilité et de bruit.

L’objectif de ce travail est donc de caractériser le rendement des ponts de camion. La dissipation de puissance au sein du pont est causée par l’engrènement, les roulements, les joints et le barbotage. Des méthodes permettent d’estimer globalement ces pertes de puissance, mais elles ne sont pas forcément adaptées aux ponts. En effet, l’élément principal du pont est un engrenage spiro-conique ou hypoïde et son importance est étudiée : sa forme influe sur le barbotage, tandis que sa géométrie de denture et sa cinématique gouvernent le frottement à l’engrènement. Il semble ainsi important d’évaluer le frottement de ces couples coniques par une approche locale et d’étudier l’influence des paramètres de denture.

Cependant, les pertes de puissance dépendent de la température, via les propriétés de l’huile. Des expériences montrent un important écart de température entre les composants. Il faut donc considérer des températures locales plutôt qu’une température d’huile globale. Le rendement et la durabilité peuvent être impactés par des points chauds. La méthode des réseaux thermiques permet de modéliser les échanges thermiques du pont ainsi que la distribution de températures. Les tests classiques de rendement mesurent uniquement la perte globale et la température d’huile : rien ne permet de confirmer la répartition des pertes entre sources. Une campagne d’essais avec mesures de température est donc réalisée et valide le modèle pour le calcul des températures locales et pour l’estimation des pertes de chaque composant. Ce modèle peut alors être utilisé lors du design de futurs ponts.

Banc d’essai qui mesure le rendement et les températures sur un pont de camion (Société TEXELIS)