Modèle de contact dynamique pneumatique chaussée par approche multi-aspérités : application au bruit de roulement

The tyre/road noise plays a significant role in the road traffic noise pollution. It is generated by complex mechanisms influenced by several parameters such as the road texture, the contact geometry and the tyre characteristics. The present work deals with the numerical study of tyre/road contact for rolling noise prediction and focuses on the road texture influence. The contact problem is solved using a Two-scale Iterative Method (TIM) based on a multi-asperity approach of the road surfaces. The tyre is modelled by a viscoelastic half-space and characterised by standard rheologic models (Zener or generalised Maxwell). In order to use the TIM for tyre/road contact, a partitioning method of the road surface is developed, allowing a global description based on contact laws on each asperity. In comparison with classical methods, the TIM gives the same results but it is less time-consuming. Thus it allows to study the contact problem for a large zone. The introduction of the viscoelasticity of the tyre causes a decrease of the contact area independent of the vehicle speed, in agreement with experimental results. The introduction of tyre vibration in the contact model influences the apparent contact area and the contact forces level, but the results highlight the need for an experimental validation of the dynamic effects on tyre/road contact. Finally, the contact parameters allow to quickly obtain a rough estimation of the low-frequency noise (315-1000 Hz). The contact forces obtained using the elastic TIM are strongly correlated with the low-frequency noise until 1000 Hz for two tyre configurations (slick and standard patterned). Thus a statistical hybrid method is developed in order to estimate the tyre/road noise at low-frequency, giving encouraging results.Le bruit de contact pneumatique/chaussée joue un rôle important dans la nuisance sonore du trafic routier. Il est généré par des mécanismes complexes influencés par plusieurs paramètres tels que la texture de chaussée, la géométrie du contact et les caractéristiques du pneumatique. Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'étude numérique du contact pneumatique/chaussée pour la prévision du bruit en s'intéressant plus particulièrement à l'influence de la texture de chaussée. Le problème de contact est résolu à l'aide d'une Méthode Itérative à Deux Échelles (MIDE) basée sur une approche multi-aspérités de la surface de chaussée. Le pneumatique est modélisé par un massif semi-infini viscoélastique et caractérisé par des modèles rhéologiques standards (Zener ou Maxwell généralisé). Pour appliquer la MIDE au contact pneumatique/chaussée, un partitionnement de chaussée est développé permettant une description globale à partir de lois de contact sur chaque aspérité. En la comparant à des méthodes classiques, la MIDE donne des résultats identiques avec un temps de calcul largement réduit. Elle permet donc d'étudier le problème de contact sur une zone de plusieurs mètres. L'introduction de la viscoélasticité du pneu entraine une diminution de l'aire de contact identique quelle que soit la vitesse du véhicule, conformément aux résultats expérimentaux. L'introduction de la vibration du pneumatique dans le modèle de contact influence l'aire de contact apparente et le niveau des forces de contact, mais les résultats montrent la nécessité d'une validation expérimentale des effets dynamiques sur le contact pneumatique/chaussée. Enfin, les paramètres de contact permettent d'obtenir rapidement une approximation du niveau de bruit global à basses fréquences (315 - 1 000 Hz). Les forces de contact obtenues en utilisant la MIDE élastique sont très fortement corrélées avec le bruit mesuré jusqu'à 1 000 Hz pour deux configurations de pneumatique (lisse et standard). Ainsi une méthode hybride statistique est développée pour estimer le bruit de roulement à basses fréquences, donnant des résultats convaincants