Étude sur la performance aérodynamique des rétreints de remorque et les probabilités de collision associées

Les dispositif aérodynamique - rétreints

Rapport technique CSTT-HVC-TR-169, décembre 2010
Préparé pour :
Direction générale de la sécurité routière et de la réglementation automobile
Transports Canada
275, rue Slater
Ottawa, ON

Préparé par :
Conseil national de recherches du Canada
Centre de technologie des transports de surface

Jeff Patten, P. Eng.
Gordon Poole, P. Eng, PMP
William Mayda, P. Eng.
Alanna Wall, PhD

Sommaire

Les déflecteurs montés à l’arrière des remorques, ci-après appelés « rétreints », sont considérés depuis longtemps comme étant des dispositifs capables de réduire la traînée aérodynamique, et, par conséquent, la consommation de carburant. Cependant, peu de travaux ont été effectués afin de déterminer les conséquences d’une collision entre un véhicule et l’arrière d’une remorque munie d’un tel dispositif.

La Norme fédérale actuelle 223 des Normes de sécurité des véhicules automobiles du Canada (NSVAC) stipule les dimensions à respecter lorsque des dispositifs sont ajoutés à l’arrière de remorques neuves dotées d’un dispositif de protection arrière (DPA). Plus précisément, toute pièce ajoutée à l’extrémité arrière de la remorque qui est installée à moins de 1 900 mm (74,8 po) du sol ne peut dépasser de plus de 305 mm (12 po) le plan du dispositif de protection arrière. Une fois que la remorque est mise en exploitation, les opérateurs doivent se conformer aux politiques provinciales sur les poids et les dimensions. Au moment de la publication du présent rapport, la longueur du rétreint était limitée à 61 cm (2 pi) dans toutes les provinces, même si certaines provinces autorisent les dispositifs plus longs, avec un permis.

La plupart des rétreints vendus aux États-Unis contreviennent aux dispositions de la Norme 223 des NSVAC quant à la longueur du rétreint installé à l’arrière de la remorque et à la hauteur du bord inférieur du dispositif par rapport au sol. C’est pourquoi Transports Canada tenait à étudier les gains aérodynamiques que peuvent procurer les rétreints et à déterminer quels types et quel pourcentage de véhicules circulant actuellement sur les routes canadiennes étaient susceptibles de frapper le rétreint avant de heurter le dispositif de protection arrière conforme à la Norme 223 des NSVAC, installé sur presque toutes les semi-remorques fourgons. En outre, il était intéressant de déterminer si de la neige, de la glace et des débris pouvaient s’accumuler à l’intérieur des rétreints et être éjectés sur la chaussée par la suite. Les effets sur la visibilité en aval ont également été modélisés.

Les résultats ont été tirés d’essais en soufflerie sur maquette à l’échelle et de l’estimation des risques de collision à partir des données sur les dimensions et le parc de véhicules. La modélisation de la visibilité et de l’écoulement a été réalisée par dynamique des fluides numérique.

Les résultats expérimentaux du modèle à l’échelle indiquent que la gamme de rétreints mis à l’essai dans l’étude (de 2 à 5 pi) peut réduire de 7,6 % à 11,8 % la traînée aérodynamique des tracteurs semi-remorques à 65 mi/h. Cela correspond à une réduction estimée de la consommation de carburant de 4,7 % à 7,3 %, soit une économie annuelle estimée de 2 457 à 3 797 L (2 457 $ à 3 797 $) pour chaque tracteur tirant une semi-remorque équipée d’un rétreint. Les dispositifs généreraient une réduction annuelle des émissions de CO2 de 6 707 kg à 10 366 kg par véhicule.

En ce qui concerne la hauteur du rétreint, une bonne part des réductions de la traînée aérodynamique peut être atteinte par l’installation d’un élément, même de faibles dimensions, dans la section inférieure de la remorque, même si cet élément est nettement plus court que la portion supérieure du rétreint. L’absence d’élément dans la partie inférieure de la remorque réduit de manière significative l'efficacité du rétreint. Les rétreints sont plus efficaces si au moins 75 % de la bordure arrière de la remorque est couverte d'un panneau pleine longueur, ce qui correspond à environ 1 800 mm au-dessus du sol sur la plupart des remorques fourgon.

La longueur du rétreint influe sur le potentiel de réduction de la traînée. Toutefois, la configuration globale du dispositif joue un rôle plus important dans la détermination de ce potentiel. La réduction de la traînée aérodynamique la plus importante est obtenue par les rétreints d’une longueur de zéro à deux pieds. Après deux pieds de longueur, les économies continuent d'augmenter, mais dans une moindre proportion.

Les essais ont révélé que certains modèles de deux pieds généraient une plus forte réduction de la traînée que ceux de quatre pieds de formes différentes.

Le modèle de rétreint, en particulier la présence du panneau du bas, est un paramètre plus important que la longueur des panneaux latéraux lorsqu’il s’agit d’analyser les gains aérodynamiques d’une même configuration globale. Ainsi, dans l’étude, un modèle de deux pieds avec panneau du bas a généré une plus grande réduction de la traînée qu’un modèle de quatre pieds sans panneau du bas similaire.

La Norme 223 des NSVAC réglemente la longueur des panneaux de rétreint installés sur les remorques neuves alors que les politiques sur les limites de dimensions et de poids des provinces s’appliquent aux dispositifs du marché secondaire installés sur les remorques déjà en exploitation. Il s’avérait donc intéressant d’appliquer le modèle d’étude des collisions à un rétreint conforme aux réglementations fédérales et provinciales. On a constaté que 0,5 % des véhicules (voitures de tourisme et camions légers) heurterait la partie du rétreint située au-dessus de 1 900 mm, et que le pare-brise était le point d’impact dans tous les cas. Mais, dans le cas où le dispositif s'étend de haut en bas sur toute la hauteur de la remorque jusqu’à 110 cm au-dessus du sol, 44,7 % des véhicules canadiens risqueraient d’entrer en collision avec le rétreint de deux pieds avant de percuter le dispositif de protection arrière de la remorque. Il est important de noter, cependant, qu'une part importante (39,1 %) des collisions se produirait au niveau de la calandre ou du capot au-dessous de 1 900 mm. En comparaison, si les rétreints de quatre pieds actuellement offerts sur le marché étaient installés sur des remorques fourgon, 33,6 % des véhicules sur les routes canadiennes entreraient en collision avec le rétreint avant de heurter le dispositif de protection arrière. Cependant, la distinction entre les collisions au niveau de la calandre et du pare-brise ne peut être faite avec les données mises à la disposition de l’équipe de recherche.

Afin de prévenir au moins 90 % (valeur fixée arbitrairement) des collisions initiales entre les véhicules sur les routes et les rétreints (la somme des modes d’impact C2 et D), il est essentiel que les rétreints à bord droit de 121 cm (4 pi) de long soient installés à plus de 1 740 mm du sol. En outre, moins de 10 % des véhicules heurteraient (somme des modes C1 et C2) un rétreint de 90 cm (3 pi), quelle que soit la hauteur du panneau latéral par rapport au sol.

De nombreuses configurations offrant un potentiel de réduction de la traînée élevé comportent un élément qui n’est distancé que de 1 100 mm du sol, ce qui causerait une collision avec le rétreint avant ou au lieu de heurter le dispositif de protection arrière. Dans de nombreuses configurations, cet élément est cependant suffisamment court pour que les collisions soient surtout du type calandre ou capot.

Bien que le panneau du bas des rétreints fournisse jusqu'à 20 % de l'avantage aérodynamique total, sa présence augmente le risque d'accumulation de particules (comme de la neige et de la glace) qui peuvent provoquer des conditions dangereuses si elles s’en détachent.

Toutes les analyses aérodynamiques (expérimentales et par simulation) présentées dans ce rapport sont fondées sur des conditions d’écoulement uniforme en amont. Ces analyses ne tiennent donc pas compte de l'effet des sillages en amont créés par les véhicules en mouvement et les objets en bordure de route. Comme une partie importante des déplacements des véhicules commerciaux au Canada se produit dans des corridors à fort trafic où le champ d'écoulement est fortement déformé par la présence d'autres véhicules sur la route, il est recommandé de mener une analyse plus approfondie des effets des sillages en amont des véhicules en mouvement afin d’aider à quantifier les avantages des rétreints en situation réelle.

Il est recommandé d’étudier plus en détails les effets du débordement de la partie arrière des remorques et de la perceptibilité de la remorque, même si ceux-ci n’ont pas été inclus dans la présente étude.

L'analyse des collisions entre véhicule et rétreint présentée dans le rapport a démontré qu'il y aurait également des collisions entre les camions des classes 4 à 8 pour presque tous les modèles de rétreint évalués dans l’étude. En outre, les classes 4, 5 et 6 de camion porteur à cabine avancée présentent les risques les plus élevés de blessures chez les passagers, dans l’éventualité où un élément de structure horizontal du dispositif heurterait le pare-brise et le pénétrerait. Les données permettant de quantifier les types de collisions de cette nature n’étaient pas incluses dans les sources de données fournies par Transports Canada, et il est donc recommandé de mener des études supplémentaires pour inclure ces classes de véhicule dans l'analyse. Selon les conclusions de cette analyse, les prochaines étapes pourraient inclure l'élaboration d'un protocole d’étude sur la pénétration de la zone du pare-brise.

Transports Canada voudra peut-être raffiner l'outil d'analyse des collisions pour y inclure des estimations de la hauteur et de la pente du capot (s’il s’avère possible d’obtenir ce type de données) et du piqué du véhicule lors du freinage, en plus des modèles de rétreint à géométrie variable (par exemple, les panneaux latéraux de formes découpées).

  1. Avis: Les opinions et les vues exprimées dans ce rapport sont celles des auteurs, qui sont responsables ... Le contenu ne reflète pas nécessairement les politiques officielles de Transports Canada. Transports Canada n'a pas l'habitude de citer des noms de produits ou de fabricants. S'il le fait ici, c'est simplement pour la bonne compréhension du texte.
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