Les pneumatiques, souvent négligés, jouent un rôle clé dans l’ingénierie automobile. Grâce à des simulations avancées et des tests en conditions réelles, les innovations dans le domaine des pneus promettent une sécurité accrue et des performances améliorées, transformant ainsi ces composants essentiels en véritables technologies de pointe.
Dans le monde de l’ingénierie automobile, les pneus prennent souvent un second plan par rapport à des composants plus excitants. Alors que les passionnés de voitures peuvent s’obséder sur les chiffres de la puissance, et que les consommateurs average privilégient la connectivité avec leur smartphone, c’est le modeste pneu qui sert d’interface cruciale entre le véhicule et la route. Comme l’a succinctement exprimé Chris Helsel, directeur technique de Goodyear, à Ars Technica : « Sans eux, personne n’ira nulle part. Du moins pas très loin. »
L’industrie du pneu a parcouru un long chemin depuis les jours où la composition des pneus était entourée de mystère. Aujourd’hui, des entreprises comme Goodyear ont accumulé d’énormes quantités de données, leur permettant de créer des simulations très précises qui réduisent considérablement le temps de développement.
Helsel, qui a rejoint Goodyear en 1996 au sein d’une petite équipe axée sur la simulation de pneus par ordinateur, se souvient des débuts de cette technologie. « Chez Goodyear en ’96, on avait l’impression d’être un peu en retard par rapport à ce qu’on appelle l’analyse par éléments finis, qui consiste essentiellement à décomposer une grande structure en petites parties », a-t-il déclaré.
La simulation du comportement des pneus est une tâche incroyablement complexe. Helsel a décrit plusieurs défis, y compris la déformation des pneus, l’interface pneu-route, le contact pneu-jante, et la complexité des motifs de bande de roulement. « Un pneu se déforme de 40 % chaque fois qu’il tourne, donc cette énorme quantité de déplacement provoque des déplacements d’éléments, ce qui entraîne une instabilité numérique », a expliqué Helsel. Il a également souligné la difficulté de résoudre l’équation de frottement au point de contact entre le pneu et la route, et de représenter fidèlement les détails complexes des motifs de bande de roulement dans les modèles géométriques.
Au fil des ans, les capacités de simulation des pneus se sont considérablement développées. De la simple prédiction des formes de contact dans les années 90, Goodyear peut désormais modéliser les pneus avec une fidélité complète, y compris dans diverses conditions climatiques. Simuler des conditions de neige, par exemple, peut être très complexe, a précisé Helsel. « La neige se connecte, puis elle se brise. C’est un véritable problème numérique difficile. »
Goodyear a amené la simulation des pneus à un niveau supérieur avec l’introduction de simulateurs avec pilote en boucle. L’entreprise en possède désormais deux : un à Akron, dans l’Ohio, en 2021, et un autre à Luxembourg en 2024. Ces systèmes avancés, similaires à ceux utilisés dans les sports mécaniques, permettent des essais dynamiques des pneus sans avoir besoin de prototypes physiques.
Ces installations ont considérablement accéléré le processus de développement des pneus. Helsel note qu’à la fin des années 1990, le développement d’un pneu pouvait nécessiter jusqu’à 10 prototypes physiques. Grâce aux améliorations apportées à la simulation de l’empreinte, ce nombre a été réduit de moitié. L’introduction de la modélisation de pneus à haute fidélité et de simulateurs l’a réduit à seulement une confirmation de construction physique et de test.
Ce gain d’efficacité se traduit par des économies significatives de ressources. Steve Rohweder, vice-président du développement technologique chez Goodyear, estime que le nouveau processus élimine la nécessité d’environ 13 000 pneus et de 60 000 kilomètres de conduite sur piste d’essai pour chaque cycle de développement.
« Nous avons réalisé des études de variation avec des tailles lorsque nous définissons des cibles en collaboration avec le constructeur avant qu’il ne commence le développement du véhicule », a expliqué Rohweder. « La dimension du pneu est facile à ajuster. Les composés, les changements de conception majeurs – lorsque vous disposez des données nécessaires et que vous les préparez, vous pouvez entrer dans l’environnement de simulation et rapidement naviguer dans l’espace de conception pour déterminer ce que le pilote ressent comme étant le plus efficace et le mieux adapté à cet objectif. »