Influence du type de roues, de roulettes et du sol

L’objectif de la section suivante est de déterminer les paramètres et facteurs de ré-

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en fonction du sol rencontré, certaines roues et roulettes pourront être préconisées pour limiter la résistance au roulement du fauteuil.

II.2.5.1 Matériels et méthodes Protocole

Pour déterminer les propriétés de résistance au roulement de différents types de

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roues, il a été fait appel au parc de fauteuils roulants du CERAH, qui comporte plu- sieurs dizaines de fauteuils roulants manuels correctement équipés et réglés et dont les roues diffèrent. Nous avons fait ce choix plutôt que d’équiper un même fauteuil des différentes roues à tester car même si cette méthode permet de conserver une même résistance aérodynamique pour tous les tests, il n’est pas possible de trouver un fauteuil

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suffisamment modulable pour pouvoir accepter tous les types de roues.

Les sols rencontrés, que ce soit dans la vie quotidienne et dans la pratique sportive tennis fauteuil, peuvent être grossièrement répartis entre sols durs et sols déformables. Dans cette étude nous avons considéré qu’un sol de béton lissé correspondait à la pre- mière catégorie, qu’il était donc particulièrement "roulant" tandis qu’un sol moquette

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représentait plutôt le pire en terme de résistance au roulement. [52, 64, 130]. En consi- dérant que la majorité des sols rencontrés par les utilisateurs se situent entre ces deux extrêmes, il est possible d’exécuter des tests de résistance au roulement sur ces deux sols afin de déterminer les limites basse et haute de résistance au roulement des diffé- rentes roues. Le fauteuils ont donc été testés sur ces deux types de sol : un sol de béton

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lisse et un sol moquette (mailles de 5.4 mm, déroulé sur le sol béton).

Pour chaque fauteuil et chaque type de sol, deux masses et deux répartitions de charges ont été utilisées, soit quatre séries de tests de décélération comme décrits dans le protocole précédent. Ces tests ont été exécutés sur un corridor de 1,5m de large (mais en essayant de rester dans un corridor de 60cm), sans contrôle strict de la position des

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roues, ce qui a permis de conserver une bonne précision sans pénaliser trop fortement le temps d’expérimentation. Au final, 2 répartitions× 2 masses × 10 allers-retours × 2 sols = 80 tests de décélération ont été effectués pour chaque fauteuil.

Trente-trois fauteuils ont été testés selon le protocole décrit précédemment. Les pres- sions de gonflage choisies ont été celles recommandées pour chaque type de pneu, se ré-

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partissant entre 3 et 6 bars. L’alignement des roues était effectué par des experts de ces réglages afin de minimiser l’effet du pincement des roues arrière. Les vitesses de début de phase de décélération du fauteuil ont varié entre 1,5 et 2,5 m/s.

Pour chaque fauteuil, les paramètres et facteurs de résistance au roulement (consi- dérés comme constants) ont été calculés à partir des quatre séries de tests à charge et

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II.2. RÉSISTANCE AU ROULEMENT

Analyse des données

L’analyse par type de grandes roues et de roulettes a été effectuée en groupant les roues par grandes catégories, ce qui a été effectué par un spécialiste en réhabilitation. Les roulettes ont été réparties entre soft roll, roulettes standard et roulettes de roller. Les roues pneumatiques ont été réparties en trois groupes selon leur pression et un

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autre groupe a été ajouté pour les roues pleines.

Une analyse statistique a été effectuée pour vérifier si des différences significatives apparaissaient entre les groupes de roues sur sols différents. Du fait de la faible taille des groupes (de 3 à 20), des tests non paramétriques ont été utilisés ( Kruskal-Wallis ou Mann-Whitney [81, 94] pour comparer les roues et des tests de Wilcoxon pour les types

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de sols).

II.2.5.2 Résultats

Décélérations et forces de résistance au roulement

L’augmentation de la décélération avec la masse sur les roulettes avant a été observée (Voir figure II.12), phénomène plus marqué sur la moquette que sur le béton lisse. Les

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forces de résistance au roulement du fauteuil s’échelonnaient de -3 à -32 N sur béton lisse et de -11 à -62 N sur moquette. Ceci correspondait à des puissances perdues pour un utilisateur se déplaçant à vitesse de confort de 1m/s de 3 à 62 W.

FIGURE II.12 – Tests de décélération des différents fauteuils

Différences entre catégories de roues

Les paramètres de résistance au roulement étaient significativement plus élevés sur

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moquette que sur béton lisse, quel que soit le type de roulette (voir figure II.13 . Ces statistiques n’ont pu être montrées pour les grandes roues, dont certaines catégories ne contenaient que très peu d’échantillons (Ex : pneumatiques 43.5 psi, tableau II.3).

Les paramètres de résistance au roulement étaient significativement différents entre les deux surfaces pour tous les types de roues. Les roulettes de type roller avaient les

TABLE II.3 – Types de roues testées

plus faible paramètre de résistance au roulement, suivies par les soft rolls, puis par les roulettes standard. Des grandes roues, seules les roues pleines avaient des paramètres significativement différents des deux autres.

FIGUREII.13 – Paramètres de résistance au roulement par catégorie de roue et par

type de sol

En fonction des paramètres de résistance au roulement, les facteurs de résistance au roulement des différentes roues ont pu être calculés. Les courbes montrant l’évolution

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des facteurs de résistance au roulement des différentes catégories de roues, en fonction du type de sol et du rayon de roue, sont visibles en figure II.14. Le facteur de résistance au roulement roues pneumatiques (roues arrières) évolue peu dans l’intervalle de va- riation de leur diamètre et reste systématiquement inférieur à celui des autres types des roues et roulettes. Le facteur de résistance au roulement des trois types de roulettes

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décroît avec le rayon de la roulette, de manière plus prononcée sur moquette que sur sol dur et lisse. Entre les trois types de roulettes, les types roller ont des facteurs de résistance au roulement plus faibles à rayon équivalent, suivis par les roulettes de type "soft rolls" puis celles de type "standard" en dernier.

II.2. RÉSISTANCE AU ROULEMENT

FIGUREII.14 – Evolution des facteurs de résistance au roulement de la roue avec le

rayon et par type

II.2.5.3 Discussion

Les décélérations et forces de résistance au roulement observées étaient en accord avec les données rencontrées dans la littérature sur sol dur et lisse [38, 27]. Elles étaient plus élevées que celles observées sur moquette peu épaisse [111] mais proches de celles relatées sur piste d’athlétisme. [115, 111, 36]. L’accroissement de la résistance au rou-

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lement globale du fauteuil a été observé pour tous les fauteuils quand les roues avant étaient plus chargées, comme vu à la section précédente.

Pour tous les types de roues, la moquette augmentait la résistance au roulement par rapport au sol béton lisse, en accord avec la littérature [78, 52]. Ceci est explicable par la déformabilité des sols moquette, qui dissipent alors plus d’énergie. Les résistances

au roulement rencontrées sur moquette seraient à rapprocher de celles rencontrées par exemple sur terre battue par les joueurs de tennis (de type Roland Garros par exemple). Sur cette surface, le facteur de résistance au roulement augmente fortement pour les rayons inférieurs à 4cm, donc des rayons de roues avant supérieurs à cette valeur pour- raient être conseillés pour les surfaces déformables.

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De manière étonnante, les pneus soft rolls présentaient des propriétés de résistance au roulement proches des roues roller même si elles sont beaucoup moins dures : ceci pourrait être expliqué par des propriétés d’élasticité du matériau, qui se déforme mais avec peu de pertes d’énergie. Par ailleurs, les roues soft rolls sont souvent vendues dans le commerce en diamètre plus élevé que les roues de type roller. Les premières se

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trouvent fréquemment en rayon 40mm à 60 mm alors que les secondes se rencontrent plus facilement en diamètre 20 à 40mm. Selon nos résultats (figure II.14), ces deux roues auraient des facteurs de résistance au roulement comparables sur sol dur et lisse, par contre les soft roll seraient plus intéressantes sur moquettes du fait de leur grand dia- mètre. Les soft rolls se trouvent aussi en configuration large, ce qui a priori permettrait

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moins de déformation dans les sols déformables.

Les faibles différences entre les grandes roues à différentes pressions et la taille des échantillons ne nous ont pas permis d’évaluer l’impact de la pression sur la résistance au roulement. Par contre, les pneus pleins sont clairement à proscrire en usage sport de haut niveau : les terrains sont suffisamment propres pour que le risque de crever soit

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très faible et leur résistance au roulement est vraiment au-dessus de celle des pneu- matiques. Par la suite, d’autres expériences pourront cependant être conduites avec le même pneu pour déterminer cette influence.

L’augmentation de la résistance au roulement avec le carrossage [66, 12] n’a pas pu être montrée, car les roues carrossées étaient toutes de même type (forte pression). Il ne

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pourra être testé qu’avec un dispositif d’ajustement de carrossage [46, 47, 66, 12]. Enfin, même si de plus grands paramètres de résistance au roulement ont été me- surés pour les roues arrière par rapport aux roulettes, elles ont en règle générale des rayons 4 à 5 fois plus élevés, qui font que leurs facteurs de résistance au roulement sont presque systématiquement plus faibles.

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