Travaux personnels
II.2. RÉSISTANCE AU ROULEMENT de considérer acceptable un couloir d’une largeur de 1,5m [113].
II.2.4 Validation de la méthode de mesure
L’objectif de cette partie est de valider la non influence du choix du lieu de mesure sur les résultats, et de savoir si un contrôle très strict des positions de roues ou de la largeur du couloir de mesure est absolument nécessaire.
II.2.4.1 Matériel et méthodes 5
Un fauteuil roulant (Kushall Champion carbone, Invacare, dans sa configuration de vente) a été utilisé pour cette expérience, ses pneus ont été gonflés à la pression recom- mandée de 6 bars (87psi). Ses roues étaient de rayon 29cm pour les roues arrière et de 6 cm pour les roues avant.
Trois corridors de 6m de long et sur une surface en béton lisse (béton recouvert de
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peinture laquée) ont été définis pour ce test (figure II.11) : les deux premiers "A" et "B" avaient une largeur de 60cm, le dernier, "C", était superposé au corridor A, mais avait une largeur de 1,5m. Les trois corridors étant tracés sur la même surface, les paramètres de résistance au roulement des roues du fauteuil ne devaient pas varier entre ces corridors.
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FIGURE II.11 – Corridors utilisés pour la validation de la méthode
S1B, S2B) ont d’abord été effectuées dans les corridors A et B en suivant le protocole de mesure décrit précédemment et en contrôlant strictement l’angulation des roues (table II.2). Lors des deux premières séries, le fauteuil était chargé de masses additionnelles, pour une masse totale de 75,10 kg , dont 29 % était supportés par la roue avant. La première série a été effectuée sur le corridor A (série S1A), la deuxième sur le corridor B
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(série S1B). Lors des deux séries suivantes (Séries S2A et S2B), la masse additionnelle a été conservée, mais la répartition antéropostérieure de la charge a été modifiée à 64 % sur les roues avant. Pour chaque série de tests, la normalité de l’échantillon a été testée, puis les séries S1A et S1B ont été comparées en utilisant les t-tests de Student, de même que les séries S2A et S2B, afin de vérifier si le choix de l’emplacement du corridor avait
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une influence sur les décélérations mesurées.
Test de validation du modèle
Afin de déterminer les facteurs de résistance au roulement avant et arrière, deux autres séries ont été réalisées en contrôlant strictement l’angulation des roues sur le corridor A (séries S3 et S4 Table II.2) avec des masses et répartitions différentes. Les
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résultats issus des quatre séries de tests (S1, S2, S3 et S4) sur corridor A ont alors permis de calculer les facteurs de résistance au roulement avant et arrière en utilisant la méthode décrite en section II.2.3.4.
Puis, trois séries de nouveaux tests sur corridor A ont été effectués en variant à nouveau les masses et leur répartition (séries S5A, S6A et S7A, Table II.2). Pour ces trois
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séries, les accélérations théoriques ont été contrôlées à partir de la formule (II.2.12) et en utilisant les facteurs de résistance au roulement, calculés précédemment. Les résultats ont alors été comparés aux accélérations mesurées sur le terrain pour les séries S5A, S6A et S7A.
Enfin, afin de vérifier la nécessité de contrôler strictement la trajectoire et l’angula-
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tion de la roue (qui sont relativement lourds à mettre en œuvre), des tests en conditions moins strictes ont été effectués. Il a alors été choisi un corridor plus large (corridor C) et une absence de contrôle de l’angulation de roues. Ainsi, les conditions de chargement du fauteuil des séries S1, S2 et S5 ont été reproduites sur le corridor C (séries S1C, S2C et S5C, tableau II.2).
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II.2.4.2 Résultats
La table II.2 a été complétée avec les résultats de décélération et d’intervalles de confiance sur cette décélération. Deux valeurs atypiques (ou outliers) ont été rejetées pour les séries S1A et S2B.
Les décélérations sur l’ensemble des séries variaient entre 0,045 m/s2 et 0,076 m/s2.
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II.2. RÉSISTANCE AU ROULEMENT
TABLE II.2 – Décélérations obtenues pour des séries de tests effectuées sur divers
corridors et divers chargements de FRM
tives ont été trouvées entre les décélérations aller et les décélérations retour, avec des différences entre décélération aller et décélération retour allant de 0,006 à 0,012 m/s2
(S1A et S2B) et des t-tests de Student compris entre 2,2 et 5,74. L’intervalle de confiance sur les décélérations allait de 0,003 à 0,005 m/s2, ce qui représente de 6 à 11 % de la
valeur nominale. En multipliant les valeurs de décélération par les masses, les forces de
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résistance au roulement obtenues allaient de 2,7 N (Série S6A) à 6,9 N (Série S4A). Ensuite, les variations de décélérations observées pour une même configuration de fauteuil évoluant sur les corridors A et B étaient de 0,003m/s2 entre les séries S1A et
S1B et de 0,001 m/s2 entre les séries S2 et S2B. Ces différences n’étaient cependant pas
significatives, avec des scores de t-tests respectifs de 1,42 et 0,49.
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D’autre part, les facteurs de résistance au roulement obtenus pour le fauteuil testé d’après les séries S1A, S2A, S3A et S4A et leur intervalle de confiance étaient (×10−3) :
λf
rf
(±IC) = 9, 8(±1, 1) et λr rr
(±IC) = 2, 6(±0, 8).
Ceci signifie des paramètre de résistance au roulement de (×10−3) :
λf(±IC) = 0, 6(±0, 03) et λr(±IC) = 0, 8(±0, 1).
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Le calcul des décélérations des séries S5A, S6A et S7A, à partir des informations de répartition de charge et des paramètres de résistance au roulement, a donné des décélérations de 0, 061m/s2(±0, 009) pour la série S5A, 0, 052m/s2(±0, 009) pour la série
S6A et 0, 062m/s2(±0, 009) pour la série S7A. Les différences entre les valeurs théoriques
de décélération et les valeurs mesurées étaient respectivement de 0,007 m/s2, 0,006
m/s2 et 0,004 m/s2, et étaient dans les intervalles de confiance des valeurs théoriques
calculées.
Enfin, la comparaison entre les résultats des séries S1, S2 et S3 , effectuées en condi- tions strictes (sur corridor A) et moins strictes (sur corridor C) n’ont pas montré de différences significatives.
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II.2.4.3 Discussion
Les décélérations et forces de résistances au roulement estimées dans cette étude étaient en accord avec celles rencontrées dans la littérature [27, 28, 11, 29, 38, 116]. Cependant, l’utilisation de la force de résistance au roulement globale du fauteuil pour caractériser celui-ci doit être employée avec précaution, car cette force dépend en grande
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partie de la répartition de charge avant/arrière [38].
Cette étude met par ailleurs en avant l’influence majeure de la répartition antéro- postérieure de charge sur la résistance au roulement, en montrant par exemple une augmentation de 52 % de la décélération (et donc de la force de résistance au roulement) quand la charge sur la roue avant variait entre 29 % (S1A) et 64 % (S2A), malgré le fait
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que la masse totale restait inchangée. Ces résultats étaient en accord avec ceux trouvés précédemment par de saint Rémy et Sauret [38, 115, 116]
Les résultats ont par ailleurs montré une bonne reproductibilité des tests lorsqu’ils étaient conduits dans un seul sens, mais montrait des différences entre les allers et les retours. Ceci souligne l’importance des déformations du sol sur les résultats et la né-
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cessiter d’effectuer une procédure d’allers-retours. Grâce à cette technique, la procédure s’est révélée suffisamment robuste pour conduire des expériences sur le même sol mais selon des couloirs d’expérimentations différents. De plus les différences constatées entre les décélérations aller des corridors A et B, de même qu’entre les décélérations retour traduisent que ces deux corridors n’avaient pas la même pente. Cette méthode a permis
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de s’affranchir des erreurs dus à la pente et permet ainsi la comparaison des propriétés de résistance au roulement des roues de fauteuil sur différents sols (béton, moquette, etc.).
A notre connaissance, les facteurs et paramètres de résistance au roulement ont été calculés une seule fois auparavant [115, 116]. Les valeurs obtenues dans cette étude
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sont plus faibles, mais peuvent être expliquées par le choix de dureté de terrain et de roues (sol béton vs piste d’athlétisme).
Par ailleurs, les décélérations du fauteuil chargé ont pu être prédites pour les séries S5A, S6A et S7A et se sont montrées en accord avec les valeurs mesurées, ce qui montre la validité du modèle proposé.
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Les facteurs de résistance au roulement des roues avant se sont montrés près de quatre fois plus élevés que ceux des roues arrière, ce qui est en accord avec le phénomène
II.2. RÉSISTANCE AU ROULEMENT
d’augmentation de la résistance au roulement globale du fauteuil lorsqu’on charge les roues avant. En effet à la vue du modèle mécanique, les rayons des roues avant étaient cinq fois plus faibles que ceux des roues arrière, alors que leurs paramètres de résistance au roulement étaient sensiblement égaux. Ainsi, le facteur de résistance au roulement - qui est le ratio du paramètre de résistance au roulement par le rayon - était beaucoup
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plus élevé pour les roues avant.
Ceci nous donne des indications quant à la géométrie du fauteuil à privilégier pour la résistance au roulement et diminuer ainsi la fatigue du joueur. Pour cela, le poids doit être déporté au maximum sur les roues arrière, et le rayon des roues avant doit être maximisé. Les matériaux des roues avant et arrière doivent aussi être choisi de manière
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à obtenir des paramètres de résistance au roulement très limités.
De plus, des intervalles de confiance ont pu être associés aux facteurs de résistance au roulement des roues avant et arrière et représentaient respectivement 6 et 15 % des valeurs de résistance au roulement des roues arrière et avant. Cet intervalle de confiance doit être pris en compte lorsque deux roues différentes seront comparées : si
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leurs intervalles de confiance se chevauchent, il ne sera alors pas possible d’affirmer que les valeurs de résistance au roulement de l’une seront inférieures à celles de l’autre.
II.2.4.4 Conclusion
Cette étude complète le travail effectué lors de recherches précédentes [27, 38, 115, 116] et prouve l’intérêt et la fiabilité de cette méthode pour déterminer les effets du sol
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et du choix des roues avant et arrière sur la décélération du fauteuil roulant et la force de résistance au roulement.
Des préconisations quant aux choix géométriques du fauteuil ont pu être avancées pour limiter les pertes énergétiques dans les résistances au roulement, comme le fait de décharger les roues avant au profit des roues arrière, d’augmenter le rayon des roues
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avant, de choisir un paramètre de résistance au roulement faible pour ces deux roues. La modélisation et le protocole mis en place ont permis de déterminer les facteurs et paramètres de résistance au roulement avec une précision acceptable, ce qui permettra d’utiliser cette méthode pour créer une base de données de propriétés de résistance au roulement de différentes roues et roulettes sur différents sols, initiée par Frank [52].
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Elle pourra entre autres permettre de définir quel choix de roues et roulettes est le plus adapté à tel ou tel type de terrain, du point de vue de la perte d’énergie dans la résistance au roulement.