Préparation d'un exposé sur l'Aérotrain

[Tcas]

Bonsoir à tous les passionnés d'Aérotrain

Tout d'abord, laissez-moi me présenter brièvement: je m'appelle Xavier, je suis actuellement en classe préparatoire PCSI, et serai très probablement en PSI* l'année prochaine.

Dans le cadre des concours d'admission aux écoles d'ingénieurs (que je passerai dans un an), je dois préparer l'épreuve des TIPE (Travaux d'Initiative Personnelle Encadrés). Derrière cet acronyme barbare se cache en fait une sorte d'exposé: nous devons faire la présentation orale (en 10 minutes) d'un sujet que nous choisissons. Ce sujet doit d'une part porter sur la Physique et les Sciences de l'Ingénieur, et d'autre part être inscrit dans le thème qui nous est donné. Cette année, le thème est "Surfaces". J'ai tout de suite pensé aux problèmes de frottements... et donc aux méthodes pour les contourner! De fil en aiguille, en essayant de trouver un sujet qui se rapproche de mes passions (l'aéronautique, le ferroviaire... en fait je suis passionné par tout ce qui touche à la physique ou à la mécanique), je me suis rappelé de l'Aérotrain.

Me voila donc lancé! Mon exposé portera sur les avantages de la technique du coussin d'air dans le transport, le tout s'articulant autour d'un cas particulier; l'Aérotrain.

Pour répondre aux attentes du jury, je vais suivre la démarche enseignée en cours de Sciences de l'Ingénieur: Recherche d'une problématique ou d'un but (transport de passagers à grande vitesse), établissement d'un cahier des charges et analyse fonctionnelle du système (décomposition des fonctions composant par composant, du genre: "supprimer les frottements", "propulser le véhicule" et "Amortir les chocs"), modélisation théorique du système, expérimentation puis vérification de la validité du modèle, pour enfin aboutir au respect du cahier des charges.

Pour le moment je n'en suis qu'au début, et il me faut encore mettre un peu d'ordre dans mes idées. Enfin, à la fin l'exposé devrait se rapprocher de cette démarche.J'ai cependant besoin de votre aide sur les deux points les plus délicats de la chose: la modélisation du phénomène et la réalisation d'une expérience permettant de confirmer le modèle et d'établir son domaine de validité.

J'ai déjà passé les derniers jours à passer le Web au peigne fin en quête d'informations sur les véhicules à coussins d'air. J'ai trouvé beaucoup de photos de projets d'aéroglisseurs de fabrication amateure; aux US, c'est d'ailleurs très à la mode de s'en fabriquer un à l'aide d'une planche de contreplaqué, d'un film plastique et d'un moteur d'aspirateur. Mais pas la moindre miette d'information scientifiquement précise sur le sujet. Même "Science et Vie", "Pour la Science" et "Scientific American" n'en disent pas un mot! (j'ai utilisé les mots-clé "Aéroglisseur","Coussin d'air" et "Hoovercraft" pour les sites
anglophones)

J'ai ma petite idée pour modéliser les phénomène. Il est évident que la force de sustentation est directement proportionnelle à la surface du coussin et à la pression (relative) à l'intérieur, que l'on pourra d'ailleurs supposer uniforme. Mais après, comment faire pour relier la pression à l'intérieur du coussin aux débit d'air injecté? (A priori ça va être assez complexe, puisque ça dépend de la quantité d'air qui s'échappe du coussin, qui doit elle-même dépendre de la différence de pression... belles équations en perspective)

L'autre problème est la réalisation d'une expérience. Je pense évidement fabriquer un petit aéroglisseur, en me basant sur les bricolages de nos amis outre-atlantique. Concrètement le "châssis" sera certainement une plaque de bois d'environ 50cm de diamètre. Pour générer le débit d'air je vais essayer de récupérer un vieil aspirateur et en récupérer le moteur et la turbine; je m'arrangerai pour pouvoir moduler sa puissance. Mais le gros problème, c'est le coussin. D'abord le système risque d'être lourd: le moteur pèse 1.5kg à lui seul, et une des expériences consistera à augmenter volontairement la masse du "véhicule" (en posant des poids dessus par exemple) pour étudier son comportement. Ensuite je ferai également des essais pour un déplacement, histoire de voir s'il n'y a pas altération des performances (je connais déjà la réponse, mais ce n'est pas évident comme propriété...). J'aimerai savoir quels sont vos conseils concernant la forme optimale du coussin pour garantir la stabilité et la performance. (Hauteur? Epaisseur? Largeur? Forme?)
Je pose cette question car j'observe que les coussins de l'Aérotrain sont relativement minces, dont la pseudo-étanchéité est assurée par une simple bande de caoutchouc, alors que les aéroglisseurs actuels ont des coussins énormes, constitués de nombreuses bandes ("fingers" en Anglais) placées côte à côte.

Il me reste encore un an pour préparer cet exposé; l'expérience ne marchera certainement pas du premier coup, ne donnera certainement pas les résultats espérés, mais d'un autre côté c'est un peu le but du jeu.

Je vous remercie donc d'avance pour votre aide et vos conseils, et pour ma part j'adresse tous mes encouragements à votre communauté pleine de vie.

Sur ce, bonne nuit
Xavier

PS: quelques-uns des liens qui m'ont aidé: (tous sont en Anglais)
http://amasci.com/amateur/hovercft.html
http://www.youtube.com/watch?v=xQmHqb42qDQ
http://www.hovercraft.com/ (quelques photos interessantes)
http://www.xinventions.com/main/hovercrafts/second.htm

[DJromT]

Bienvenue parmis nous !
Je n'ai pas beaucoup de temps, alors je vais faire vite, les autres completeront avec leurs reponses:

D'un point de vue theorique, l'analyse du sujet telle que tu la presentes est publiee dans un livre "L'aerotrain ou les difficultes de l'innovation". Il fut ecrit en partie par l'ingenieur Bertin, et comporte beaucoup d'elements de reponse a tes questions, des modeles physiques sur le coussin d'air (sans trop rentrer dans les details mathematiques). C'est le meilleur point de depart que tu puisses trouver.

Ensuite, d'un point de vue plus pragmatique, quelques membres de ce forum ont construits des modeles reduits d'aerotrains qui fonctionnent sur coussins d'air. Ils partageront avec joie leurs trouvailles, a moitie "prevue" et moitie empirique (vois avec Phil et Freddyaero). Il y a aussi quelques amateurs de technique qui pourront te guider concernant les questions sur la pressurisation et effets en jeu (vois avec Damien D, Kolia).

Pour te faire un rapide topo, je pense que tu auras le plus de travail sur la partie mathematique de ton sujet. Dans le pire (voire meilleur) des cas, on pourra toujours essayer de te mettre en contact avec l'ancien responsable technique du projet aerotrain (par courrier), ou trouver un autre contact par le biais de l'association des amis de Jean Bertin (vois avec PJskyman ou FredH). Il faut quand meme noter que le coussin d'air ne fut pas seulement applique a l'aerotrain; la societe Bertin travaillait aussi sur des naviplanes (dont les fameux N500).

Bienvenue parmis nous! Ca fait tres plaisir de voir que tu as choisi ce sujet pour ton examen.
Les amis, qu'en pensez-vous? On l'aide du mieux qu'on peut?

[Tcas]

Merci pour la réponse!

Je viens d'en reparler avec ma prof de physique; d'après elle la bibliothèque de l'école Polytechnique est ouverte aux élèves de CPGE. Etant donné que Bertin était polytechnicien, j'ai à peu près 99% de chances d'y trouver le fameux livre.

Pour l'expérimentation, les professeurs nous disent que l'essentiel est de faire simple. Je vais essayer de commencer à fabriquer un premier aéroglisseur cet après-midi même. Car demain est la seule occasion qu'il me reste pour bénéficier de l'assistance du labo de sciences du lycée, qui peut nous fournir capteurs, électronique et autre matériel sophistiqué. Je vais tenter d'utiliser un coussin comme celui décrit sur le premier des liens que j'ai fourni. Par la suite, je pourrai changer de coussin et faire d'autres essais avec des formes différentes.

Bref, encore merci pour la référence, je pars à sa recherche dès que possible.

Sinon, pour la petite histoire, je connaissait déjà l'Aérotrain avant de me lancer dans l'exposé. Je l'avais découvert par le biais de la longue vidéo de présentation (d'ailleurs, est-elle commentée par Bertin lui-même?), que j'avais trouvée extrêmement intéressante et très convaincante. Et comme l'indique le dernier commentaire de la vidéo, je suis surpris de ne pas encore voir de lignes d'Aérotrain...

Xavier

[Thomson]

Pour l'expérimentation, les professeurs nous disent que l'essentiel est de faire simple. Je vais essayer de commencer à fabriquer un premier aéroglisseur cet après-midi même.

Tu peux toujours demander à Phil qu'il te prête son CD air cushion "crazy frog" (c) customised



plus d'infos ici ->http://www.aerotrain.fr/forum/viewtopic.php?f=13&t=394

[Damien D.]

Hello bonjour bienvenu!

Merci de t'interesser a l'Aérotrain dans le cadre de tes études, j'espère que grace a lui tu ira loin =)
Je ne saurais que te conseiller en premier de consulter le bouqin "l'Aérotrain ou les ..", mais je ne sais pas si tu l'aura dans ta bibliothèque parceque c'est un bouquin a tirage assez confidentiel.

Pour la modélisation, c'est vrai que ce serait royal de demander a Mr Berthelot, mais il faudrait aussi sans doute s'adresser a Mme Lambert, qui doit surement avoir encore toute les notes de calculs de l'époque dans lesquelles tu pourrais fouiller pour retrouver les données mathématiques dont tu as besoin.

Cela dit, attention a ne pas te tromper de sujet! L'Aérotrain n'a d'aéroglisseur que le principe. En pratique il n'as pas grand chose a voir avec un naviplane marin ou un terraplane. Pourquoi? Tout simplement parceque la ou ces deux derniers sont étudiés pour évoluer sur des surfaces irrégulière et hasardeuses (la mer n'est jamais pareille, il y a tout un tas de types de vagues qui affecte sa forme, sa densités n'est pas forcément toujours la même, quand au sol, entre les brousailles, un chemin de terre, ou une route bitumée, il y a énorméments de paramètres qui changent), l'Aérotrain, lui, ne fonctione que sur sa voie, qui est concue et étudiée avec des normes bien connues, et qui présente toujours le même état de surface. C'est ce qui fait la difference, et qui fait que les jupes d'un Aérotrain n'ont rien a voir avec les jupes d'un naviplane. En fait un Aérotrain, c'est plustot une plateforme de manutention sur coussin d'air, mais guidée. De plus, il n'y a que sur un Aérotrain qu'on se retrouve avec des coussins d'air verticaux!
C'est pour ca que pour ta partie expérimentation, je te conseille plustot de faire une maquette d'Aérotrain, avec sa voie et son materiel bien adapté (le moteur d'aspirateur n'étant pas fait pour).