Étude et caractérisation des phénomènes d'éclatement et d'explosion des pneus de camion.

Ce mémoire présente les résultats des activités de recherche sur les phénomènes d'éclatement et d'explosion de pneus de véhicules lourds. Réalisé conjointement par l'Institut de Recherche en Santé et en Sécurité du Travail (IRSST) de Montréal et l'École Polytechnique de Montréal, il permet une mise à jour des connaissances sur ces deux types d'évènements, explique leurs causes et leurs conséquences et présente des résultats pertinents pour l'évaluation du risque. Les résultats qui sont présentés ici reposent à la fois sur des essais expérimentaux et des analyses numériques utilisant la méthode des éléments finis. Un essai d'explosion a été mené au Laboratoire Canadien de Recherche sur les Explosifs (LCRE) à Ottawa, Canada pour caractériser le phénomène d'explosion. Le phénomène d'éclatement par surpression, qui est un cas particulier d'éclatement, a été étudié à l'aide d'un test d'éclatement hydrostatique et d'analyses microscopiques. Les analyses numériques ont été réalisées avec le logiciel Altair Radioss pour compléter et/ou valider les résultats de ces essais. Les éclatements et explosions de pneus, bien que relativement rares, sont très dangereux du fait de leur imprévisibilité. Ils interviennent la plupart du temps lors de la réparation, de l'entretien ou encore du remplacement des roues du véhicule. La cause la plus commune des phénomènes d'éclatement ou d'explosion de pneu est un apport de chaleur au système pneu-jante. Cet apport de chaleur déclenche des réactions chimiques qui dégradent le caoutchouc des pneus produisant alors des gaz et des matières inflammables. Il s'agit principalement des réactions de pyrolyse, thermo-oxydation et de combustion. En s'ajoutant au phénomène d'expansion thermique et à la diminution des propriétés mécaniques du pneu par divers facteurs, les gaz produits contribuent à l'augmentation de la pression dans le pneu et augmentent ainsi le risque d'éclatement ou d'explosion. A l'aide des données retrouvées dans la littérature et celles de l'analyse numérique, le scénario menant à l'explosion d'un pneu a pu être établi. Une telle explosion survient lorsque les trois conditions critiques de concentration et de température des matières inflammables et de concentration en oxygène sont simultanément réunies. L'onde de pression résultant du mélange

Abstract

This thesis presents the results of research activities on heavy vehicles tire blowout and explosion phenomena. Produced jointly by the Institut de Recherche en Santé et en Sécurité du Travail (IRSST) in Montreal, Canada and École Polytechnique de Montréal, it allows an update of knowledge on these two kinds of events, explains their causes and their consequences and presents relevant results to risk assessment. The results presented in this thesis are based on both experimental tests and numerical analyses using the finite element method. An explosion test was performed in the Laboratoire Canadien de Recherche sur les Explosifs (LCRE) in Ottawa, Canada to provide relevant scientific data for a better understanding of the tire failure mechanism in the case of explosion. Tire blowouts include the tire burst due to over-pressurization. The latter has been studied using a hydrostatic burst test and microscopic analyses. A numerical analysis was conducted using the Altair Radioss software to complete and/or validate the results of these tests. Even though relatively rare, tire blowouts and explosions are very dangerous because of their unpredictability. They usually occur during the repair, maintenance or replacement of wheels of the vehicle. A heat input to the tire-rim assembly is the main contributor to the final blowout or explosion event. The heat input generates chemical reactions which degrade tire rubber and produce flammable gases. Three types of thermo-chemical reactions have been identified as potential sources. They are pyrolysis, thermo-oxidation and combustion. The gases these reactions produce add to the increase in pressure inside the tire due to thermal expansion of the air and, consequently, the risk of blowout or explosion. Information gathered in the literature and numerical simulation results allowed to propose a scenario for an explosion. Such an explosion occurs if the three critical conditions of concentration, temperature of flammable gas and oxygen concentration occur simultaneously.