Technical investigation report - BEA-TT

BEA-TT
Bureau d’enquêtes sur les Accidents
de transport terrestre
Les rapports
Rapport d’enquête technique
sur la collision entre un tramway
et une voiture particulière
survenue le 4 juin 2007
à Saint-Herblain(44)
décembre 2008
Ministère de l'Écologie, de l'Énergie,
du Développement durable et de l'Aménagement du territoire
www.developpement-durable.gouv.fr
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ACCIDENT 04 JUIN 2007
SCENARIO DU CRASH
Commande N°0000029799 du 08 Octobre 2007
Rapport définitif Indice 03
Ecole Centrale Nantes --- Département de la Recherche
1 rue de la Noë – BP 92101 – 44321 Nantes cedex 3
Tél. : 02 40 37 16 89 – Fax : 02 40 37 25 88
[email protected]
1/16
E2-ECN /R ministère-015 Ind. 03 Date 23/01/08
Table des matières
Pages
I- But
3
II- Sources d’informations
3
III- Données à disposition
3
IV- Scenario crash
3
IV-1 : Premier choc Tram contre voiture avant choc poteau
IV-1-1 : conditions de la simulation
IV-1-2 : chocs répétés - force- temps
IV-1-3 : chocs répétés - force- déplacement
IV-1-4 : chocs répétés - vitesses successives
IV-1-5 : chocs répétés et énergie absorbée
IV-1-6 : enfoncement du véhicule
IV-1-7 : première conclusion
3-7
3-4
4
4-5
5
6
6
7
IV-2 : Choc poteau
IV-2-1 : simulation numérique
IV-2-2 : force de contact
IV-2-3 : écrasement du véhicule
IV-2-4 : énergie absorbée par le véhicule
IV-2-5 : énergie absorbée par le poteau et effort sur poteau
IV-2-6 : variation des vitesses Tram- voiture
IV-2-7 : écrasement voiture (photo et numérique)
7-13
7-8
9
9
10
10-11
12
12-13
V- Diagramme de choc
14-15
VI- Répartition énergitique
15
VII- Conclusions
15
VIII- Suggestions
16
2/16
E2-ECN /R ministère-015 Ind. 03 Date 23/01/08
I- BUT
Reconstitution cinématique du choc avec les paramètres de l’accident et détermination de
l’influence des conditions aux limites
II- SOURCES D’INFORMATION
o
o
o
o
Bureau d’enquêtes sur les accidents de transport terrestre (BEA-TT / MEDAD)
Compte rendu de visite du 07 Juin 2007 sur l’accident (BIRMTG)
Synthèse du rapport circonstancié de l’accident par Monsieur HELAS (SEMITAN)
CD-R de l’accident (vidéo embarquée dans la rame de Tram)
III- DONNEES A DISPOSITION
Les données à notre disposition sont insuffisantes pour reconstituer, avec grande précision
l’accident. En effet, devant le faible temps de choc (40 à 400 ms) :
o la fréquence d’enregistrement du central du tram est trop faible (0,5 S par point),
o la fréquence de la Caméra vidéo (0,25 S par image) l’est également.
Les chocs ne peuvent donc pas être détectés par les moyens d’enregistrement du Tram.
Toutefois, ces données sont suffisantes pour modéliser et expliquer les conséquences des
différents chocs enregistrés sur le Tram et la voiture accidentée.
IV- SCENARIO DU CRASH
IV-1 : Simulations numériques avant choc poteau
IV-1-1 : Conditions aux limites de la simulation
Mur rigide numérique représentant le
Tram Masse 56 T – f = 0.2
Structure numérique équivalente
de la voiture
Mur numérique fixe représentant
le sol – f = 0.5
SIMULA22
Figure 1 : Conditions aux limites de la simulation numérique
3/16
E2-ECN /R ministère-015 Ind. 03 Date 23/01/08
o La voiture est représenté par un parallélépipède en acier de dimensions 4*2*2,3 m et
pesant 1600 Kg.
o Le Tram est représenté par un mur rigide de 56 Tonnes.
o Le coefficient frottement de la voiture au sol est : f = 0,5
o Le coefficient de frottement du Tram est : f = 0,2
o La vitesse initiale d’impact est de 10,32 m/s
IV-1-2 : Chocs répétés - forces d’impact = F (Temps de choc)
Figure 2 : variation de l’effort de choc sur la voiture en fonction du temps
La voiture a subi 6 chocs en trois secondes
La figure 2 montre que:
o La voiture a subi 6 chocs successifs en 3 secondes. Chaque choc correspond à une mise
en vitesse nouvelle du véhicule.
o Les efforts d’impact variant de :
740 KN pour le choc n° 1
550 KN pour le choc n° 2
300 KN pour le choc n° 3
200 KN pour le choc n° 4
050 KN pour les chocs n° 5 et n° 6
Le temps moyen de chaque choc est # 30 ms.
IV-1-3 : Chocs répétés – Force impact = F (déplacement voiture)
La figure 3 montre la variation des efforts d’impact en fonction du déplacement du véhicule dans
le sens du choc. On remarque que le choc n° 2 est arrivé 11 mètres après le choc n° 1, le choc n°
3, 17 mètres après, le choc n° 4, 20 mètres après et ainsi de suite jusqu’au choc n° 6, 30 mètres
après le point d’impact initial.
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E2-ECN /R ministère-015 Ind. 03 Date 23/01/08
Force d’impact Impacts successifs du Tram sur la voiture
1er impact
2ème impact
3ème impact
4ème impact
5ème impact
…
Figure 3 : Variation de l’effort de choc en fonction du déplacement du Tram
6 chocs en 30 mètres
IV-1-4 : Choc répétés - mise en vitesses successives du véhicule
La figure 4 montre la variation des vitesses Tram - voiture en fonction du temps de choc. Le
véhicule est propulsé à 12 m/s après le premier choc ; freiné par ses roues, il est rattrapé par le
Tram au bout de # 1 seconde, et subit un deuxième choc qui fait croître sa vitesse de 7 m/s à 11
m/s. Ce phénomène se répète 6 fois en 3 secondes avant que les deux structures bougent à la
même vitesse de # 9,8 m/s.
1er impact
Voiture
Tram
2ème impact
3ème impact
4ème impact
…
Vitesses Tram - voiture
Figure 4 : Variation de la vitesse du Tram et de la voiture en fonction
du temps de choc
5/16
E2-ECN /R ministère-015 Ind. 03 Date 23/01/08
IV-1-5 : Chocs répétés et énergie absorbée par la déformation du véhicule
La figure 5 montre la variation de l’énergie absorbée par la déformation de la voiture en fonction
de son déplacement et des chocs répétés provenant du Tram. Cette énergie est de 200 KJ pour le
choc n°1, 50 KJ pour le choc n°2 et ainsi de suite…..
L’énergie totale absorbée par le véhicule est # 380 KJ.
Choc 4
Choc 3
…
Choc 2
Choc 1
Chocs répétés et Énergie absorbée par la
déformation de la voiture
Figure 5 : Variation de l’énergie absorbée par le véhicule en fonction du temps de choc
IV-1-6 : Enfoncement de la voiture par le Tram
Structure numérique équivalente
Impact
Figure 6 : Représentation numérique de la déformée latérale de la voiture
La figure 6 montre l’enfoncement latéral de # 220 mm de la voiture, après la succession des
premiers chocs du Tram contre la voiture.
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IV-1-7 : Première conclusion
Le véhicule routier accidenté a subi, latéralement, 6 chocs successifs, sur 30 mètres, avant
d’avoir une vitesse équivalente à celle du Tram.
Le niveau de la force d’impact varie de 740 KN, au premier choc, à 50 KN pour le sixième choc.
L’énergie dissipée dans le véhicule (mise en vitesse et déformation) est # 380 KJ.
La déformée latérale du véhicule routier, côté passager avant, est # 220 mm.
IV-2 : Choc poteau
IV-2-1 : Simulation numérique
Le poteau, structure H, est numérisé avec la loi de comportement d’un acier S235. Les
dimensions du poteau ont été relevées sur place.
Après freinage d’urgence, la vitesse résiduelle du Tram est de 6 m/s, au contact avec le poteau.
La décélération moyenne du Tram en FU étant # 2,2 m/s², le Tram est freiné par un effort de 123
KN.
Le coefficient de frottement de la voiture au sol est toujours : f = 0,5.
Figure 7 : Choc poteau - crash prédictif d’une durée de # 20 ms
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La figure 7 montre la simulation numérique du choc poteau de l’ensemble Tram - voiture.
L’accrochage d’une partie du véhicule avec le poteau provoque un encastrement de l’arrière du
véhicule pendant que le reste de la structure est en mouvement avec le Tram. L’écrasement
dramatique de la structure est effectué par compression, rotation et chevauchement.
Figure 8 : Choc poteau à t = 200 ms
Passager avant
Figure 9 : Choc poteau à t = 490 ms
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IV-2-2 : Force de contact Tram - voiture
Figure 10 : Choc poteau / force de contact Tram - voiture
La figure 10 montre la variation de l’effort de contact Tram -voiture en fonction du temps de choc.
La force d’écrasement du véhicule varie de 3500 KN à 250 kN durant 200 ms.
IV-2-3 : Force de contact et écrasement du véhicule
Figure 11 : Choc poteau / Force contact - déplacement Tram - voiture
La figure 11 montre cette même variation en fonction de l’écrasement du véhicule et on
remarque que l’effort varie de 3500 KN à 250 kN en 1,5 mètre d’écrasement.
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IV-2-4 : Énergie absorbée par le véhicule routier accidenté
283963 Joules
Figure 12 : Choc poteau - Energie absorbée par la voiture
La figure 12 montre la variation de l’énergie absorbée par le véhicule en fonction de son
écrasement.
On remarque qu’au bout de 1,5 mètre, environ, d’écrasement, l’énergie absorbée par le véhicule est
approximativement de 284 kJ.
IV-2-5 : Énergie absorbée par le poteau et effort qui lui est appliqué
Figure 13 : Déformation du poteau
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La figure 13 montre la déformation du poteau après le choc.
29112 Joules
Figure 14 : Choc poteau - Energie absorbée par le poteau
Les figures 14 et 15 montrent la variation de l’énergie absorbée et de l’effort appliqué sur le
poteau en fonction du déplacement de son point de contact avec le véhicule.
On distingue la différence du déplacement entre le point de contact du véhicule avec le poteau
(#90 mm) et le déplacement du « contact véhicule » avec le tram (1500 mm voir fig. 12).
Figure 15: Choc poteau - Effort appliqué au poteau en fonction du
déplacement de son point de contact avec le véhicule
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IV-2-6 : Choc poteau - vitesses (Tram - voiture) pendant le crash
La figure 16 montre les variations des vitesses respectives du Tram et de la voiture pendant le
choc.
On distingue 2 chocs successifs sur le poteau provenant du freinage de l’encastrement du
véhicule sur le poteau qui empêche la voiture de sortir de la trajectoire du Tram, provoquant,
ainsi, son écrasement par compression et rotation par le Tram et son cisaillement par le poteau.
Figure 16: Choc poteau/variation des vitesses Tram et voiture en fonction du temps de choc
IV-2-7 : Modèle numérique du véhicule après choc
La figure 17 montre les grandes déformations du véhicule côté passager avant
Passager avant
Figure 17 : Déformée numérique de la structure équivalente après choc
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Les figures 18 et 19 montrent les similitudes de la configuration après choc entre le cas réel
(figure 18) et le cas numérique (figure 19)
Figure 18 : Photo après crash de l’accident du 04 Juin 2007
Figure 19 : Image numérique après crash de la simulation de l’accident
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V : DIAGRAMME DU CHOC
Compte tenu des calculs précédents, de la documentation mise à notre disposition et de notre
réflexion, le diagramme du choc fait l’objet de la figure 20.
14
Vitesse m/s
13
Décélération m/s²
12
Fonctionnement
FU
Temps de choc (S)
11
Choc
Poteau
Vitesse
10
Début
Freinage
9
8
7
6
5
4
Temps
3
Décélération
2
1
0
-6
-4
-2
0
-1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Début Choc
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
Distance (m)
-2
Figure 20 : Diagramme du choc côté Tram : variation de la vitesse, de la décélération
et du temps de choc en fonction de la distance parcourue.
On distingue les observations majeures suivantes :
o Début de freinage à -2 mètres du choc évalué en fonction des vitesses enregistrées et du
mouvement des passagers dans le tram :
la vitesse du tram est de 37,25 Km/h (10,32 m/s).
la décélération est constante à # 0,65 m/s².
o Début de choc avec la voiture :
à # 30 mètres la décélération est de 0,65 m/s² et la vitesse est de 27,75 Km/h (7,68
m/s). A ce moment le freinage s’arrête, la décélération tombe à zéro, puis la
vitesse reste constante entre 30 et 33 mètres,
le freinage d’urgence commence à se manifester à # 34 mètres et la décélération
commence à augmenter jusqu’au niveau nominal de # 2,2 m/s²,
à 40 mètres, la vitesse chute et, à 42 mètres, elle a une valeur de # 6 m/s.
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à 42 mètres le choc poteau se manifeste et la décélération monte rapidement à # 5
m/s². La force du contact variant entre 3500 KN et 250 KN et le choc poteau dure
# 450 ms
à 44 mètres du point d’impact, la voiture est broyée et la décélération chute à #
2,8 m/s².
à t # +5,5 secondes du point d’impact, le crash est fini : la distance parcourue par
le « Tram – voiture » est de 46 mètres après impact.
VI- REPARTITION ENERGITIQUE
Compte tenu des calculs précédents la répartition énergétique pendant le choc fait l’objet du
tableau suivant.
Origine Energie
absorbée
Décélération
m/s²
Distance
parcourue (m)
Déformation et mise en
vitesse de la voiture
avant choc poteau
Déformation voiture par
choc poteau
Déformation poteau
Freinage Tram de -2 m à
30 m
Début FU de 34 m à 40
m
FU de 40 m à 46 m
Energie
KJ
380
284
0,65
32
29
1165
1,2
6
403
2,2
6
739
Energie totale dissipée dans le crash
3000 KJ
L’énergie cinétique en début de choc est : =0,5*M*V^2 (M la masse du Tram et V sa vitesse)
56*0,5*(10,32)² = 2982 KJ
La totalité de l’énergie du tram est dissipée dans le crash.
VII- Conclusion
o- la première phase de choc a duré 3 secondes sur 30 mètres .La voiture a subi 6 chocs
successifs d’une durée chacun de # 30 ms et un effort variant de 740 KN à 50 KN.
Le défoncement du véhicule est de # 220 mm pour une énergie totale absorbée
(déformation et mise en vitesse) de # 380 KJ.
Le déclenchement tardif du FU à 31 mètres a ralenti l’ensemble Tram- véhicule de 7,68
m/s à 6 m/s au moment du démarrage du choc poteau à 42 mètres.
o- Le choc poteau a pulvérisé la voiture qui a encaissé des efforts variant de 3500 KN à
250 KN pendant 450 ms et un écrasement de 1500 mm.
L’énergie absorbée par l’écrasement (compression –rotation par le Tram à l’avant du
véhicule et cisaillement par le poteau à l’arrière de la voiture) est de # 284 KJ.
o- Si le freinage d’urgence avait été déclenché dès le premier contact avec le véhicule, le
choc poteau aurait été sûrement évité car il faut entre 20 et 22 mètres pour arrêter le
Tram en FU et la voiture victime disposait de 42 mètres avant son dramatique
écrasement.
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VIII- Suggestions
O- Automatisation du FU au contact avec un obstacle routier
O- Avertisseur sonore en cas de franchissement du feu rouge par le véhicule routier
O- Les poteaux doivent être à une distance > 22 mètres du point de contact avec
l’obstacle routier.
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