Coussin gonflable de sécurité

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Un coussin gonflable de sécurité (appelé couramment sous dénomination anglaise airbag, littéralement sac d’air) est une membrane ou une enveloppe flexible, dans laquelle de l’air ou un autre gaz est très rapidement injecté par une réaction chimique explosive, pour la gonfler et ainsi amortir un choc.

Les airbags sont principalement utilisés dans les automobiles, pour protéger les passagers lors d'une collision et ainsi leur éviter de percuter violemment certains équipements de la voiture (volant, vitres latérales, appuie-tête, etc.). Son efficacité optimum est obtenue dans son association au duo ceinture de sécurité + prétensionneur. Obligatoire en Europe, cette configuration ne l'est pas dans certains pays comme les États-Unis ce qui engendre des augmentations de volumes de sacs et donc des configurations sensiblement différentes entre les continents pour un même véhicule.

Sommaire

1 Historique
2 Module
3 Principe de fonctionnement
4 Temps de fonctionnement
5 Efficacité
6 Risques
7 Intervention des sauveteurs
8 En astronautique
9 Argot
10 Réference
11 Voir aussi
- 11.1 Œuvres
- 11.2 Articles connexes
12 Lien externe
- 12.1 Fabricants d'airbags

[modifier] Historique

Image:000 1351.jpg

Ford et General Motors (GM) ont commencé leurs expérimentations sur les dispositifs de retenue par coussins gonflables à la fin des années 1950, basés sur le brevet de 1953 de John Hetrick.

Chose peu connue, au cours de la conquête spatiale, des ingénieurs de la NASA étaient chargés de developper des ballons gonflable (les futures airbag) dans le cadre du développement des accélérométres spatiaux<ref>Historia n°641, mai 2000, p78-79</ref>. L'airbag a été également utiliser pour l'atterrissage sur Mars du robot Sojourner en 1996.

C'est Allen Breed qui, en 1968, inventa le détecteur d'impact. La détection d'une collision se faisait à l'aide d'une balle dans un tube. Plus tard, il collabora avec General Motors et Chrysler pour le développement de leurs systèmes de coussins gonflables.

Les premiers coussins gonflables ont été installés sur des voitures de production en 1973 sur les Buick Cadillac et Oldsmobile modèle 1974.

Les coussins gonflables frontaux ont d'abord été testés sur une flotte de véhicule Chevrolet 1973 (certains de ces véhicules expérimentaux sont toujours en circulation) puis sont devenus disponibles en option sur les gros modèles Buick Oldsmobile et Cadillac en 1974, 1975 et 1976.

Les ceintures aux épaules qui étaient standard à l'avant sur les automobiles américaines des années 1970 (sauf les décapotables) étaient enlevées sur les automobiles équipées des coussins gonflables frontaux vu que ceux-ci étaient conçus pour remplacer les ceintures en cas de collision frontale. GM installait quand même des ceintures abdominales dont l'utilisation était recommandée pour protéger dans les autres types de collisions. Le coussin gonflable côté passager des voitures GM des années 1970 était situé dans la partie inférieure du tableau de bord et servait aussi de protection pour les genoux des passagers avant. La partie inférieure du tableau de bord des voitures équipées de ce système était coussinée du côté conducteur pour protéger les genoux en cas d'accident.

GM appelait ce système "Air Cushion Restraint System" ou "système de retenue par coussins d'air". Comme sur les nouvelles voitures, le coussin gonflable sur le côté passager des voitures GM des années 1970 était à déploiement variable selon la force de l'impact.

GM a cessé d'installer des coussins gonflables après 1976 parce que ceux-ci n'étaient pas populaires.

En 1980, Mercedes Benz en offrait de nouveau dans ses voitures mais seulement sur le côté conducteur.

[modifier] Module

En terme de pièces détachées chez un constructeur automobile, le coussin gonflable de sécurité est un ensemble appelé un module-airbag. Il se loge en différents endroits du véhicule suivant l'utilisation (volant → conducteur; dans le tableau de bord → passager; dans les pilliers de portières ou de coffre → thorax, rideaux; sous la colonne de direction → genou.)

Ce "module" est constitué de 3 éléments:

[modifier] Le générateur de gaz

Connecté au décéléromètre, il débite des gaz afin d'assurer le gonflement du sac. Il existe 3 types de générateurs: Pyrotechniques, hybrides et "cold gas" (gaz froid en anglais). Les premiers n'utilisent pour générer des gaz que des éléments pyrotechniques (propergols solides, proche du carburant des fusées). Les seconds associent ces mêmes éléments à des gaz inertes stockés dans un reservoir indépendant (type Argon, Hélium...). (Il existe actuellement sur le marché quelques modèles mettant les propergols sous pression avec le gaz mais ils sont rares.) Ces gaz viennent en complément de ceux créés par la combustion du propergol, pour les refroidir, mais aussi pour limiter la masse de produit explosif dans le générateur et conserver la même capacité de gonflage. Les derniers ne sont qu'une réserve de gaz, libéré au moment du gonflage et la totalité des gaz du reservoir serviront à gonfler le sac sans aucune aide pyrotechnique.

[modifier] Le sac

Constitué de toile plus ou moins épaisse, il est plié au dessus du générateur d'une manière bien particulière assurant une cinématique de déploiement optimum. (Rapidité et placement du sac vis à vis de l'occupant à protéger). A l'arrière de certains sacs, des trous sont réalisés, appelés "events". Ils servent à calibrer le dégonflage du sac, soit par pression de l'occupant, soit par effet naturel les gaz de combustion sortent du sac. Les sacs non équipés d'events sont réalisés dans des matériaux plus ou moins poreux où là la peau du sac joue ce rôle.

[modifier] Le boitier

Il assure l'intégration et l'interface entre le véhicule (tableau de bord, caisse), le générateur de gaz et le sac. Suivant l'utilisation du module (conducteur, passager, latéral, genou) le boitier peut-être métallique, plastique ou en fibres. Une partie peut-être visible de l'occupant et donc dans le ton de l'intérieur du véhicule.

[modifier] Principe de fonctionnement

Dans un premier temps, il est nécessaire de donner l'ordre de démarrage des airbags.

Cet ordre est donné par un calculateur (décéléromètre) positionné dans l'habitacle du véhicule (en général près du frein à main). Cet élément permet de différencier un simple "coup de patin" d'un coup de frein avec collision. En ce sens que le plus gros des coups de frein ne peut reproduire les efforts engendré (en "g") lors d'un réel choc avec un obstacle. La valeur minimum de vitesse pour activer le système est située en général entre 20 et 30 km/h, tout cela dépendant de la cartographie du calculateur donnée par son constructeur.

Dans le cas d'un retournement de véhicule, (tonneau ou roll-over en anglais) la consigne de déclenchement est d'environ 30° par rapport à l'axe médiant du véhicule en situation "normale".

Une fois l'ordre de déclenchement donné, un signal éléctrique est envoyé à un actionneur pyrotechnique appelé "Générateur de gaz". Son rôle est de transformer le signal éléctrique du décéléromètre en un phénomène pyrotechnique destiné à gonfler le sac.
Les gaz fournis par le générateur débitent dans le sac. Celui-ci est plié au dessus de la diffusion du générateur. Le sac reste la seule partie visible et en contact de l'occupant pendant et après fonctionnement.

[modifier] Temps de fonctionnement

A titre informatif, le clignement de l'oeil se fait en environ 150ms

Il faut savoir que les temps de fonctionnnements des airbags dans un véhicule, sont différents suivant leur localisation à bord. Le temps de fonctionnement est variable car les airbags sont réalisés pour un type de véhicule pour une utilisation donnée. Leur dimensionnement est étudié grace à des essais de deploiement et une même configuration peut se comporter differement suivant les véhicules il s'agit donc ici de temps de fonctionnement moyen…

Dans le volant, pour le conducteur : les temps de fonctionnement sont de l'ordre de 50 à 150 millisecondes
Dans le tableau de bord, pour le passager : les temps de fonctionnement sont de l'ordre de 50 à 150 millisecondes
Dans le toit, les sièges, le haut de la portière, pour les latéraux : les temps de fonctionnement sont de l'ordre de 10 à 50 millisecondes

[modifier] Efficacité

Sur une voiture, le coussin gonflable est systématiquement associé à un prétensionneur de ceinture, un dispositif qui tend la ceinture de sécurité et plaque le passager contre le dossier. En effet, pour un choc frontal (le plus dangereux), en absence de ce dispositif, la tête viendrait percuter le coussin en cours de gonflage ; la vitesse de la toile, environ 300 km/h, provoquerait un « coup de fouet » de la tête vers l'arrière avec comme conséquence un traumatisme cervical probablement mortel.

La tête vient reposer sur le coussin au moment où le prétensionneur se détend. Puis le coussin se dégonfle.

On peut noter que le coussin sert au moment où le véhicule est déjà immobilisé (le choc dure environ 1/10^e de seconde), ou du moins a perdu une grande partie de sa vitesse. On peut donc se poser la question de l'utilité réelle de ce dispositif. Les études comparant le port de la ceinture seule au système ceinture + prétensionneur + coussin gonflable ont montré l'efficacité du dispositif. Mais on ne dispose pas d'étude comparant le système ceinture + prétensionneur au système ceinture + prétensionneur + coussin gonflable.

[modifier] Risques

Le risque principal est lorsque le coussin ne s'est pas déclenché lors de l'accident, par exemple en cas de choc latéral, arrière, ou de tonneau. Le système de mise à feu pouvant être en mauvais état, les manipulations des sauveteurs lors de la désincarcération peut provoquer le déclenchement du système, avec un risque :

d'immobiliser la victime par la tension de la ceinture ;
de projeter tout objet ou personne qui pourrait se trouver entre le volant et la victime.

Certains systèmes disposant d'un condensateur (pour éviter que l'airbag ne fonctionne plus si la batterie venait à être détruite avant le déclenchement de l'airbag), ils restent ainsi actifs même après débranchement de la batterie. Le déchargement du condensateur prend environ une minute. Mais pour des raisons de sécurité, les secours intervenants sur place attendent, si cela est possible, une dizaine de minutes.

Enfin, le déclenchement, lors d'un choc peut provoquer :

des brûlures aux avant-bras du conducteur ;
un traumatisme facial si le conducteur est proche du volant (par exemple une personne de petite taille ayant approché le siège au maximum) ;
la projection d'un objet que le passager pourrait tenir en main (par exemple stylo) ;
la détonation peut provoquer des lésions du tympan.

[modifier] Intervention des sauveteurs

Après le déclenchement de l'airbag, les sauveteurs intervenant ventilent le véhicule pour évacuer le gaz ayant servit au gonflement du coussin. Ils évitent également tout contact avec les générateurs de gaz ou le volant, qui peuvent être relativement chaud voir brûlant. Les mains et les yeux de la victime sont rincés à l'eau claire.

En présence d'un airbag non déclenché, les sauveteurs coupent l'alimentation électrique (la batterie) et mettent en place un filet sur le volant servant à contenir le coussin s'il venait à se déclencher. Il n'existe pas de dispositif pour les autres coussins. Il s'attachent également à ne rien mettre dans la zone de développement possible du coussin (pour éviter toute projection dû au déclenchement).

[modifier] En astronautique

Image:Test des airbags de Mars Pathfinder.jpg

Dans le domaine de l'astronautique, certains atterrisseurs des sondes spatiales utilisent des airbags pour amortir leur chute.

Ce sont les sondes lunaires soviétique Luna 9 et Luna 13, en 1966, qui les premières furent équipées d'airbags. Bien plus tard, les sondes martiennes telles que Mars Pathfinder, Mars Exploration Rover et Beagle 2 utilisèrent ce système. Cependant pour Beagle 2, un problème qui reste pour l'instant (janvier 2006) indéterminé, est survenu durant la descente, occasionnant la perte de l'engin. <div style="clear:both;" />