'est un problème de physique appliquée comme les chercheurs se plaisent parfois à en résoudre. Par curiosité. Pour la satisfaction de poser une équation sur un phénomène qui, sous une apparente trivialité, soulève des questions théoriques complexes.
Nicolas Taberlet (laboratoire de physique de l'Ecole normale supérieure de Lyon, associé au CNRS), Stephen Morris (département de physique de l'université de Toronto, Canada) et Jim McElwaine (département de mathématiques appliquées et de physique théorique de l'université de Cambridge, Royaume-Uni) se sont demandé comment se forme la "tôle ondulée", ces rides transversales régulières qui apparaissent, au passage de véhicules, sur les routes de terre ou de sable. Des pistes non goudronnées comme il en existe beaucoup, non seulement en Afrique, mais aussi en Australie ou au Canada, dont la surface bosselée rend la circulation aussi inconfortable que dangereuse, l'adhérence des véhicules étant réduite à chaque franchissement de monticule.
"La formation de ces reliefs s'apparente à celle des dunes de sable, ou encore aux motifs dessinés par le vent ou par l'eau sur la neige et dans le lit des rivières, explique Nicolas Taberlet.
C'est un processus qui relève de la physique non linéaire, celle des milieux granulaires ou de la matière molle."VITESSE CRITIQUE
Les trois scientifiques décrivent, dans l'édition de Physical Review Letters mise en ligne le 10 août, comment ils ont modélisé le phénomène en laboratoire. Ils ont recouvert d'une couche de 5 cm de sable naturel un plateau tournant de 1 mètre de diamètre, sur lequel appuyait une roue en caoutchouc de 10 cm de diamètre et de 2 cm de large, attachée à un bras pivotant. Puis fait tourner le dispositif pendant des journées entières, à des vitesses différentes, en procédant à des relevés de surface par télémétrie laser.
L'expérimentation montre qu'il existe une vitesse critique, de 1,5 mètre par seconde (soit 5,4 km/h), en dessous de laquelle la surface de sable reste plane. Une fois cette vitesse atteinte, le milieu entre dans un état d'instabilité. Des rides en forme de vaguelettes apparaissent, dont la hauteur et la longueur d'onde (l'écartement) grandissent rapidement, au fur et à mesure que la vitesse croît.
Cette dynamique n'est toutefois pas continue : des fusions se produisent entre les rides, les petites se faisant "manger" par les grandes, et leur hauteur augmente brusquement lorsque l'une d'entre elles disparaît. Contrairement à d'autres processus physiques, pour lesquels existe un point de non-retour ou un retard de l'effet sur la cause, les rides s'effacent aussitôt que la vitesse redescend sous le seuil critique.
Le plus surprenant, indique Nicolas Tabernet, est que les résultats sont les mêmes quelles que soient la taille des grains de sable ou la nature du substrat (du sable mouillé ou des grains de riz ont un comportement identique), et ne dépendent pas non plus des dimensions de la roue, pas davantage que de la fréquence de son passage.
Quel usage tirer de cette leçon de choses ? "Nos travaux sont passionnants d'un point de vue fondamental, mais pessimistes quant à la mise au point d'une solution technique innovante", conviennent les chercheurs. Même si leur modèle n'est pas directement extrapolable à une route, ils estiment que, au-delà de 5 à 10 km/h, l'apparition de tôle ondulée est inévitable.
Il faudrait donc imposer aux véhicules de rouler au pas pour aplanir la difficulté. Ou, à défaut, niveler périodiquement les chaussées déformées à l'aide de bulldozers, comme le font les Etats qui en ont les moyens.
Reste, pour les amoureux des pistes non bitumées, à en endurer stoïquement les cahots. En toute connaissance de cause.
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