Physique et sécurité routière

Manuel à l’attention des professeurs de sciences des
deuxième et troisième degrés de l’enseignement secondaire
Physique
et sécurité routière
Quelques applications des lois fondamentales
de la physique à la sécurité routière

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TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION 3
2. NOTIONS DE PHYSIQUE 4
2.1 La première loi de Newton 4
2.2 La deuxième loi de Newton 4
2.3 La troisième loi de Newton 4
2.4 Loi de conservation de l’énergie 5
2.5 Loi de conservation de la quantité de mouvement 5
2.6 Les lois du mouvement rectiligne uniformément accéléré 6
3. COLLISION FRONTALE 8
3.1 Influence de la masse 8
3.2 Influence de l’élasticité du choc 11
3.3 Influence des zones de déformation du véhicule 13
3.4 Influence du port de la ceinture 14
3.5 Exemples d’innovations technologiques
en matière de retenue des passagers 15
3.6 Les pare-chocs 17
3.7 Le port du casque 18
4. AUTRES COLLISIONS 19
5. ANALYSE DE QUELQUES FORMULES «CHOC»
DE LA SÉCURITÉ ROUTIÈRE 20
5.1 Un choc à 100 km/h non attaché correspond
à une chute de 12 étages 20
5.2 Durant une collision, votre poids est multiplié par 15 22

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L’éducation à la circulation et à la mo-
bilité doit avoir sa place dans l’ensei-
gnement secondaire. Ce constat est
d’ailleurs une exigence des compéten-
ces terminales et savoirs requis en
sciences destinés aux humanités gé-
nérales et technologiques.
L’adolescence est un moment clé dans
l’évolution des habitudes de mobilité
d’un individu. Les besoins d’autonomie
augmentent, les modes de déplacement
changent. C’est également durant cette
période de leur vie que certains adoptent
des comportements à risques sur la route.
Ces prises de risques sont, entre autres,
influencées par les modèles proposés par
notre société basés sur la performance, la
rapidité. Pour ne pas céder à l’influence de
ces modèles, les élèves doivent pouvoir se
baser sur des notions de physique qui les
aideront à comprendre l’utilité de moyens
de protection comme le casque ou encore
la ceinture de sécurité. L’objet de ce do-
cument est de mettre à la disposition des
enseignants des informations sur les liens
entre les enjeux de sécurité routière et la
physique.
Choisir le mode de déplacement le plus
adapté pour effectuer un trajet donné,
mettre en œuvre des comportements pru-
dents et anticipatifs pour soi-même et pour
les autres est un apprentissage qui repose
également sur d’autres compétences. Il est
par conséquent recommandé d’aborder
les thèmes de sécurité routière et de mobi-
lité en concertation avec les autres ensei-
gnants (professeurs d’éducation physique,
de français, de géographie…).
1INTRODUCTION

4
2NOTIONS DE PHYSIQUE
Les phénomènes physiques qui sous-
tendent de nombreuses applications
de la sécurité routière peuvent être
expliqués par un nombre restreint de
lois de la mécanique classique :
2.1 La première loi
de Newton
La loi d’inertie énonce qu’un objet garde
son état de repos ou de mouvement rectili-
gne uniforme tant qu’aucune force externe
ne lui est appliquée.
En l’absence des forces de friction inhé-
rentes au mouvement du véhicule (friction
interne, friction entre le pneu et la route,
résistance aérodynamique), on pourrait
donc couper le moteur d’une voiture dès
que la vitesse de croisière serait atteinte,
et continuer ainsi en ligne droite et à vi-
tesse constante jusqu’à notre destination.
Mais attention, pour ralentir, accélérer ou
s’arrêter, il faut réintroduire des forces ex-
ternes capables de dissiper l’énergie ciné-
tique !
2.2 La deuxième loi
de Newton
La force F nécessaire pour fournir une ac-
célération a à un objet de masse m est
égale au produit de m et de a.
Pour rappel, l’accélération d’un corps est le
taux de variation de la vitesse (v) au cours
du temps (t). Sur le plan mathématique, si
nous désignons une variation (un change-
ment entre deux instants) par le symbole
grec Δ, l’accélération a est égale à :
1
0
0
( )
( )
v vv
at t t
$
$ 
La relation célèbre F = m*g est un cas par-
ticulier de la deuxième loi de Newton. En
effet, sur terre, tous les corps sont soumis
à l’action de l’attraction terrestre, encore
appelée pesanteur. Celle-ci se manifeste
sous la forme d’une force qui nous plaque
au sol. Lâché d’une certaine hauteur, tout
objet sera soumis à cette même force qui,
en général, provoquera sa chute vers le
sol. Cette force est proportionnelle à la
masse de cet objet et à une (quasi) constan-
te appelée accélération de la pesanteur. Le
symbole de cette constante est g (minus-
cule) et sa valeur moyenne en Belgique est
proche de 9,81 m/s2. Les accélérations su-
bies par un corps, par exemple un pilote
d’avion de chasse, sont parfois exprimées
en unités de «g».
2.3 La troisième loi
de Newton
La loi d’égalité de l’action et de la réaction
énonce que lorsqu’un corps exerce une
force sur un autre, ce second corps exerce
en retour une force égale et opposée sur
le premier.
Les conséquences de cette loi sont parfois
contre-intuitives. Ainsi, lorsqu’une voiture
emboutit un bus à l’arrêt, la force exercée
par la voiture sur le bus est égale à cel-
le que le bus lui applique, mais en sens
contraire. Attention : le fait que la force
d’impact subie par la voiture soit aussi
grande que celle ressentie par le bus ne
signifie PAS que les blessures (aux passa-
gers) et les dégâts (aux véhicules) seront
équivalents pour la voiture et le bus!

5
2 NOTIONS DE PHYSIQUE
Moyennant ces hypothèses, la loi de
conservation de l’énergie mécanique de-
vient une loi de conservation de l’énergie
cinétique. La plupart des exemples qui
vont suivre (sauf mention contraire) seront
basés sur cette dernière loi.
2.5 Loi de conservation
de la quantité
de mouvement
La quantité de mouvement d’un système
isolé est constante tant qu’aucune force
externe ne lui est appliquée. La quantité
de mouvement d’un corps est le produit
de sa masse et de sa vitesse. Elle peut être
interprétée comme la difficulté de stopper
son mouvement. En effet, intuitivement,
un corps en mouvement sera d’autant plus
difficile à freiner ou arrêter qu’il est lourd
ou qu’il va vite.
Cette loi est en fait une autre forme de la
deuxième loi de Newton :
2
( ) ( * )
* * ( ) ( )
v m v
F m a m t t
$ $
$ $
Si aucune force externe n’est appliquée au
système, alors la dérivée temporelle de la
quantité de mouvement dans (2) est nulle,
ce qui implique qu’elle est constante dans
le temps.
Il résulte de (2) pour un corps de masse
constante que
* * ( * )F t m v m v$  $  $
,
ce qui implique que pour faire varier la
quantité de mouvement d’un corps, on
peut agir soit au niveau de la force F, soit
de la durée d’action de cette force, ou les
deux à la fois. Le terme
*F t$
égal à la
variation de la quantité de mouvement
s’appelle en physique l’impulsion.
2.4 Loi de conservation
de l’énergie
L’énergie totale (cinétique, potentielle,
électrique, thermique, etc.) d’un système
isolé est invariante au cours du temps. En
d’autres mots : l’énergie ne peut jamais ap-
paraître ou disparaître : elle peut unique-
ment se transformer.
Le principe énoncé par cette loi est assez
intuitif : lorsqu’on enferme quelque chose
dans une boîte hermétique, on s’attend à
l’y retrouver (entièrement) plus tard. Le
hic, dans la nature, c’est que l’énergie, si
elle ne disparaît jamais, se transforme fa-
cilement.
Dans les systèmes simples de la mécani-
que classique - comme un modèle sim-
ple d’un véhicule - cette loi peut prendre
une autre forme : la loi de conservation de
l’énergie mécanique.
L’énergie mécanique est la somme de
l’énergie cinétique et de l’énergie poten-
tielle. L’énergie potentielle peut elle-même
prendre plusieurs formes : énergie poten-
tielle gravitationnelle (un objet soulevé
à une hauteur h), énergie potentielle de
compression d’un ressort, etc. En simpli-
fiant, la loi de conservation de l’énergie
mécanique énonce que l’énergie mécani-
que d’un système est conservée, sauf s’il
est soumis à des forces non conservatives.
Les forces de frottement et de pression
sont deux exemples courants de forces
non conservatives.
Lorsqu’on modélise le mouvement et l’in-
teraction de véhicules à l’aide de corps
simples, il est courant de supposer que
ceux-ci se déplacent sans frottements, sur
des surfaces planes et sans tenir compte
d’effets ressort (cf. pare-chocs au § 3.6).