Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     L'airbag : comment ça marche ?

 

 

 

Lors d'un choc, l'airbag se déploie à la vitesse de 150 à 200 km/h.

Cette vitesse de déploiement n'est possible que grâce à une réaction chimique explosive qui propulse le gaz produit à très grande vitesse. Les réactifs mis en jeu sont l'azoture de sodium NaN3, le nitrate de potassium KNO3, la silice SiO2.
Dans un premier temps, un détonateur enflamme les pastilles d'azoture de sodium.

2 NaN3  =  2 Na + 3 N2

L'inflammation se traduit par une déflagration qui libère un volume pré-calculé de diazote N2 permettant de gonfler l'airbag.

Le problème de cette réaction est qu'elle forme du sodium solide Na ayant la propriété de s'enflammer violemment en présence d'eau. Il faut donc le neutraliser, d'après la réaction

10 Na + 2 KNO3  =  K2O + 5 Na2O + N2

Les oxydes de potassium et de sodium réagissent alors sur de la silice SiO2 pour former des sels du type K2Na2SiO4 ; ces silicates alcalins se présentent sous la forme d'une poudre de verre inoffensive, inerte et non inflammable.

K2O + Na2O + SiO2  =  K2Na2SiO4

Notons enfin que l'azoture de sodium a un pouvoir toxique trente fois plus important que l'arsenic !


 

A noter également que les accéléromètres que l'on trouve par exemple dans les manettes de console (WiiMote) ou dans les boîtiers GPS sont également les dispositifs qui permettent de déclencher les airbags.

L’accéléromètre ou capteur d’accélération, est l’un des premiers MEMS (ou microsystème) à avoir été développé dès les années 70 : système complexe "intelligent" associé à des fonctions électroniques et intégré sur une puce, il a tout de suite trouvé beaucoup d’applications dans l’industrie automobile ou aéronautique.

L’accéléromètre a pour but de détecter une accélération, suite à quoi il pourra déclencher une action. Sa toute première application à grande échelle a été dans le domaine de la sécurité automobile, pour la détection des chocs et par exemple le déclenchement d’un airbag. Le principe de l’accéléromètre repose sur la mesure de la variation d’une capacité entre deux peignes mobiles. Cette variation peut-être due à une variation de surface ou à une variation d’entrefer.

La partie mécanique de l’accéléromètre est constituée de deux pièces complémentaires en forme de peignes : l’un est fixe et constitue le cadre, l’autre est mobile à l’intérieur de ce cadre, comporte une masse significative et est suspendu par une lamelle flexible.
Il n’y a pas de contact entre les deux parties. Les deux peignes sont en silicium. Ils constituent le coeur du dispositif et se déplacent au moindre mouvement.

mouvement longitudinal des deux peignes correspondant à une variation de surface : sous l’effet du choc les peignes s’interpénètrent plus ou moins et la surface en regard S varie.   mouvement latéral des deux peignes correspondant à une variation d’entrefer : au repos, les distances entre les dents des 2 peignes sont égales mais, dès qu’il y a choc, le peigne mobile se déplace et les distances varient.

La mesure est une mesure de capacité électrique entre les dents voisines des deux peignes.
En effet, cette capacité varie avec la distance entre les dents des 2 peignes (d1, d2) et avec la surface des deux peignes en regard. Elle est donc modifiée sous l’effet d’un choc.
Chaque variation de capacité mesurée correspond à un changement d’accélération.
Cette variation, est convertie en signal électrique, puis transmise à un micro processeur qui pourra déclencher une action, par exemple, le gonflage du coussin.
Voir un exemple de calcul

Peignes mobiles d’un accéléromètre capacitif à variation d’entrefer développé pour les airbags.<br>
Crédit : CEA-Leti

La capacité augmente avec le nombre et la surface des dents des peignes.
Typiquement, un peigne d’accéléromètre pour airbag a 50 dents. Pour avoir plus de précision, on aura donc intérêt à fabriquer des peignes avec le plus grand nombre de dents possible.

La détection de chocs conduisant au déclenchement d’un airbag de sécurité dans une voiture a été la toute première grande application de l’accéléromètre.
Depuis, quantité d’autres applications ont été développées comme :
- la détermination de la vitesse ou de la position d’un objet ou d’un corps en mouvement à partir de la mesure de son accélération ;
- l’analyse de vibrations pour ensuite les réduire grâce à des actionneurs adaptés (réduction active par exemple pour les sièges de camions) ;
- l’analyse des secousses sismiques ;
- l’aide au système de navigation des voitures, avions, drônes, etc. ;
- l’aide aux études de sol (recherches pétrolières…).

La variété des applications et donc des spécifications requises à la fabrication est telle aujourd’hui qu’il existe des services spécialisés qui, pour un cahier des charges donné, assurent la conception, le dimensionnement, le conditionnement (packaging en anglais) et la réalisation du dispositif approprié.

L’évolution de l’accéléromètre répondra en particulier à la très forte demande de fiabilité de la part des firmes automobiles, pour tout ce qui relève de la sécurité comme le déclenchement des airbags.
Côté mécanique, la fabrication de ces peignes minuscules se fait grâce aux procédés de gravure et de lithographie utilisés en microélectronique. Cela favorise la miniaturisation des peignes et permet d’augmenter le nombre de « dents » par unité de surface, rendant la mesure encore plus précise.

Côté électronique, les microprocesseurs seront de mieux en mieux adaptés, prenant en comptent plus de paramètres et ayant en mémoire plus de données de crash-test ; ainsi, le crash sera analysé avec encore plus de finesse.
Les chocs seront mieux anticipés et les airbags ne se déclencheront pas de façon intempestive.

Enfin, la protection des personnes sera encore améliorée en adaptant la forme et l’emplacement des airbags à leur stature.