Dernière modification 25/09/2023

Pourquoi les moteurs turbo consomment moins ?


C'est une tendance irrémédiable, les moteurs modernes sont systématiquement équipés de turbocompresseur afin de réduire leur consommation lors des tests d'homologation de type WLTP.
Mais pourquoi l'ajout d'un turbo permet de réduire la consommation ? Et cette réduction est-elle toujours valable ou y -t-il des contextes où le moteur turbo pourrait à l'inverse faire surconsommer ?
Tentons de comprendre le pourquoi du comment en étudiant plusieurs aspects et conséquences de la présence d'un dispositif de suralimentation (ici turbocompresseur, le compresseur étant bien plus rare et moins efficient).

A lire aussi : différences entre moteur atmosphérique et suralimenté


Compression accrue

Avant toute chose, il faut savoir qu'un taux de compression élevé (différentiel entre PMB et PMH, qui va plus ou moins comprimer l'air) permet d'accroître le rendement d'un moteur (plus de puissance pour une même dose de carburant injectée). Il y a toutefois une limite puisqu'à partir d'un certain stade les contraintes peuvent venir pénaliser la fiabilité et la pérennité du moteur. On cherche alors à augmenter le plus possible le taux de compression dans la limite du tolérable (il faut aussi savoir qu'à haut régime un taux de compression important devient très dangereux pour la mécanique).


Si j'ajoute un turbo, je vais accroître encore davantage la compression dans le moteur puisque le turbo va gaver encore plus les cylindres en comburant. Pour éviter d'atteindre des valeurs trop importantes, je vais compenser en ayant un moteur qui a un taux de compression moins élevé à la base (bien distinguer le taux de compression qui est le différentiel entre PMB et PMH de la compression qui inclut aussi le gavage par le turbo).
L'important à retenir ici est qu'au final j'aurais dans mes cylindres plus de compression quand le turbo va s'activer (à partir d'un certain régime et selon la soupape de décharge), et donc cela induit un meilleur rendement moteur.
Meilleur rendement = consommation moindre

Régimes moins élevés ?

Avoir un turbo induit aussi que votre régime moyen sera moins élevé par rapport au régime moyen d'un moteur atmosphérique. En effet, le turbo permet d'avoir plus de puissance dans les bas régimes, on va donc avoir moins besoin d'aller chercher le haut du compte tour pour obtenir la puissance désirée. Et qui dit régime moyen moins élevé induit un nombre d'injections moins important. Moins je vais injecter, moins je vais consommer ...


En résumer, on peut dire que si le turbo permet de gaver plus les cylindres à chaque cycle (ce qui accroît la consommation au final), en contrepartie j'ai tellement moins besoin de monter dans les tours que je m'y retrouve à l'arrivée.
Exemple, si le turbo induit que j'injecte (je dis des chiffres complètement au hasard, mais c'est pour comprendre) 15% de carburant en plus à chaque cycle du cylindre, si en revanche cela me permet de réduire en moyenne mon régime moteur (et donc le nombre d'injections) de 25% je serai gagnant.

Dilatation de l'air ?!

Le turbo exploite aussi une énergie qui est habituellement perdue sur un moteur thermique. En effet, la majorité de l'énergie d'un moteur est dépensée en chaleur et non pas pour produire un mouvement.
Cette chaleur, le turbo arrive à en récupérer une partie ...
Voici l'explication : l'air qui entre dans le moteur via l'admission est froid (d'autant plus si vous avez un échangeur/Intercooler) tandis que celui qui en ressort est chaud. L'air chaud étant plus dilaté que l'air froid, l'entraînement de la turbine (turbo) côté échappement sera d'autant plus animée.
Plus simplement, le "gonflement" du gaz à l'échappement anime quasi gratuitement la turbine de l'échappement (qui est reliée à la turbine d'admission dont le rôle est de compresser l'air entrant pour gaver le moteur).


Permet le downsizing ? Réduit la consommation sur cycle normalisé WLTP ?

Plus un moteur est gros en cylindrée, plus il me faut de carburant et comburant pour le "nourrir". Et en plus un gros moteur induit un rendement très moyen à bas régime (d'où l'apparition des moteurs à compressions variable) ... Réduire sa taille permet donc d'économiser puisqu'on pourra y mettre moins de carburant ! Génial mais plus on réduit la cylindrée plus on perd en puissance, puisque justement on peut y mettre moins de carburant !
Pour compenser, il suffit d'installer un turbo, en gavant d'air les cylindres on peut alors se mettre à injecter plus de carburant et obtenir la même puissance qu'un moteur plus gros.

A lire aussi : l'évolution des moteurs thermiques


Cette solution est absolument parfaite pour optimiser les consommations sur banc de test, à savoir le cycle WLTP et anciennement le NEDC (si polémique). En effet, dans ce cadre, avec des accélérations lentes et des vitesses modestes, le turbo ne s'activera que très peu. Et en gros, si un moteur développe 110 ch l'épreuve ne va lui en demander qu'une petite partie (cf courbe de puissance moteur), et c'est comme si j'avais un petit moteur de seulement 60 ch (parfait, 60 ch demande moins d'énergie que 90 par exemple). On aura alors des régimes modestes qui n'impliquent pas un gavage par le turbo, et la consommation restera modeste (seulement des petits cylindres à remplir). En revanche, dans la réalité, je vais probablement exploiter les 110 ch de mon auto, en l'utilisant normalement (avec des accélérations plus intenses que sur les tests normalisés), et là la consommation va exploser.
Grosso modo, plus je réduis le moteur plus je vais devoir compenser avec une suralimentation importante (qui comblera donc le déficit de la cylindrée en compressant de l'air), et donc plus il y aura d'écart entre ce qui est annoncé et ce que je consomme en vrai. Il a été constaté que les moteurs de 1.0 litre et moins ont un écart moyen de 35% tandis que les moteurs de 2.0 à 3.0 litres n'ont que 15% d'écart (entre cycle normalisé et réalité je rappelle). Voila pourquoi il y a de plus en plus de 1.0 litre, ils passent à merveille les cycles d'homologation ... Mais au final vous allez déchanter à la pompe dans la "vie réelle" !

A lire aussi : le downsizing est-il efficace ?

Un moteur turbo peut consommer plus qu'un atmosphérique ?


OUI ... Si en utilisation "normale" de l'auto la consommation sera abaissée avec un moteur turbo (régime moyen inférieur), vous allez en revanche induire l'inverse si vous exploitez toute la puissance moteur.
Comme le turbo permet de gaver les cylindres en air (au delà de ce qu'il pourrait assimiler avec une aspiration naturelle), on peut alors se retrouver avec un moteur de 1.5 litres qui peut engloutir plus de carburant et comburant qu'un moteur de 2.0 litres. Donc oui, un moteur turbo peut être plus vorace qu'un moteur atmosphérique de même puissance mais en moyenne (car on ne conduit pas sur le Nurburgring tous les jours) vous gagnerez à avoir un moteur turbo. Attention toutefois, si il s'agit d'un moteur trop petit et trop peu puissant vous devrez solliciter la suralimentation pour obtenir la puissance voulue, et vous pourrez donc vous retrouver avec un moteur de 90 ch qui consomme comme un moteur de 180 ch plus gros ... Beaucoup de gens en sont même abasourdis par les consommations induites par leur petit moteur essence turbocompressé, il fallait éviter de croire les pancartes et surtout éviter les tous petits moteurs : sous 1.5 litres (mais il faut avouer que le choix est de plus en plus restreint).

A lire aussi : pourquoi les petits moteurs peuvent consommer beaucoup

Tous les commentaires et réactions


Dernier commentaire posté :


Par Gaby (Date : 2022-06-14 20:00:23)

Votre article exposent de façon claire les principes mécaniques des moteurs atmosphérique vs suralimenté, vos conclusions sont empiriques mais elles manquent d'une vraie dimension scientifique : pour avoir une base de comparaison réelle (et c'est valable dans tous les domaines) il faut se placer dans les mêmes conditions pour chacun des tests et ne changer que le paramètre qu'on veut comparer. Ici il faudrait utiliser le même véhicule, dans les mêmes conditions de roulage (trajet, vitesse, poids, Cx...) et ne changer que la motorisation. En effet comme le dit Taclino, pour se mouvoir à une vitesse donnée, un véhicule à besoin d'une quantité X d'énergie, peu importe le moteur embarqué. La consommation sera dictée par la capacité du moteur à convertir le moins de carburant possible en quantité X d'énergie, c'est ce qu'on appelle rendement. Et pour avoir le meilleur rendement possible, il faut limiter les pertes (frottement, dissipation, imbrûlés...). Pour cela il faut faire une comparaison scientifique en faisant une analyse thermodynamique des 2 moteurs à comparer. Mais ce serait super long de le faire dans un commentaire.
Votre texte omet un point important à ce sujet : le turbocompresseur augmente la puissance mais sa capacité à améliorer le rendement reside dans sa capacité à utiliser l'énergie résiduelle de détente et cinétique des gazs d'échappement.
Pour le reste je suis d'accord : il offre plus de couple à bas régime donc permet de réduire la vitesse de rotation du moteur et donc de réduire les frottements, il permet de réduire la taille des pièces en mouvement donc de encore réduire les frottements, il augmente le taux de compression donc réduits les imbrûles...

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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2022-06-20 16:21:25) : Vous avez en partie raison.

    Toutefois, certains principes ne nécessitent pas de vérification par simulation.

    Si par exemple je dis qu'une auto plus lourde consommera plus est indéniable, même sans tester.

    Idem avec un turbo, quoi qu'il en soit ce sera toujours plus efficient à faible charge par rapport à un équivalent atmosphérique. A partir du moment où j'exploite une force à l'échappement (dilatation des gaz). Et en lisant la fin de votre commentaire je remarque que vous en parlez ...

    Maintenant, votre remarque serait 100% vraie si il s'agissait de mesurer de manière chiffrée et précise la différence. Ce qui n'était pas vraiment le but de l'article (même si j'aurais adoré communiquer cette valeur).

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Suite des 4 commentaires :

Par John.player (Date : 2022-06-09 00:16:02)

Salut, pardonnez mon francais mais je suis italien.
J'ai deux voitures avec le 1.0 TSI VAG, une A1 et una A3, 95ch e 116ch et la consommation entre le deux est tres tres proche.
La petite est eviron de 5,5Ltx100km e la A3 III avec le boite manuelle a 6 rapports est a 5,8Ltx100km.
Je suis un utlisateur quotidien des vehicules et oui, je roules beaucoup aux vitesses autorisee, mais pour la moitiè en autoroute a 130km/h!!!
Surement la consommation declaree par le test WLTP n'est pas du tout reelle, ma si je me souvient du TU5JP4 PSA, la consommation est encroyable et la conduite bien plus agreable!


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2022-06-09 14:28:24) : Certains Français s'expriment moins bien que vous ;-)

    Bref, vous voulez dire par là que vous n'avez pas constaté de gain significatif entre un moteur 3 cylindres suralimenté et un 1.6 atmosphérique ?
    Car oui, un 4 cylindres reste plus agréable bien que l'absence de turbo le rende assez paresseux en bas régime ... Quand on s'habitue au turbo il est difficile de faire marche arrière, sauf sur une supercar (ex : Huracan bien plus chantante qu'une Ferrari équivalente).

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Par Taclino (Date : 2021-01-06 16:51:26)

Bonjour,

Étant en train de réaliser mes études dans une école d'ingénieur, je suis en pleine réflexion sur un projet qui a pour but de simuler la consommation de différentes voitures au cours de trajets donnés. J'aurai quelque question à vous poser, si vous le voulez bien. L'une d'entre elle serait pourquoi affirme-ton généralement qu'une voiture puissante consomme plus, a gabarit égal, poids égal, etc., qu'une plus petite voiture? Si on ne fait pas d'accélérations démesurées avec la voiture la plus puissante, ne devrait-il pas y avoir de différence (en supposant que les rendements des 2 moteurs sont les mêmes)?

Je suis désolé de laisser un commentaire ici, je n'ai pas trouvé le moyen de vous contacter. Je vous ai laissé mon mail dans le champ dédié et serait très intéressé pour vous poser d'autres questions.

Cordialement,

Adrien Pointreau


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-01-08 12:23:40) : J'aimerais pouvoir bien vous aider mais je suis un peu débordé (même carrément).
    De manière un peu succincte, je dirais :
    - un moteur puissant peut ingérer de grandes quantités de comburant + carburant = grosse consommation
    - Il y a moteur puissant et moteur puissant ... A savoir un downsizé suralimenté et un atmosphérique de belle cylindrée. Plus le moteur est gros, plus je dois fournir de carburant et comburant pour bien remplir le cylindre. On a donc potentiellement une plus grande consommation à bas régime avec le gros moteur, et cela peut s'inverser dans les hauts régimes ...

    Donc en gros votre idée peut en théorie être vraie ou fausse selon le type de moteur qu'on étudie. Il ne me semble pas qu'une réponse universelle puisse être appliquée ici. Ca dépend si on considère la consommation uniquement à faible charge ou si on veut aussi prendre en compte les pleines charges.

    Dans les faits, je vois parfois des 6 cylindres qui consomment un peu moins que des 4 cylindres, car le couple supérieur évite d'avoir à monter trop haut dans les tours.

    Bref, votre étude doit prendre en compte un grand nombre de subtilités (et ici je n'en mentionne que très peu) ... Vous allez bien vous amuser !

(Votre post sera visible sous le commentaire)

Par vince (Date : 2019-12-22 19:35:25)

Je suis globalement d'accord avec les arguments de cet article.
Toutefois le tests de consommation sont faits pour refléter les conditions d'utilisation quotidienne d'un conducteur moyen.
A titre d'exemple, avec mon ancien Kangoo 1.5dci 90CV je consommais moins que la norme annoncée (environ 4.5l/100km avec 75% de route)
aujourd'hui, j'ai opté pour une Célerio qui ne dispose que d'un petit moteur de 1000cc (relativisons, si l'on compare a ceux de nos 4l et deudeuches avec lesquelles on à parcouru des centaines de milliers de Km...) et bien, en roulant aux vitesses autorisées, c'est à dire, pareil qu'avec mon éléphantesque Kangoo diesel, j'ai gagné plus d'un litre pour 100 Km! soit 3.4l! et soit disant l'essence est plus gourmande, et soit disant 70ch ne suffiraient pas à déplacer un indicidu comme moi... et soi disant un petit moteur tourne plus vite??? à vitesse égale(j'ai vérifié)il tourne à peu près à la même vitesse que le Diesel Renault plus gros et suralimenté.
Certes, le couple est moins important en bas, mais je n'ai que 800kg à déplacer donc tout va très bien.Et cerise sur le gâteau il prende des tours avec bonheur si je veux, ce dont je ne me prive pas de temps en temps. pour la fiabilité... j'ai déjà parcouru 50000 km et rien à signaler.
viVVe le VVt Suzuki...


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-12-23 11:58:02) : Pour les cycles je ne suis pour ma part pas vraiment d'accord, voir ici. Le diesel devient plus sobre à partir du moment où il est à vitesse stabilisée à basse vitesse (conditions qu'on rencontre sur route départementale et nationale).

    Comparer de manière aussi brute ces deux autos est semble-t-il un trompe l'oeil : pas le même poids, pas les même rapports, pas les mêmes pneus (poids et largeur : résistance), pas le même aérodynamisme, pas la même carburation, pas la même cylindrée, pas la même compression etc.
    En gros tout ce qui influe sur la puissance.

    Votre commentaire est toutefois très intéressant, et je vous invite à écrire un avis sur vos autos sur les fiches respectives : ça aide les gens qui cherchent à se documenter avant l'achat.
    Merci d'avance !
  • Par Trej (2021-10-12 09:42:24) : D'après le site référence des consommations réelles (spritmonitor), sur 75 conducteurs de Celerio, 1 seul à réussi un tel score.
    La moyenne s'établit à 4,6 L /100.
    3,4 L /100 pour un essence, avec une conduite normale, c'est étonnant.

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