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Dernière modification 24/01/2023

Techniques des constructeurs pour réduire la consommation


Années après années et face à la pression des autorités, les marques automobiles ont redoublé d'efforts pour réduire la consommation des moteurs thermiques. C'est donc avant tout par le biais de la pression des Etats qu'ils ont du se résigner à développer des techniques qui permettent de réduire le plus possible la consommation des voitures, et non une envie d'être particulièrement vertueux. Toutefois, il faut reconnaître qu'avant même l'aire des malus écologiques, les marques cherchaient aussi à atteindre une sobriété respectable afin de tenir face à la concurrence, qui utilise donc la consommation comme avantage comparatif (la concurrence a définitivement du bon). Avoir un moteur gourmand ne donne pas une bonne image au delà d'induire une hausse du coût d'utilisation, il est donc impératif de proposer des véhicules sobres sans qu'il n'y ait nécessité d'avoir une âme d'écolo.
Vous verrez que l'optimisation moteur n'est finalement qu'un des moyens parmi d'autres pour obtenir la réduction des émissions de CO2.


Toutefois, si les constructeurs ont amélioré l'efficience des moteurs (de manière relativement modeste, ça fait longtemps que le moteur thermique est bien maitrisé), les consommations n'ont pas vraiment chuté en raison de la hausse importante du poids des voitures (sans compter qu'il est illogique de réduire la consommation des voitures pour d'un autre côté polluer plus en lui conférant des équipements de confort très énergivores à fabriquer, et qui alourdissent en plus la voiture !).
Et enfin, le jeu ici n'est pas de proposer une consommation la plus réduite possible dans les conditions réelles, mais plutôt de passer au mieux l'examen de passage, à savoir les cycles NEDC et WLTP. Le jeu des cycles d'homologation amène des données trompeuses pour le consommateur, à savoir un niveau de consommation extrêmement bas sur les pancartes descriptives.


Mais venons-en aux faits, quelles sont les principales méthodes et techniques que les constructeurs emploient pour réduire la consommation de carburant ?

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Côté moteur

Pour résumer brièvement l'optimisation moteur (on entre dans les détails plus loin), il faut réduire les frottements des pistons, réduire l'effet de pompage sur les moteurs essence, faire chauffer le moteur le plus vite possible, accroître le taux de compression, remplir au mieux les cylindres, mélanger le mieux possible le carburant et le comburant, utiliser des techniques spécifiques dans certains contextes comme la stratification (qui revient cette fois ci à ne pas mélanger l'air et le carburant de manière homogène) et réduire son poids du bloc moteur.


Taux de compression

Le taux de compression représente l'importance à laquelle le piston comprime l'air quand il remonte (soupapes fermées donc). Plus on l'accroît plus on a un bon rendement moteur, Il faut juste éviter l'auto-allumage, car comprimer de l'air le fait chauffer jusqu'à pouvoir enflammer le carburant).
Les moteurs modernes ont donc un taux de compression plus important, grâce notamment à la généralisation de la suralimentation (turbo). Car il faut noter que la compression des cylindres ne dépend pas seulement de la distance parcourue entre les PMB et PMH.

Notez que certains dispositifs astucieux permettent de rendre la compression variable. Il y a aussi des marques qui cherchent à jouer avec ce phénomène d'allumage par compression sur les moteurs essence pour essayer d'avoir certains avantages du diesel, tel le moteur Skyactiv-X.

Injection


Les anciens carburateurs ont disparu au profit de l'injection mécanique ou électronique plus économe en carburant, car moins approximatif dans sa manière de fonctionner. Le dosage est ici plus précis et sa manière de fonctionner induit moins de gâchis.

La pression a augmenté pour palier à la hausse de la compression moteur (on en reparle juste après) mais surtout pour permettre d'asperger le carburant le plus finement possible. L'objectif est de se rapprocher le plus possible d'un nuage de goutelettes, cela accroît la combustion et permet de limiter au maximum les pertes liées aux imbrûlés.

L'injection électronique permet aussi de faire plusieurs injections bien temporisées par cycle, cela permet d'améliorer le mélange air / carburant.

Notez qu'avec un carburateur il suffit par exemple d'appuyer sur le pédale d'accélérateur, même moteur coupé, pour quand même perdre du carburant par évaporation, plutôt rustique comme dispositif)

Injection directe


Si au début l'injection était indirecte, avec même un seul injecteur dans la tubulure d'admission, on a vu par la suite la généralisation de l'injection directe (d'abord sur les diesels puis sur les essences par la suite).
Ici on injecte plus dans le collecteur d'admission mais directement dans le cylindre. Injecter à cet endroit a induit de devoir faire appel à de l'injection haute pression, car mélanger le comburant et le carburant dans le cylindre (en phase de compression notamment) est plutôt difficile sans avoir quelques muscles !


Cette injection directe permet de réduire la consommation dans le fait qu'on peut plus facilement appauvrir le mélange, et surtout on peut ajuster la richesse à la volée selon le régime et la charge (c'est le calculateur qui gère tout ça). On peut aussi générer une injection/combustion stratifiée, à savoir qu'on injecte une petite concentration de carburant au centre du cylindre pour ne pas avoir à le remplir totalement (ce qui économise du jus).
Le souci de l'injection directe est qu'elle génère des combustions sales, le mélange air / carburant n'étant pas aussi homogène que sur de l'indirecte ... Résultats, les résidus de combustion sont une belle bouillie de mauvaises choses, notamment les particules fines qui représentent une véritable calamité au niveau sanitaire. Et c'est sans oublier le NOx, car le mélange pauvre induit des combustion chaudes qui favorisent leur création (la vanne EGR permet de limiter un peu cela en renvoyant des gaz dans les cylindres. Contrairement au comburant ça étouffe la combustion, et donc ça réduit sa chaleur).
Pour résumer, l'injection directe permet de réduire un peu la consommation (et donc le CO2) mais en contrepartie on a affaire à des gaz d'échappement bien plus nocifs (il est pas beau le "progrès" ?). Et en contrepartie il faut une pompe haute pression et notamment une rampe commune (qui permet de grosses pressions tout en conférant un agrément moteur meilleur).

Soupapes variables


Les distributions variables permettent de modifier l'ouverture (temps et amplitude) des soupapes pour améliorer l'efficience du moteur sur l'ensemble de la plage de régime.

Turbocompresseur


Avant de servir pour la puissance, le turbo sert aussi et surtout à réduire la consommation de carburant. En permettant d'insérer plus "d'énergie" dans les cylindres à bas régime (si je peux mettre plus de comburant je peux donc aussi accroître la quantité de carburant carburant), on a donc plus de puissance dès les premiers tours du moteur (ou presque, tout en bas du compte tours un moteur atmosphérique peut rester plus avantageux car il aura un taux de compression accru), ce qui permet d'éviter de devoir aller trop haut dans les tours pour avoir de la puissance (ce que nécessite toutefois un moteur atmosphérique pour offrir sa quintessence). Résultat, quand on conduit un moteur turbo on est généralement plus bas en régime (régime = nombre de fois où le moteur boit un coup, mieux vaut le réduire donc) en moyenne. Et même si ces bas régimes sont plus énergivores (car on remplit les cylindres avec plus de carburant), au final l'avantage est là en conduite normale (en conduite sportive c'est l'inverse, le moteur turbo va engloutir encore plus qu'un atmosphérique ! Normal puisque c'est un moteur dopé, ce n'est pas pour rien qu'on parle de moteur suralimenté).

Enfin, la deuxième raison de cette économie réside au niveau de la dilatation des gaz. Les gaz chauds en sortie d'échappement sont plus volumineux que ceux en entrée (admission d'air), on a donc une turbine de turbo côté échappement qui bénéficie de cette énergie (extension du gaz) supplémentaire pour entrainer le compresseur qui gave le moteur en air côté admission. Les explications sont à retrouver sur le lien en dessous.

A lire aussi : fonctionnement du turbo et les détails de son fonctionnement

N'oublions pas de mentionner qu'on commence alors à voir apparaître des turbos électriques qui n'ont donc plus besoin des gaz d'échappement pour tourner, ce qui les rend encore plus efficaces que les turbos classiques.

Voici un turbo électrique

Petites cylindrées (downsizing)

A lire : pourquoi les petits moteurs peuvent consommer beaucoup.


Le turbocompresseur a permis de proposer des moteurs à plus petites cylindrées, et surtout ils permettent d'avoir d'excellents scores aux cycles normalisés NEDC et WLTP.
En effet, ces cycles étant faits à des régimes assez bas, le turbo n'est pas très sollicité et donc le moteur n'est pas trop gavé en air et carburant (= consommation de plus d'énergie). En gros, si j'ai un 1.2 turbo de 110 ch, sur le cycle ce moteur s'apparentera plutôt à un moteur de 60 ch de petite cylindrée (on ne sollicite le moteur que sur le bas de la zone de la courbe de puissance).

Coupure des cylindres

Tel le dispositif ACT des moteurs TSI, le but ici est de pouvoir faire tourner le moteur sur la moitié de ses cylindres quand le besoin en puissance est limité (vitesse stabilisée par exemple). On a alors des cylindres qui ne sont plus alimentés et sur lesquels on ouvre en grand les soupapes (sinon on a une pompe qui force contre le moteur ...), cela grâce à des dispositifs proches des soupapes variables.


Adaptation du circuit de refroidissement


Les ingénieurs font désormais en sorte que les moteurs chauffent le plus vite possible afin d'atteindre leur meilleur rendement plus rapidement. En effet, à froid les pièces internes n'ont pas encore leur bonne taille, à savoir qu'elles doivent se dilater pour atteindre un taux de compression optimal.
Pour cela on essaie d'avoir un circuit en amont du calorstat le plus petit possible, afin que l'eau chauffe le plus vite possible (même dispositif avec l'huile, avec parfois un calorstat aussi). Cela s'incarne aussi par des obturateurs devant le radiateur de refroidissement, des volets qui permettent de laisser passer l'air ou pas. Fermé, l'air n'agit pas sur le radiateur et l'eau chauffe plus vite.
Notez que ces dispositifs sont encore plus avancés et étudiés sur les voitures hybrides, car la plus faible sollicitation du moteur induit une usure plus rapide de ce dernier (c'est assez cauchemardesque pour un ingénieur, car il est contre nature pour un moteur thermique de ne fonctionner que par intermittence, contrairement à un moteur électrique qui s'en délecte).
N'oublions pas, avant de conclure, que le préchauffage sert aussi à ça sur les diesel (il reste allumé moteur tournant pour accélérer la chauffe).

Piston acier

L'idéal est de réduire la surface de friction du piston contre le cylindre, il faut donc réduire sa longueur ... Pour cela on utilise de l'acier qui en étant plus solide permet de réduire la hauteur de la partie du piston qui "frotte".

Moteur en aluminium

Si le moteur est en aluminium il est plus léger, et donc on bénéficiera d'une économie de carburant lié à cette réduction des masses suspendues.


Revêtement des cylindres

Destinés à la fois à réduire la friction ou encore mieux accepter les fortes chaleur du mélange pauvre (ce qui permet donc d'être en mode pauvre plus longtemps !), le revêtement des cylindres a son importance.




Périphérie du moteur

Passons maintenant aux éléments qui entourent le moteur.

Rapports de boîte et étagement


C'est l'une des ficelles les plus efficace et des plus faciles à mettre en oeuvre, les fameux rapports de démultiplication de chacun des rapports. Ici ils sont avant tout choisis et mis au point pour les cycles d'homologation des consommation, c'est pour cela que les voitures modernes sont souvent décevantes d'un point de vue agrément. On pense parfois que c'est le moteur qui est linéaire et trop paresseux, mais en réalité c'est lié à des rapports de boîte mal étagés (un peu comme sur un vélo, si je vous met sur une vitesse trop haute, vous allez peiner à accélérer, et la cause ne sera pas liée à vos guiboles mais bien à un rapport mal choisi).
Concernant les boîtes automatiques c'est la même chose sauf qu'en plus le calculateur est réglé en "mode radin", à savoir qu'il privilégie trop les sous-régimes pour réduire la consommation (désagréable).

Electrification massive (direction etc.)

Si le moteur anime tout un tas d'accessoires grâce à une courroie (qui porte le même nom : courroie accessoires), cela lui prend hélas de l'énergie (tout le monde le sait grâce à la climatisation) ...
Le but est donc ici de rendre un maximum de choses électriques pour que ce ne soit plus au moteur de s'en charger : direction assistée, compresseur de clim électrique, alternateur qui se débraye le plus souvent possible etc.


Hybridation légère


C'est la dernière chose à la mode, à savoir l'hybridation 48V. Le but ici est de ne plus limiter l'alternateur à n'être qu'une génératrice électrique ... En effet, ici il pourra devenir un petit moteur qui cette fois donnera de l'énergie au moteur (et non uniquement l'inverse comme sur les voitures classiques de tout temps). Cette petite aide permet de réduire environ de 10% la consommation.

Stop and Start


Exactement dans la même lignée que l'hybridation légère (sauf qu'ici l'alterno-démarreur se limite à bouger que pour démarrer le moteur), le stop and start permet donc d'éviter de rejeter du CO2 inutilement à l'arrêt. Le souci est que la majorité des gens n'aime pas l'agrément de la chose (surtout sans alterno-démarreur, car beaucoup de versions utilisent le démarreur classique côté volant moteur) et le coupe systématiquement ...

Transmissions intégrales non permanentes

Elles sont finies les transmissions intégrales permanentes, il est trop énergivore d'entrainer de manière permanente toutes les roues sachant que ça ne sert à rien 98% du temps ... Ici c'est le calculateur qui initiera d'embrayer le train supplémentaire en cas de besoin (arrière sur une transversale et avant sur une longitudinale, sauf Audi qui est de manière originale en longitudinale / avant ...).
Le meilleur exemple est Audi avec son Quattro qui devient Quattro Ultra.

Autres astuces

Pneumatiques de plus en plus fins

Une astuce très facile à mettre en place est de réduire la friction au sol, à savoir le contact de l'auto au sol. Et pour ça rien de plus simple, on met des pneus plus fins et aussi à faible résistance (sculptures destinées à réduire le contact sur la route). Le souci est que cela impacte directement la sécurité ... Et par exemple un X3 BMW se chausse à partir de 225 mm contre 245 mm auparavant. Je donne aussi souvent comme exemple le Scenic 4 et ses pneus limités à 195 mm malgré une grosse esbroufe du côté de ses 21 pouces.

Suspension adaptative

Les véhicules dotés de suspension pneumatique ont quasiment systématiquement un calculateur qui induit le rabaissement de l'assiette en prenant de la vitesse, cela pour réduire la traînée et donc la consommation.

Aérodynamisme


Comme vous vous en doutez, l'aérodynamisme est lui aussi poussé dans ses retranchements. Malgré tout, ça fait un bail qu'on propose des Cx déjà bien optimisés (il ne faut pas croire qu'on a tout découvert ces dernières années ... Chose que cherche trop çà faire croire le marketing. L'Homme faisait des machines exceptionnelles qui peuvent rivaliser avec celles d'aujourd'hui déjà dans les années 90, il ne faut pas se laisser berner par le faux progrès). Mais l'ironie du sort est que, si on a un peut améliorer le Cx, on a en revanche perdu des points côté sCx à cause de la généralisation des SUV (l'Homme est pourtant censé être une espèce intelligente ?).
Bref, ne vous laissez pas trop non plus berner par le Cx, le marketing adore jouer sur ça ... C'est bien le sCx qui compte dans la réalité.

Jantes pleines ?

Tels les cyclistes qui favorisent les roues pleines pour mieux pénétrer dans l'air, c'est la même chose avec la voiture. Les jantes sont en effet comme des ventilateurs qui soufflent latéralement de l'air, ce qui vient perturber et freiner la pénétration dans l'air de la voiture. Le but ici est donc de remplir le plus possible les jantes, même si cela pose de gros soucis esthétiques ... Mais si sur une Tesla c'est moche et grossier, les marques ont tendance à trouver des astuces, voir les exemples du dessous.


Une Tesla Model 3 LR a quand même des chaussure vraiment moches, même si en terme d'efficience on peut difficilement faire mieux


Sur la 308 de 2021 on cherche à utiliser un trompe l'oeil pour favoriser le style (zones noires moins visibles)


Ici un Kia EV6


BMW a été l'un des tout premiers à mettre le paquet sur l'aéro des jantes, avec la gamme EfficientDynamics. Hélas, peu de clients voulaient ces dernières, pas assez belles ...

Aides à la conduite

Des indicateurs au tableau de bord permettent de vous aider à améliorer l'efficience de votre conduite en vous disant quand passer le rapport et en vous donnant une note pour savoir si vous agissez de manière judicieuse ou pas.

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