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Différence entre couple et puissance

Dernière modification : 23/06/2023 - 78

La différence entre le couple et la puissance est une interrogation que beaucoup de curieux se posent. Et cela se comprend puisque ces deux données sont parmi les plus étudiées sur les fiches techniques de nos véhicules. Tentons donc de rendre compréhensible la distinction entre ces deux variables.
 

Avant toute chose, précisons que le couple s'exprime en Newton mètre et la puissance en Cheval vapeur ou Watt selon vos préférences.

A lire aussi : le couple est-il plus important que la puissance pour les performances ?

Quelle différence ?

 

Le couple et la puissance sont imbriqués l'un dans l'autre, à savoir que le couple est une des composantes de la puissance. Pour être clair, la puissance se compose de plusieurs éléments alors que le couple est une variable élémentaire de base. Le couple est tout simplement une force de poussé dont l'unité de mesure est le newton mètre.
Si on devait faire une analogie avec un morceau de pain, la puissance serait le pain et le couple la farine, à savoir une des composantes du pain. A l'inverse, on ne peut pas exprimer une puissance sans qu'il n'y ait de couple lié à elle.

La puissance indique une énergie totale développée alors que le couple n'indique qu'une partie de cette énergie, à savoir la manière dont cette dernière est délivrée tout le long du régime moteur (plus il y a de couple plus cette énergie arrive vite quand on monte dans les tours). Le couple est la valeur qu'il faudra observer pour la résistance des pièces mécaniques (la transmission), car chacune d'entre elles a une limite à ne pas dépasser (tout objet finit par casser à partir d'une certaine contrainte, et c'est le couple qui l'indique).

Couple et puissance : le lien par le calcul

La puissance est le résultat d'un couple couplé (un peu lourde la formulation, je sais bien ...) à une vitesse de rotation.
Mathématiquement ça donne ça :

( π X  Couple en NM X Régime ) / 1000 / 30 = Puissance en KW (qui se traduit en cheval vapeur si on veut par la suite pour avoir une "notion plus orientée automobile").

π = Pi = 3.1416...

On commence ici à comprendre que les comparer est presque un non sens.

Etude d'une courbe de couple / puissance

Rien de mieux qu'un moteur électrique pour bien comprendre le lien entre couple et puissance, ou plutôt en quoi il y a un rapport entre couple et vitesse de rotation.
 

Voyez comme la courbe de couple d'un moteur électrique est logique, bien plus facile à comprendre qu'avec la courbe d'un moteur thermique. Ici on voit bien que l'on délivre un couple constant et maximal en début de régime, ce qui fait grimper la courbe de puissance. Logique, plus j'émets une force sur l'axe en rotation plus ce dernier va tourner vite (et donc gagner en puissance). En revanche, quand le couple décroît (quand j'appuie de moins en moins fort sur l'axe en rotation, tout en continuant quand même d'appuyer) alors la courbe de puissance commence à baisser (bien que la vitesse de rotation continue de s'accroître). En gros le couple est la "force d'accélération" et la puissance la somme qui cumule cette force et la vitesse de rotation de la pièce en mouvement (vitesse angulaire).

Approfondir la notion de couple / Newton

Le newton-mètre (Nm) est donc l'unité de mesure utilisée pour exprimer le couple, qui est une grandeur physique liée à la rotation quand on parle de moteur (car les moteurs tournent comme on dit !). Pour comprendre le newton-mètre, il est utile de connaître les deux composantes qui le définissent : le newton et le mètre.

• Newton (N) : Le newton est l'unité de mesure de la force dans le système international. Une force de 1 newton est exercée lorsqu'une masse d'un kilogramme est soumise à une accélération de 1 mètre par seconde carrée. En d'autres termes, un newton représente la force nécessaire pour donner à un objet une accélération d'un mètre par seconde carrée.
• Mètre (m) : Le mètre est l'unité de mesure de la longueur dans le système international. Il représente une distance de base, équivalente à environ la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde.

Lorsque ces deux composantes sont combinées, le newton-mètre représente une mesure de la force rotative ou du couple. Le couple est produit lorsqu'une force est appliquée à un bras de levier, créant une torsion ou une rotation autour d'un point.

1 N.M = Moment d'une force de 1 newton dont le bras de levier est de 1 mètre

Par exemple, si vous exercez une force de 10 newtons sur une clé à molette et que cette force est appliquée à un bras de levier d'un mètre de long, le couple résultant serait de 10 newton-mètres (Nm). Cela signifie qu'il y a une tendance à faire tourner ou à provoquer une rotation de la clé autour de son point de pivot.

Autre exemple, si vous exercez une force de 15 newtons sur une clé à molette et que cette force est appliquée à un bras de levier de 2 mètres de long.

Le couple résultant serait calculé en multipliant la force (15 newtons) par la longueur du bras de levier (2 mètres) :

Couple = Force × Bras de levier = 15 newtons × 2 mètres = 30 newton-mètres (Nm).

Le couple est souvent associé à la rotation car il est couramment utilisé pour décrire les forces de rotation dans les systèmes mécaniques. Cependant, il peut également exister des cas où le couple est présent sans rotation apparente, comme dans l'exemple où j'appuie contre un mur.

Relation entre Puissance - couple - régime moteur

Voici l'apport technique qu'un internaute a partagé via la rubriques des commentaires. Il me semble judicieux de l'insérer directement dans l'article.

Pour rester simple avec des grandeurs physique :

La puissance c'est le produit du couple sur le vilebrequin multiplié par la vitesse de rotation du vilebrequin en radians/sec.
(se rappeler qu'il y a 2 * pi radians= 6.28 radians dans 1 tour moteur du vilebrequin de 360°.

Donc P = M * W

P -> c'est la puissance en [Watts]
M -> c'est le couple en [Nm] (Newton mètre)
W (omega) c'est la vitesse angulaire en radians/sec W=2*Pi*F
Avec Pi=3.14159 et F=fréquence de rotation du vilebrequin en t/sec 

Exemple pratique

couple du moteur M: 210 Nm
Vitesse du moteur: 3000 t/min -> Fréquence = 3000/60 = 50 t/sec
W= 2*pi*F = 2 * 3.14159 * 50 t/sec = 314 radians/s
Au final: P = M * W = 210 Nm * 314 rad/s = 65940 W = 65,94 KW
Transformation en CV (Chevaux vapeur) 1CV = 736 W
En CV on arrive à 65940 W / 736W = 89.6 CV
(Pour rappel 1 cheval vapeur, c'est la puissance moyenne d'un cheval qui travaille en permanence sans s'arrêter (on appelle cela en mécanique la puissance nominale)
 

Donc lorsqu'on parle d'une voiture libérant 150 CV il faut faire monter le régime moteur à 6000 t/min avec un couple qui reste limité voire un peu diminué à 175 Nm.
Grace à la boite de vitesse qui est un convertisseur de couple et avec le différentiel on a une multiplication du couple par environ 5.
 

Par exemple en 1ère vitesse un couple moteur sur le vilebrequin de 210 Nm donnera 210Nm * 5 = 1050 Nm sur la jante de la roue de rayon 30 cm cela va produire un force de propulsion de 1050 Nm / 0.3m = 3500 N
En physique F= m*a = 1Kg * 9.81 m/s2 = 9.81 N (a = accélération terrestre de 9.81 m/s2 1G)
Donc 1N correspond à 1kg / 9.81 m/s2 = 0.102 Kg force
3500 N * 0.102 = 357 Kg force qui pousseront un véhicule dans une forte pente.

J'espère que ces quelques explications renforceront vos connaissances en notions de puissance et couple mécanique.

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