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Différences entre moteur atmosphérique et moteur suralimenté par turbo

Dernière modification : 26/06/2017 - 19

C'est un sujet qui a pris le pas depuis l'arrivée massive des moteurs downsizés. C'était donc l'occasion de faire un article pour essayer d'éclaircir la chose, voyons donc l'ensemble les éléments qui distinguent les moteurs atmosphériques des moteurs turbo.

A lire aussi : fonctionnement du turbocompresseur.

Principe de base

Comme vous n'êtes pas tous des champions en mécanique, rappelons brièvement ce que sont les moteurs atmosphériques et les moteurs suralimentés.
Tout d'abord, précisons que ces termes impliquent avant tout l'admission d'air, on se fiche donc un peu du reste. Un moteur atmosphérique peut être vu comme un moteur "standard", c'est à dire qu'il respire naturellement l'air extérieur grâce aux va-et-vient des pistons qui fonctionnent alors ici comme des pompes aspirantes.
Un moteur suralimenté bénéficie quant à lui d'un système additif permettant d'envoyer encore plus d'air dans le moteur. Donc en plus d'aspirer de l'air par le mouvement des pistons, on en ajoute encore par le biais d'un compresseur. Deux types existent :

• Entrainé par l'énergie du moteur = compresseur - Supercharger
• Entrainé par les gaz d'échappement = turbocompresseur.

Moteur turbo = plus de puissance

Premier constat, un moteur turbo a potentiellement plus de puissance. En effet, la puissance découle directement de la combustion dans les cylindres, plus elle est importante plus le cylindre "bouge fort" et donc plus la voiture est puissante. Avec un turbo, on peut caser plus d'air dans les cylindres que sans. Et comme on arrive à envoyer plus de comburant (l'air, et surtout la petite portion d'oxygène qui s'y trouve) on peut alors envoyer plus de carburant. On a donc plus d'énergie à brûler pour un cycle, on a donc plus de puissance. Le terme suralimentation est d'ailleurs très parlant, on gave littéralement le moteur d'air et de carburant, on en "bourre" un maximum dans les cylindres.

La 458 Italia a un Atmosphérique 4.5 de 570 ch


La 488 GTB (la remplaçante) arbore un moteur suralimenté de 4.0 développant 100 ch de plus (670 donc). On a donc un moteur plus petit et plus de puissance (deux turbos, un par rangée de cylindres). A chaque crise importante, les constructeurs nous ressortent leurs turbos. Cela s'est en effet déjà produit par le passé et peut-être qu'ils seront de nouveau abandonnés dans l'avenir (sauf si l'électrique remplace le thermique) même si il y a peu de chance vu le contexte "climato-politique".

Moteur turbo moins creux

Un moteur atmosphérique aspire d'autant plus d'air qu'il monte en régime, sa puissance arrive donc plus haut dans les tours puisque c'est à ce moment là qu'il brasse le plus d'air et de carburant. Un moteur turbo peut lui avoir beaucoup d'air et de carburant dès les bas régimes puisque le turbo gave les cylindres d'air "artificiellement" (air qui s'ajoute donc à celui aspiré naturellement par le mouvement des cylindres). Amenant alors plus de comburant, plus de carburant est envoyé lors de ces faibles régimes, ce qui amène alors un surplus d'énergie (c'est un genre de dopage).
Notez cependant que les compresseurs animés par le moteur (supercharger animé par le vilebrequin) permettent de gaver le moteur d'air encore plus  bas dans les tours. Un turbo fonctionne grâce à l'air expulsé dans l'échappement, il ne peut donc pas vraiment bien fonctionner dans les très bas régimes (là où les flux d'échappement ne sont pas très importants).
Sachez aussi qu'un turbo ne peut pas fonctionner de manière identique à tous les régimes, les "hélices" des turbines ne peuvent pas fonctionner de manière identique selon la force du vent (du régime et des flux d'échappement donc). Résultat, le turbo fonctionne au mieux sur une plage réduite, d'où l'effet coup de pied aux fesses. On a alors deux solutions, un turbo à géométrie variable qui modifie l'inclinaison de ses ailettes ou alors la double ou même triple suralimentation. Quand on a plusieurs turbos, un s'occupe du bas régime (petits flux donc petit turbo adapté pour ces "vents" là) et l'autre des hauts régimes (plus gros généralement, c'est logique les flux sont plus importants à ce moment là). Avec ce dispositif, on retrouve alors l'accélération linéaire d'un moteur atmosphérique, mais avec bien plus de pêche et de couple évidemment (à cylindrée égale évidemment).

Consommation ? Ca dépend ...

On arrive ici à un point assez important et controversé. Un moteur suralimenté par turbo consomme-t-il moins ? Si on observe les chiffres des constructeurs on pourrait dire que oui. Cependant, la réalité est comme très souvent assez fine et des nuances doivent être précisées.
Les consommations des constructeurs dépendent du cycle NEDC à savoir une manière très spéciale d'utiliser les voitures : accélérations très lentes et vitesse moyenne très limitée.
Dans ce cas là, les moteurs turbos sont au top car justement ils ne l'utilisent qu'assez peu ...
En fait, un moteur downsizé et turbocompressé a avant tout comme avantage d'être petit. Un petit moteur, très logique, consomme moins qu'un gros.
Hélas, un petit moteur a une puissance limitée car il ne peut pas prendre beaucoup d'air et donc brûler beaucoup de carburant (puisque les chambres de combustion sont petites). Le fait de lui greffer un turbo permet en quelque sorte de gonfler artificiellement sa cylindrée et de récupérer la puissance perdus lors du rétrécissement : on peut enfourner un volume d'air plus important que la taille de la chambre puisque le turbo envoie de l'air compressé qui prend moins de place (il est aussi refroidi par un échangeur pour réduire encore plus le volume). Bref, on peut vendre des 1.0 de plus de 100 ch alors que sans turbo ils seraient limités à une soixantaine, invendable donc sur beaucoup d'autos.
Dans le cadre des homologations sur cycle NEDC, on utilise les voitures sur des régimes faibles (accélérations lentes bas dans les tours), on a donc comme résultat un petit moteur qui tourne tranquillement, dans ce cas il ne consomme pas beaucoup. Si je fais tourner un 1.5 litre et un 3.0 litres côte à côte à des régimes faibles et identiques alors le 3.0 consommera logiquement plus.
Dans les bas régimes, un moteur turbo fonctionnera donc un peu comme un atmosphérique puisqu'il n'utilisera pas le turbo (gaz d'échappement trop faibles pour l'animer).
Et c'est justement là que les moteurs turbos trompent leur monde, ils ne consomment pas beaucoup à bas régime par rapport aux atmosphériques puisque en moyenne ils sont plus petits (plus petit = moins de consommation, je rabâche je sais).
Cependant, en utilisation réelle les choses vont aller jusqu'à parfois s'inverser ! En effet, en grimpant dans les tours (donc quand on exploite la puissance contrairement au cycle NEDC)  le turbo s'enclenche et se met alors à déverser un flot très important d'air dans le moteur. Hélas, plus il y a d'air plus il faut compenser en envoyant du carburant, ce qui fait alors littéralement exploser la consommation.

Résumons donc simplement : les constructeurs ont réduit la taille des moteurs pour mieux passer le cycle NEDC et donc réduire les valeurs de consommation. Cependant, pour proposer le même niveau de puissance qu'avec les "anciens gros moteurs", ils ont ajouté un turbocompresseur (ou un compresseur). Pendant le cycle, le turbo ne fonctionne que très peu et apporte même une petite énergie supplémentaire grâce à la détente des gaz d'échappement (les gaz d'échappement prennent plus de place que le mélange qui est entré dans le moteur, cette dilatation est exploitée par la turbine du turbo), ce qui induit de petites consommations car le moteur est petit je le rappelle (si on compare deux cylindrées identiques avec et sans turbo, celui avec le turbo consommera en revanche plus en toute logique). Dans la réalité, les gens exploite toute la puissance de leur auto et vont donc faire fonctionner plus fort le turbo. Le moteur est suralimenté en air et il faut donc aussi le "suralimenter" en essence : la consommation explose alors, même avec de petits moteurs ...

Pour ma part je constate parfois avec effroi, par le biais des nombreux avis que je valide, que beaucoup d'entre vous sont très mécontents de la consommation constatée en réelle en ce qui concernent les petits moteurs essence downsizés (les fameux 1.0, 1.2, 1.4 etc). Revenant du diesel pour beaucoup, le choc est d'autant plus important. Certains revendent même leur auto dans la foulée ... Attention donc lors de l'achat d'un petit moteur essence, ils ne font pas toujours de miracle.

Sonorité moins bonne ?

Un moteur turbo voit son système d'échappement être encore plus gêné ... En effet, en plus des catalyseurs et FAP, on a désormais une turbine qui s'alimente des flux induits par l'extraction des gaz d'échappement. Tout ça fait qu'on rajoute encore quelque chose qui vient obstruer la ligne, on entend donc un peu moins de bruit. De plus, les régimes sont moins élevés, donc le moteur peut crier moins fort.
Les F1 sont le meilleur exemple qui soit, avec un plaisir pour les téléspectateur qui s'est largement atténué (le son moteur faisait partie des ingrédients indispensables, et pour ma part les V8 atmosphériques me manquent terriblement !).

On voit bien ici que le turbo s'immisce un peu beaucoup au niveau de l'échappement  ... (collecteur à droite et turbo  fixé à gauche)


Un spotter (G-E Supercars) a fait le boulot pour que vous puissiez comparer. Sachez toutefois que la différence se voit plus sur d'autres autos (surtout F1) car Ferrari a quand même fait en sorte que le turbo pénalise le moins possible l'agrément en mettant les ingénieurs sérieusement au travail. Malgré tout, on a un régime de 9000 tours sur la 458 et 8200 sur la 488 GTB (sachant aussi qu'à un même régime la 488 fait moins de bruit).

Régimes moins élevés avec turbo ?

Oui, avec deux turbines qui collectent les flux d'échappement et envoie de l'air sous pression dans le moteur, on a donc ici une limite : on ne peut pas les faire tourner trop vite l'une et l'autre, et puis on a aussi une résistance au niveau de la sortie d'échappement qu'on a pas avec un moteur atmosphérique (le turbo gêne). Notez cependant que la turbine qui envoie l'air compressé dans le moteur est contrôlée par l'électronique via la soupape de décharge wastegate, on peut donc limiter l'arrivée d'air compressée dans le moteur (c'est en partie ce qui se produit quand le moteur se met en sécurité, le wastegate évacue toute la pression dans l'air et no pas dans le moteur.
Tout cela se rapproche donc de ce que nous avons vu dans la paragraphe précédent.

Inertie plus importante ?

Un peu pour les même raisons, on se retrouve avec des moteurs ayant une inertie plus importante. Cela réduit d'ailleurs le plaisir et la sensation de sportivité. Les turbines influencent les débits d'air entrant (admission) et sortant (échappement) et provoquent donc une sorte d'inertie en ce qui concerne la vitesse d'accélération et de décélération de ces derniers. Attention toutefois, l'architecture du moteur a aussi une grande influence que ce comportement (moteur en V, à plat, en ligne ...).
Résultat, quand on donne des coups de gaz à l'arrêt, le moteur monte (je parle du régime) et redescend avec un peu plus lenteur ... Même les essences commencent à avoir le comportement de moteurs diesels qui sont turbocompressés de manière généralisée depuis plus longtemps (ex : M4 ou encore Giulia Quadrifoglio pour ne citer qu'elles. La 488 GTB fait des efforts mais ce n'est pas parfait non plus).
Si cela n'est pas bien grave dans l'auto de monsieur tout le monde, cela l'est bien plus dans une supercar à 200 000 euros ! Les anciennes en atmosphérique devraient prendre de la cote dans les années à venir.

Rendez-vous à la 20ème seconde pour entendre l'inertie moteur, c'est un peu trop pépère non ?

Réponse moins rapide

Autre conséquence, la réponse du moteur est moins fulgurante. Ferrari communique d'ailleurs un maximum pour démontrer à ses clients potentiels que tout a été fait pour réduire la réponse moteur malgré les turbos sur le 488 GTB.

Moins noble ?

Pas vraiment ... En quoi un dispositif de suralimentation rendrait un moteur moins noble ? Si beaucoup pensent l'inverse, je trouve pour ma part que ça n'a pas vraiment de sens mais peut-être que je me trompe. En revanche, ça peut le rendre moins attrayant, ce qui est autre chose.

Fiabilité : turbo en berne

Là c'est de la logique bête et méchante. Plus on a de pièces dans un moteur plus il y a de risques de pannes ... Et ici on est gâté car le turbo est à la fois une pièce sensible (ailettes fragiles et palier qui doit être lubrifié) et une pièce qui subit d'énormes contraintes (centaines de milliers de tours par minute !) ...
Par dessus cela, il peut même tuer un moteur diesel par emballement : il fuit au niveau du palier lubrifié, cette huile est aspirée dans le moteur et brûle dans ce dernier. Et comme il n'y a pas d'allumage commandé sur les diesels on ne peut pas couper le moteur ! Il n'y a plus qu'à voir sa voiture mourir en surrégime et dans un panache de fumée).

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