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Cycle atkinson : une variante du cycle classique dit Otto

Dernière modification : 18/11/2025 -  0

Le cycle Atkinson fait partie de la même famille que le cycle Otto. Ce n’est pas un autre type de moteur, mais une manière particulière de faire fonctionner un moteur à 4 temps classique. Le principe reste exactement le même : un piston qui descend pour aspirer de l’air, remonte pour comprimer, redescend sous la poussée de la combustion, puis remonte pour expulser les gaz brûlés. C’est la façon dont on gère l’air admis dans le cylindre qui change, pas la mécanique de base.

Dans un cycle Otto normal, la soupape d’admission se ferme juste avant que le piston ne commence la compression. Toute la course de compression est alors utilisée. Le volume comprimé correspond strictement au volume géométrique entre le point mort bas et le point mort haut. Le rapport pression/volume est parfaitement symétrique entre compression et détente.

Le cycle Atkinson casse cette symétrie. La soupape d’admission reste ouverte un peu plus longtemps pendant la remontée du piston. Une partie de l’air repart vers l’admission, et le moteur ne comprime qu’une fraction du volume aspiré. Le piston réalise toujours sa course complète, mais la quantité d’air réellement enfermée est plus faible. On obtient alors un taux de compression effectif réduit, alors que le taux d’expansion reste identique.

On se retrouve avec trois rapports différents :

• un taux de compression géométrique élevé (souvent 13:1 ou 14:1)
• un taux de compression effectif plus faible (équivalent à environ 9:1 ou 10:1)
• un taux d’expansion inchangé, plus important que le volume comprimé.

C’est précisément cette asymétrie qui améliore le rendement. La pression en fin de compression est plus basse, souvent autour de 9 à 12 bar, ce qui limite fortement le cliquetis. La détente s’effectue ensuite sur un volume plus important, ce qui permet d’extraire davantage d’énergie utile de la combustion. Les pressions maximales après allumage dépassent en général 35 à 50 bar selon les moteurs, avec moins de pertes thermiques qu’en cycle Otto.

Deux manières d’obtenir le cycle Atkinson

Il existe historiquement deux façons de créer un cycle Atkinson, même si l’une d’elles n’est plus utilisée aujourd’hui.

1. La méthode moderne (100 % de ce qu’on trouve dans les voitures actuelles)
   On utilise un système de calage variable pour retarder la fermeture de la soupape d’admission.
   Aucune modification mécanique du moteur : seule la chronologie des soupapes change.
   C’est ce qu’utilisent Toyota, Honda, Hyundai, ou encore Mazda dans leurs hybrides.
2. La méthode historique (cycle Atkinson originel du XIXe siècle)
   Le moteur utilisait une bielle articulée avec un mécanisme complexe permettant une course différente entre compression et détente. Le rapport volumétrique devenait asymétrique par construction.
   C’était ingénieux, mais trop fragile et trop cher.
   Plus aucune voiture moderne n’utilise ce système, il appartient désormais à l’histoire de l’ingénierie.

Dans l’industrie actuelle, quand on parle de cycle Atkinson, on parle exclusivement du premier cas : la fermeture retardée des soupapes d’admission. Il fallait clarifier ce point, car beaucoup de lecteurs pensent qu’il existe encore deux versions utilisables. Ce n’est pas le cas.

Différence avec le cycle Miller très proche

Le cycle Atkinson joue simplement sur la fermeture tardive de la soupape d’admission : une partie de l’air repart, ce qui réduit la compression réelle et augmente l’efficacité, au prix d’un couple plus faible. Le cycle Miller reprend exactement cette logique, mais il y ajoute une suralimentation pour regagner l’air perdu. On obtient donc le rendement d’un Atkinson, mais sans sacrifier la réponse du moteur.

Performances et rendement

Un moteur Atkinson produit moins de couple qu’un moteur Otto de même cylindrée, car il comprime moins d’air frais. Un 1.8 Atkinson tourne souvent entre 140 et 150 Nm, quand un 1.8 Otto équivalent dépasse les 180 Nm. C’est pour cela que ce cycle s’intègre presque toujours dans des systèmes hybrides : le moteur électrique compense les pertes de couple, tandis que le thermique fonctionne dans une zone où il est très efficace.

Les rendements atteints sont parmi les plus élevés du marché en essence. Un bon moteur Atkinson dépasse facilement 38 % de rendement réel, et certains moteurs Toyota atteignent officiellement 41 %. C’est un niveau que très peu de moteurs essence atmosphériques peuvent atteindre sans ce principe.

Le cycle Atkinson reste donc une variante optimisée du cycle Otto. Il repose sur la même mécanique, mais manipule le volume réellement comprimé pour réduire les pertes et augmenter la quantité d’énergie récupérée lors de la détente. Une modification simple dans le timing des soupapes suffit à changer profondément le fonctionnement thermodynamique du moteur.

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