Ingénierie Auto(7)
Aérodynamique(2)

Un peu de théorieLes voitures ne sont pas en général considérées comme des corps très fuselés (comme l'est un avion par exemple). Cela a pour conséquence que le sillage derrière ces corps est fort turbulent (pas de régime laminaire, même aux basses vitesses).

La force due aux forces aérodynamiques est proportionnelle aux facteurs suivant :

Fx =½ ρ V² *S *Cx

Il faut surtout retenir que cette force aérodynamique est proportionnelle à la vitesse élevée au carrée : cela a de fortes implications comme on va le voir plus bas.

Pour indication, voilà exprimé dans un graphique l'évolution de la force (exprimée en Kg de pression) et de la puissance (en chevaux) nécessaire pour vaincre le vent relatif (en fonction de la vitesse en km/h). On prend une berline dont S=2.1 m2 et le Cx=0,35 et on lui fait atteindre le 300 km/h.

Quand j'avais 12 ans, je me disais intuitivement la chose suivante :

On retrouve ce raisonnement très très fréquemment chez les automobilistes (entendu dans les media).

Avouons tout de suite qu'il s'agit d'un raisonnement tentant mais ABSOLUMENT PAS SCIENTIFIQUE !

Pour rester scientifique, il suffit de poser les équations…

Oh, c'est pas méchant : ce sont les notions des cours de sciences-physiques de seconde.
Il faut partir de quelques principes et bases.

On prend donc une voiture qui se rend d'un point A à un point B (sur un sol plat ; pour simplifier).

Or, on a vu plus haut que la force aérodynamique est proportionnelle à la vitesse élevée au carré.

CONCLUSION: on en déduit que la consommation d'une voiture pour se rendre d'un point A à un point B est proportionnelle à différents facteurs dont distance, frottements internes (eux-même globalement proportionnels à la vitesse), qualité de la route mais est en particulier à la vitesse au carré ! ! .

Rouler à très faible vitesse fera donc que cette force passera en intensité largement derrière celles qui sont liés aux autres frottement mais on remarque dés lors que réduire la vitesse max des voitures (comme sur autoroute, de 130 à 110) semble donc très une idée très pertinente pour diminuer consommation et du coup, pollution.

Pour se rendre compte intuitivement de ce fait, il suffit d'avoir une fois dans sa vie roulé à vélo contre un vent assez soutenu (40-50 km/h) : il est très très pénible d'avancer.
En roller, à cette vitesse de vent, vous n'avancez pas plus vite qu'au pas…

Maintenant, il y a 2 autres facteurs à considérer :

En effet, concernant l'accélération, imaginons que vous roulez à 90 et que vous souhaitez accélérez rapidement à 110 (pour doubler par ex).

Quels paramètres physiques faut-il considérer dans ce cas ?

Vous êtes d'accord qu'il faut dans ce cas parler de variation d'énergie et de travail dans un temps donné.

En tant qu'automobiliste pressé de doubler, je rêve que cette variation soit la plus rapide possible.

RAPPEL : Si vous vous souvenez de vos cours de collège-lycée, cette variation d'énergie par unité de temps est tout simplement la PUISSANCE.

On peut écrire dans notre cas : P = W / t = F x V.

La puissance, c'est donc un débit d'énergie : elle va permettre d'accroître l'énergie dépensée par unité de temps mais aussi d'atteindre une vitesse limite (plus on va vite, plus on dépense d'énergie par unité de temps, on l'a vu)

Par conséquent, on obtient à présent une vitesse au CUBE pour le terme de puissance !

CONCLUSION : ce qu'il faut retenir avant tout est que la résistance d'un fluide contre un objet en mouvement (la force) est proportionnelle à la vitesse au carré de cet objet.

Notre consommation (et pollution) est donc d'abord directement proportionnelle à V².

Cela signifie aussi que la puissance (rappel : le travail par unité de temps) dont doit disposer votre véhicule pour vaincre cette résistance est liée à la vitesse au cube !

Autrement dit, nos moteurs doivent être d'autant plus "costauds" (et donc lourds, et donc le véhicule, plus gros, consommera d'autant plus encore !) pour gagner quelques km/h de plus à haute vitesse (on dira que c'est sensible à partir de 50 km/h).

Nos moteurs restent donc dimensionnés pour ces pics de puissance (rouler à 180 sur une autoroute allemande ou tout simplement accélerer le plus fortement possible).

Quelques notions à retenir :

Cela souligne tout le problème fondamental : mieux que toute amélioration de Cx ou de surface frontale, c'est la baisse de vitesse qui permet les améliorations les plus notables ! (donc Mollo sur le champignon sur autouroute !)

Vous comprenez maintenant qu'on demande légitiment aux automobilistes de réduire leur vitesse de 90 à 70 km/h sur les périphériques des agglomérations en cas de pics de pollution (rappel : la pollution est directement proportionnelle à la consommation).

Les fabricants d'autos n'ont pas de contrôle sur la vitesse moyenne de votre voiture et de votre usage du véhicule (après tout, vous roulerez peut-être beaucoup plus de km en ville que sur autoroute et dans ce cas l'aspect aérodynamique perd de l'importance).

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