Technique de conduite: accélération et reprise

Technique de conduite: accélération et reprise

Guillaume Darding - 06 mai 2019

Maîtriser l'accélération et les reprises font partie des principes fondamentaux de la conduite, qu'il s'agisse de piloter sur circuit ou de dépasser un véhicule en toute sécurité. Malgré tout, il n'est pas toujours évident de savoir ce qui conditionne une bonne accélération, tant la conduite se fait plutôt de manière instinctive et intuitive.

Définitions

L'accélération d'un véhicule est la capacité d'un véhicule à augmenter sa vitesse instantanée. L'accélération est généralement mesurée depuis l'arrêt du véhicule (0 à 100 km/h ou 1.000 départ arrêté) mais elle peut aussi être évaluée depuis une vitesse donnée. L'accélération d'un véhicule est normalement exprimée en secondes (temps pour accélérer jusqu'à une certaine vitesse ou temps pour parcourir une distance définie).

Une reprise est une accélération sans changement de rapport. Elle est généralement mesurée à partir d'une vitesse donnée jusqu'à une autre plus élevée (de 80 km/h à 110 km/h par exemple). Les reprises sont aussi exprimées en secondes (temps pour passer d'une vitesse à une autre).

Renault Megane RS - essais châssis en Espagne

Un peu de physique...

Un moteur est généralement décrit par deux caractéristiques: le couple et la puissance. Ces deux grandeurs sont dépendantes l'une de l'autre et sont reliées par la relation suivante:

Relation entre puissance et couple moteur

où P est la puissance (kW), C le couple (N.m) et ω le régime de rotation (rad/s)

L'accélération d'un véhicule est régie par le principe fondamental de la dynamique (la somme des forces s'appliquant sur un véhicule est égale au produit de la masse du véhicule et de l'accélération du véhicule), autrement appelé deuxième loi de Newton.

Ensemble des forces s'appliquant à un véhicule en mouvement

Pour un véhicule, les forces suivantes s'appliquent:

  • la force motrice: elle est fournie par le moteur via la boîte de vitesses et les arbres de transmission
  • la traînée aérodynamique: elle est générée du fait des caractéristiques aérodynamiques du véhicule  (surface frontale, coefficient de pénétration dans l'air Cx)
  • les forces de résistance au roulement (dues à la déformation du pneumatique et aux frottements des pneus sur la route)
  • les forces de frottements internes (rendement de la transmission, du différentiel, etc.)
  • dans le cas où le véhicule est en pente, il faut ajouter la gravité

Note: dans un souci de simplification, seules les forces horizontales (conditionnant l'accélération longidutinale) ont été prises en compte. Les forces et réactions verticales ont été négligées.

Interprétation

En prenant en compte l'ensemble des forces qui s'appliquent à un véhicule en mouvement, l'accélération d'un véhicule est régie par les paramètres suivants:

  • Puissance du véhicule
  • Masse du véhicule
  • Rendement de la chaîne de transmission
  • Gonflage des pneumatiques
  • Aérodynamique du véhicule
  • Résistance au roulement des pneumatiques

La masse du véhicule, le rendement de la chaîne de transmission, le gonflage des pneumatiques, l'aérodynamique et la résistance au roulement des pneumatiques sont des paramètres sur lesquels le conducteur ne peut pas intervenir au cours d'un trajet.

En phase de conduite, la puissance moteur est donc le seul facteur sur lequel le conducteur peut agir. Pour obtenir la puissance la plus élevée, il faut donc, potentiellement, un couple élevé ou un régime moteur élevé (pour reprendre la relation exprimée auparavant entre la puissance et le couple).

Puissance et couple Volkswagen 1.5 TSI 130 et 150 chevaux

En observant un graphique décrivant la puissance et le couple moteur (tel que celui ci-dessus repris du moteur Volkswagen 1.5 TSI Evo) en fonction du régime moteur, on constate que, pour obtenir la puissance la plus élevée possible, il convient de chercher à atteindre un régime moteur élevé plutôt qu'un couple élevé à bas régime.

A une vitesse donnée, la puissance disponible dépend du rapport de boîte engagé: il est nécessaire de sélectionner le plus petit rapport possible, celui qui permettra d'atteindre le régime moteur le plus proche du régime de puissance maximale. C'est d'ailleurs ce qui justifie, par exemple, le fait de rétrograder de un ou deux rapports pour dépasser un véhicule afin de bénéficier de la meilleure accélération possible et de minimiser la durée du dépassement.

Audi A4 40 TFSI - puissance disponible en fonction de la vitesse et du rapport engagé

Dans l'exemple ci-dessus, considérant un véhicule circulant sur une autoroute à 100 km/h sur le 7ème rapport et dont le conducteur souhaite dépasser un camion en accélérant jusqu'à 130 km/h, ce dernier peut potentiellement sélectionner le 3ème, le 4ème, le 5ème, le 6ème ou le 7ème rapport. A cette vitesse, pour minimiser la durée de son dépassement, le 3ème rapport est le plus approprié avec un passage sur le 4ème rapport un peu avant d'atteindre 120 km/h.

Sur un véhicule à boîte de vitesses manuelle, il peut être néanmoins opportun de ne rétrograder qu'en 4ème afin de ne pas changer de rapport en cours de dépassement, ce qui peut coûter entre une demi-seconde et une seconde le temps de passer de la 3ème à la 4ème vitesse.

Volvo - camion précédant une file de voiture

Avec les multiplications des rapports, il n'est généralement pas utile d'atteindre le rupteur pour changer de rapport, mais plutôt de changer de rapport une fois le régime de puissance maximale atteint.

Honda Civic FN2 Type R à la station essence

Néanmoins, sur des moteurs plus pointus, où la puissance maximale est atteinte à un régime très élevé, comme la Honda Civic Type R FN2 (voir graphique ci-dessous) commercialisée en 2007 (moteur 4 cylindres atmosphérique à injection indirecte de 2.0l de cylindrée développant une puissance de 201 chevaux au régime de 7.800 tr/min), il est plus intéressant d'aller jusqu'au rupteur avant de passer au rapport supérieur.

Honda Civic Type R FN2 - puissance disponible en fonction de la vitesse et du rapport engagé

Facteurs aggravants

Outre la puissance, la masse, la résistance au roulement (dépendant de la pression des pneumatiques et de la géométrie de ces derniers) ainsi que la traînée (caractéristiques aérodynamiques du véhicule) sont les principaux contributeurs de la capacité d'accélération.

A basse vitesse, ce sont surtout les pneumatiques qui vont influencer l'accélération. A vitesse élevée, l'aérodynamique devient un facteur prépondérant.

Contribution traînée aérodynamique / resistance au roulement en fonction de la vitesse

Un sous-gonflage modifie profondément les caractéristiques du pneumatique (la déformation de ce dernier est plus importante) et peut réduire les capacités d'accélération du véhicule. Il en est de même pour une augmentation de la masse.

Influence du gonflage des pneumatiques et de la masse sur le potentiel d'accélération

Cas pratique

En prenant le cas de véhicules à la puissance ou au couple similaire:

  • Audi A4 35 TDI S tronic
  • Audi A4 40 TFSI S tronic
  • Audi A4 40 TDI S tronic

Parmi ces 3 modèles, l'A4 35 TDI et l'A4 40 TFSI ont un couple similaire (320 N.m) mais un déficit de puissance pour l'A4 35 TDI (150 chevaux contre 190 chevaux), tandis que l'A4 40 TFSI et l'A4 40 TDI présentent la même puissance (190 chevaux) avec un avantage significatif en matière de couple pour la version diesel (320 N.m contre 400 N.m).

Puissance couple Audi A4 35 TDI S tronic / Audi A4 40 TFSI S tronic / Audi A4 40 TDI S tronic

Les trois motorisations présentent une masse similaire avec respectivement 1.540 kg pour la version 35 TDI, 1.525 kg pour la 40 TFSI et 1.555 kg pour la 40 TDI. Toutes ces versions étant équipées, par ailleurs, d'une boîte S tronic (boîte de vitesses robotisée à double embrayage).

Accélération Audi A4 35 TDI S tronic / Audi A4 40 TFSI S tronic / Audi A4 40 TDI S tronic

Malgré le couple identique à l'A4 40 TFSI, l'A4 35 TDI marque clairement le pas en matière d'accélération. Par ailleurs, à puissance égale, les 40 TFSI et 40 TDI affichent des performances similaires, avec un léger avantage pour la version essence.

Cet avantage s'explique par le fait que le régime et la plage de puissance maximale est plus élevé dans le cas de la version essence (190 chevaux entre 5.000 et 6.000 tr/min) que dans le cas de la version diesel (190 chevaux entre 3.800 et 4.200 tr/min).

... et les reprises?

Si le couple n'est pas une donnée décisive pour garantir les meilleures accélérations, il en va autrement pour les reprises. De fait, comme les reprises sont généralement évaluées sur des rapport élevés (4ème, 5ème ou 6ème rapport), la vitesse de rotation du moteur, au début de l'accélération, est faible. 

Courbes de puissance et de couple Audi A4 40 TFSI S tronic / Audi A4 40 TDI S tronic

Dans cet excercice, il est important d'avoir un couple élevé dès les plus bas régimes (il faut se rappeler de la formule liant le couple à la vitesse de rotation du moteur pour en déduire la puissance). C'est pour cette raison que les moteurs diesel sont généralement plus performants sur cet exercice que les moteurs essence (même turbocompressés) et que les moteurs essence turbo sont plus véloces sur l'exercice des reprises qu'un moteur essence atmosphérique, même avec des puissances similaires.

Reprises 80-120 km/h Audi A4 35 TDI S tronic / Audi A4 40 TFSI S tronic / Audi A4 40 TDI S tronic

Sur l'excercice des reprises, l'Audi A4 40 TFSI affiche des performances similaires pour accélérer de 80 à 120 km/h sur le 4ème et le 5ème rapport. Ces deux motorisations ont des couples similaires à bas régime. En revanche, l'Audi A4 40 TDI, développant 25% de couple en plus (mais la même puissance que l'A4 40 TFSI), offre de bien meilleures reprises.

Sur le 6ème rapport, l'A4 40 TFSI se distingue par un rapport de démultiplication plus court (à 80 km/h, le régime moteur est plus élevé - 1.500 tr/min environ - que pour les deux motorisations diesel - 1.300 tr/min environ), ce qui lui permet de produire plus de couple à cette vitesse par rapport à ses homologues diesel et de se rapprocher des temps de l'A4 40 TDI.

Conclusion

Pour obtenir les meilleures accélérations possibles, la puissance est le seul facteur sur lequel le conducteur peut agir. Il convient donc de rester plutôt dans une zone proche du régime de puissance maximale pour obtenir la quintessence de son véhicule.

Il ne faut toutefois pas négliger les autres paramètres qui peuvent avoir aussi une influence significative sur les performances: la masse, l'aérodynamique, les caractéristiques des pneumatiques et leur pression de gonflage.

Concernant les reprises, les moteurs développant un fort couple dès les plus bas régimes présentent les meilleures dispositions. Sur cet exercice, ce sont indéniablement les véhicules à moteur diesel turbocompressé qui sont plutôt avantagés grâce au couple important qu'ils développent dès les plus bas régimes moteur.

Crédits photos: Mazda / Audi / Renault / Volvo / Guillaume Darding (Honda Civic)
Illustrations & graphiques: Guillaume Darding
Données accélération: Audi / Extrapolation des données d'accélération et de reprises: Guillaume Darding

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Normes Euro 6 : vue d'ensemble»

Hier

Bonjour Chevallier, votre commentaire à propos de l'efficacité des systèmes SCR repose sur des données qui sont obsolètes car elles reposent sur les normes Euro 6b. Les SCR ont largement évolué depuis : plus proches du moteur et injecteurs plus performants en particulier. D'autre part, je rappelle que les SCR existent depuis de nombreuses années sur les poids lourds, donc les constructeurs n'ont pas attendus de les implanter dans les lignes d'échappement des automobiles pour découvrir subitement des problèmes de températures, "niant" tous les problèmes comme vous l'affirmez ! Concernant Amminex, si la technologie est prometteuse, elle est identique, dans son concept à de l'Adblue !!! Le SCR consiste à faire réagir du NH3 avec le NOx. La différence dans le cas d'Amminex (ou Faurecia ASDS, c'est selon), c'est que le NH3 est stocké directement à l'état gazeux tandis que dans le cas de l'Adblue, il faut convertir le liquide en gaz puis l'urée en NH3. Soit, mais le NH3 gazeux, il faut le stocker, ne pas le relâcher dans la nature (c'est un gaz toxique) et contrôler le débit dans les gaz d'échappement. Donc, la solution Amminex a aussi ses défauts, mais surtout, comment concevez-vous le changement de cartouche une fois celle-ci vide ? D'ailleurs, il faut un minimum de 2 cartouches (le temps de pouvoir changer la cartouche vide, la réduction des NOx doit impérativement être opérationnelle - donc question encombrement, c'est franchement discutable) et il y a un grand risque d'avoir un nombre incalculable de références de cartouche. Et qui va les changer ? Pensez-vous que tous les constructeurs vont s'entendre sur une seule référence de cartouche ? La manipulation de cartouche NH3 ne peut pas être faite pas n'importe qui (notamment, il est impensable de se retrouver avec des cartouches dans la nature). La technologie Amminex a fait ses preuves sur des flottes de bus, mais vous la survendez allègrement. En l'état, elle ne peut pas être déployée sur des véhicules particuliers : en raison de ses contraintes, probablement de son coût, mais surtout, les systèmes SCR avec AdBlue sont largement compétitifs en terme d'efficacité.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur : Mazda Skyactiv-X»

Hier

Bonjour David, le Skyactiv-X est effectivement équipé d'un système EGR et d'un filtre à particules (voir le paragraphe au sujet de l'échappement). Concernant la fréquence plus élevée du changement des bougies pour le Skyactiv-X, elle est surtout due à la présence de l'EGR refroidi par eau (même phénomène pour le Skyactiv-G 2.5 turbo, non commercialisé en Europe) et non au mode de combustion du moteur.

Chevallier à propos de l'article «Normes Euro 6 : vue d'ensemble»

Hier

Normes Euros 6, entre la poire et le fromage. ….s’agissant des moteurs diesel, dont la critique des systèmes Adblue (injection d’urée dans un catalyseur de réduction des Nox SCR) reste à faire. Les constructeurs automobiles ont mis une chape de plomb sur le manque patent d’efficience et de fiabilité des systèmes d’injection d’Adblue (solution aqueuse (32,5% d’Urée + 67, 5% d’eau distillée) qu’ils ont développés …de l’aveu même des sous-traitants comme Faurecia que le fabrique pour PSA, ne parvenant qu’à réduire seulement 32% des Nox d’un moteur diesel, violant délibérément la norme Euro 6b. Des réservoirs d’Adblue, curieusement sans évent d’arrivée air atmosphérique, ceux de 2015 de 1ère génération, des constructeurs ayant oublié leurs classiques (ce vase d’Eme Mariotte, des années 1660, qui l’avait…) avec des pompes immergées très vite défaillantes, des causes de surcharges, mal identifiées, conduisant aussi à des injecteurs obturés par une Urée assez corrosive, au même titre que la soude caustique, corrodant les aiguilles… Des définitions de composants mal calibrées eu égard à l’endurance qu’en attendaient les automobilistes diésélistes, un plancher de 160 000 Km, sans ennui… Des constructeurs qui ont sous-estimé la stabilité dans le temps de cet Adblue, niant sa décomposition avec la température entre 30-41°C, niant l’évaporation de l’eau de la solution, liée à l’agitation du roulage, faisant croitre dans le temps la viscosité cinématique de cette solution (coagulation partielle des molécules d’Urée)… de même que la cristallisation de celles-ci sous température négative de -11°C, obligeant à installer un réchauffeur dans le réservoir. Des automobilistes abusés, dans la p’urée au regard de cette norme Euro-6b, en vigueur depuis septembre 2015, qui croyaient ne pas polluer l’environnement (Nox) brutalement contraints, sous OBD inquisiteur, aux remplacements forcés de leur Kit Adblue défaillant, souvent à leurs frais, remplacés par de flambants Kits réservoirs-pompes, qui, sans améliorer le petit 32% d’efficience de dépollution, sont en évolution masquée par des constructeurs voulant en améliorer l’endurance, sans se mouiller, sans en informer les propriétaires des véhicules, y ayant fait intégrer, à la hussarde, un mécanisme d’auto-nettoyage qui se manifeste par une nette émission de décibels durant 5 à 6 secondes, à chaque mise à l’arrêt du véhicule... des automobilistes cobayes, alimentant les comptes d’exploitation des Faurecia-Plastic-Omnium & consorts. …Quantité de ceux-là, échaudés, qui, s’ils avaient eu vent de cette galère, auraient reporté leurs achats sur des véhicules à essence, dès 2015. Un Diesegate à l’intérieur de l’autre… que l’on ne veut pas voir ? D’autant plus que cette technologie de l’Adblue est clairement dans l’obsolescence, depuis la prise de contrôle de la startup danoise, Amminex, à 91,5 % par l’équipementier Faurecia au mois de décembre 2016, 5 années déjà... Une startup qui a développé, dans les années 2012, une solution innovante, économique et très performante, venant à bout des 99 % d’émissions d’oxyde d’azote d’un moteur diesel, un procédé de stockage de l’ammoniac sous forme solide, par l’utilisation de sels métalliques de chlorure de Strontium, agissant comme une éponge, stockant de grande quantité d’ammoniac, sous un très faible volume, aisément utilisable à travers un classique catalyseur SCR, pour réduire ces Nox en Azote gazeux et en vapeur d’eau, des gaz inoffensifs pour l’environnement. Un système ASDS (Ammonia Storage and Delivery System), dont on attend fébrilement les Kits de remplacement pour les installer sans difficulté, en lieux et place, puisque beaucoup moins encombrant que leurs aïeux "Kits Adblue" défaillants et obsolètes, l’atmosphère des villes n’en pouvant plus d’attendre… On peut se poser la question si ces 5 années n’ont pas plutôt, chez Faurecia, servi à développer cette catalyse, sans poison, de l’Ammoniac ou l’Hydrazine pour en tirer l’Hydrogène nécessaire à la pile à combustible des futurs véhicules de tourisme, électrifiés... ? Un moyen danois pour d’abord permettre à ces automobilistes, d’amortir l’investissement de leur véhicule diesel sur plus longue période de roulage, sans interdiction d’utilisation… Donner du temps au temps pour qu’ils puissent économiquement passer à l’électrique ensuite…

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