Technique : les essuie-glaces

Les essuie-glaces jouent un rôle important en matière de sécurité automobile : ils garantissent une bonne visibilité lorsque les conditions météorologiques se dégradent. Présents sur une automobile depuis le début des années 1900, ils ont constamment évolué pour améliorer l'essuyage du pare-brise et diminuer les interventions du conducteur.

Description générale

A l'avant, une voiture est généralement équipée de deux essuie-glaces. Selon la carrosserie du véhicule, la lunette arrière peut être aussi équipée d'un essuie-glace.

Un essuie-glace est composé d'une lame en caoutchouc et d'une structure rigide en charge de maintenir la lame en contact permanent avec le pare-brise. Cette structure est maintenue par un bras métallique.

A l'avant, les bras des essuie-glaces sont généralement reliés au moteur électrique à l'aide d'un mécanisme de transmission rigide plus ou moins complexe afin de synchroniser le mouvement des deux essuie-glaces. Plus rarement, deux moteurs électriques sont utilisés au lieu d'un afin de se passer du mécanisme de transmission.

Structure du balai

Il existe trois types d'essuie-glaces :

• les essuie-glaces standards
• les essuie-glaces plats
• les essuie-glaces hybrides

Les essuie-glaces standards sont constitués d'une structure métallique générant 6 à 8 points de pression ponctuels sur le balai. Cette structure est largement éprouvée et se montre la plus polyvalente : elle s'adapte à tous les types de pare-brises, qu'ils soit plats, fortement courbés ou une combinaison des deux.

Néanmoins, les essuie-glaces standards ont pour principal défaut d'être assez bruyants car les balais sont largement exposés au flux aérodynamique longeant le pare-brise du fait de leur hauteur importante.

Dans certains cas, des déflecteurs fixés sur la structure métallique permettent de mieux plaquer le balai contre le pare-brise, mais cela n'est pas encore optimal car la structure reste largement exposée au vent et le déflecteur ne couvre généralement pas toute la largeur du balai.

Les essuie-glaces plats sont constitués d'une ou plusieurs lames métalliques préformées faisant office de ressort, ce qui permet de répartir uniformément la pression sur le balai d'essuie-glace. Cette lame est fixée au-dessus de la lame en caoutchouc. De plus, les essuie-glaces plat intègrent systématiquement un déflecteur.

D'une part, les essuie-glaces plats sont bien moins hauts que les essuie-glaces standards : ils perturbent moins le flux aérodynamique et génèrent beaucoup moins de bruit. D'autre part, le déflecteur intégré permet de bien plaquer le balai sur le pare-brise et d'éliminer les bruits de décollement à haute vitesse. Enfin, le spoiler intégré protège mieux le balai en caoutchouc des agressions extérieures (gel, rayons UV,...).

Les capuchons fixés aux extrémités permettent de bien protéger le caoutchouc sur toute sa longueur. Ils permettent aussi d'éviter le glissement entre les lames métalliques, la lame en caoutchouc et le déflecteur.

Les essuie-glaces hybrides reprennent la structure métallique d'un essuie-glace standard (avec une hauteur moindre) et la conception d'un essuie-glace plat (courbure et intégration du déflecteur). La structure métallique supérieure est recouverte d'un large déflecteur sur l'ensemble du balai. Ainsi, le caoutchouc est bien mieux protégé des agressions extérieures. L'appellation hybride peut prendre d'autres formes selon les fabricants : dans certains cas, il peut s'agir d'essuie-glaces plats surmontés d'un déflecteur plus imposant.

Lame racleuse

La lame du balai est constituée de caoutchouc. La section du profilé de la lame est dessinée de manière à assurer une bonne rigidité perpendiculairement au pare-brise afin de garantir le contact avec ce dernier. Le caoutchouc doit aussi se montrer souple dans le sens du déplacement afin de récolter l'eau efficacement et de ne pas générer de bruit lors du changement de direction de l'essuie-glace.

Les balais sont généralement constitué de plusieurs matériaux :

• du caoutchouc naturel : il s'agit du matériau le plus efficace en matière d'essuyage, mais il s'use vite, est sensible aux rayons UV du soleil et sensible aux déformations permanentes
• du caoutchouc synthétique : il est un peu plus rigide que le caoutchouc naturel et se montre beaucoup moins sensible aux rayons UV notamment. Néanmoins, les capacités d'essuyage sont un peu moins performantes, notamment lorsque la température extérieure est inférieure à 10 °C
• un revêtement basse friction (généralement à base de graphite) permettant de réduire les frottements entre l'essuie-glace et le pare-brise

La lame en caoutchouc est une pièce d'usure. L'usure se caractérise de deux manières :

• usure due aux conditions météorologiques (froid, lumière du soleil,...)
• usure due à l'utilisation

Lorsqu'il est exposé aux rayons ultraviolets, le caoutchouc perd progressivement sa souplesse et devient plus rigide. Le contact est donc moins bon entre le pare-brise et le balai.

Lorsque la température est froide, le caoutchouc devient plus dur (mais pas de manière permanente puisqu'il retrouve sa souplesse lorsque les températures deviennent plus clémentes), ce qui dégrade le contact entre le balai et le pare-brise et génère plus de frottements.

Lorsque les essuie-glaces sont actionnés, le frottement entre la lame de caoutchouc et le pare-brise modifie le profil de la lame en caoutchouc par érosion. D'un profil anguleux, le profil s'arrondit progressivement au fur et à mesure de son utilisation, ce qui va favoriser un léger soulèvement du balai et le fait que le passage de l'essuie-glace laisse des traces après son passage.

Mouvements des essuie-glaces

En matière automobile, il existe 3 types principaux de mouvements d'essuie-glace :

• fonctionnement parallèle
• fonctionnement antagoniste et antagoniste inversé
• monobalai 

Activation des essuie-glaces

Les essuie-glaces sont contrôlés dans l'habitacle à l'aide d'un commodo généralement positionné à droite du volant. Un calculateur permet de gérer le fonctionnement des essuie-glaces en tenant compte des actions du conducteur et de la présence éventuelle d'un détecteur de pluie.

Les essuie-glaces comportent 3 vitesses de fonctionnement :

• balayage intermittent
• balayage en continu à vitesse lente
• balayage en continu à vitesse rapide

En mode intermittent, il peut y avoir aussi différentes vitesses où le temps d'attente entre deux balayages est plus ou moins long. Initialement réservé aux véhicules haut de gamme, ce réglage est désormais disponible sur la plupart des véhicules.

Liquide lave-glace

Le liquide lave-glace vient en complément des essuie-glaces. L'été, il permet essentiellement de venir à bout des impacts d'insectes sur le pare-brise. L'hiver, le pare-brise a tendance à se salir, même en l'absence de pluie du fait de la présence de nombreuses saletés sur la route (feuilles, terre, sel,...) qui sont alors projetées sur le pare-brise.

Afin de nettoyer le plus efficacement possible le pare-brise, le liquide est principalement composé des éléments suivants :

• eau
• agents nettoyants (alcool, solvants)
• antigel (éthylène glycol)

Les fabricants proposent généralement deux types de liquide lave-glace :

• spécification été : le liquide contient plus d'agents nettoyants pour les salissures plus tenaces
• spécification hiver : le liquide contient plus d'antigel pour résister aux températures les plus basses

Le réservoir de liquide lave-glace est logé dans le compartiment moteur (l'orifice de remplissage est matérialisé par un bouchon bleu) et une pompe électrique permet d'acheminer le liquide vers les gicleurs (généralement au nombre de 2 à l'avant et un à l'arrière le cas échéant). Selon la taille du pare-brise, les gicleurs peuvent avoir un, deux ou trois trous afin de répartir au mieux le liquide lave-glace sur l'ensemble du pare-brise.

Dans certains cas, le réservoir est aussi équipé d'un détecteur de niveau : il s'agit d'un simple flotteur et, lorsque le niveau est bas, un aimant fait court-circuit alertant le conducteur qu'il est temps de faire l'appoint de liquide.

Lorsque le conducteur sollicite le nettoyage du pare-brise, le liquide lave-glace est projeté sur les vitres et le calculateur déclenche entre 3 et 5 balayages. Dans certains véhicules, la ventilation passe, pendant quelques secondes, en mode de recyclage d'air (afin d'éviter que l'odeur du liquide lave-glace ne pénètre dans l'habitacle). D'autre part, certains constructeurs déclenchent aussi un balayage environ 10 secondes plus tard afin de s'assurer qu'il n'y ait plus aucune trace de liquide sur le pare-brise.

Le remplissage de liquide lave-glace peut s'avérer une opération plus fastidieuse qu'il n'y parait. En effet, manipuler un bidon de 5 litres au-dessus d'un orifice relativement étroit a bien souvent pour conséquence la projection de liquide dans le compartiment moteur, ce qui peut causer des brûlures lorsque le moteur est chaud ou endommager des composants moteur. Pour prévenir cela, un entonnoir est d'une grande aide, mais on n'en dispose pas forcément à proximité. Aussi, certains constructeurs, comme Skoda, ont imaginé un bouchon intégrant un entonnoir permettant d'éviter ce type de désagrément.

Afin d'améliorer le nettoyage du pare-brise et de diminuer la consommation de liquide lave-glace, il devient de plus en plus courant d'intégrer les buses de lave-glace directement dans les balais d'essuie-glace.

En projetant le liquide au plus près du balai, le gaspillage de liquide est largement réduit (ce qui peut être le cas avec des buses classiques selon la vitesse du véhicule : le véhicule précédent reçoit généralement une quantité non négligeable de liquide, par exemple) et surtout, la gêne visuelle dûe à la projection du liquide sur le pare-brise, est largement atténuée voire éliminée.

Dans le cas des systèmes les plus perfectionnés tels que le Magic Vision Control proposé par Mercedes, la quantité de liquide est adaptée en fonction de la température extérieure et, lorsque le système équipe un cabriolet et que le toit est replié, la quantité de liquide projetée est diminuée lorsque les balais atteignent le haut du pare-brise afin d'éviter toute projection de liquide lave-glace dans l'habitacle.

Dans le but de garantir un bon fonctionnement du liquide lave-glace à basse température, certains constructeurs équipent les durites de lave-glace de résistances électriques pour réchauffer le liquide rapidement. D'autre part, tout ou partie du réservoir de lave-glace peut être réchauffé par la circulation de liquide de refroidissement moteur autour de ce réservoir.

Plus rarement, les balais d'essuie-glaces peuvent être eux-aussi équipés de resistances électriques afin de réchauffer le caoutchouc pour l'assouplir. Il s'agit du système le plus évolué pour garantir une excellente qualité d'essuyage quelle que soit la température extérieure.

En l'absence de cette technologie qui peut s'avérer coûteuse, il existe d'autres moyens d'améliorer l'efficacité des essuie-glaces par lorsque les températures sont négatives :

• Chauffage indirect par les buses de chauffage de l'habitacle situées au pied du pare-brise
• Chauffage par un filament électrique intégré dans le pare-brise

Détecteur de pluie

Le détecteur de pluie est devenu un équipement commun en quelques années. Cet équipement peut être une bonne aide lorsque les conditions météorologiques sont changeantes (successions d'averses, pluie changeant régulièrement d'intensité) ou lors d'un dépassement d'un poids lourd sous une forte pluie (projection de pluie soudaine et importante).

Le détecteur de pluie est constitué d'un module logé au niveau du rétroviseur central. Le capteur de pluie émet une lumière LED infrarouge (invisible à l'oeil nu) et est équipé d'un récepteur de lumière. Le détecteur de pluie est généralement couplé au capteur de luminosité permettant l'allumage automatique des feux de croisement lorsque la luminosité devient faible.

Lorsque le temps est sec (absence de pluie), la quasi-intégralité de la lumière émise par le capteur est reflétée dans le récepteur de lumière. Lorsqu'il commence à pleuvoir et que des gouttes d'eau se trouvent à la surface du pare-brise, la lumière n'est plus totalement réfléchie. En fonction de la quantité de lumière reçue, le détecteur de pluie commande les essuie-glaces de l'arrêt complet aux vitesses de balayage les plus rapides en passant par plusieurs niveaux d'intermittence.

En règle générale, l'activation du mode automatique se fait en ajustant la commande des essuie-glace sur la position intermittente. Dans d'autres cas, l'activation du détecteur de pluie se fait à l'aide d'une brève impulsion, comme pour déclencher un balayage unique des essuie-glace avant. Il est aussi généralement possible de régler la sensibilité du détecteur de pluie en utilisant la commande normalement dédiée au réglage de la fréquence de l'intermittence.

Essuie-glaces au repos

Afin de diminuer les bruits et améliorer l'aérodynamique du véhicule, les essuie-glaces, lorsqu'ils ne sont pas utilisés, se mettent dans une position de repos. Cette position, quelques millimètres en-dessous de la position la plus basse atteinte lorsqu'ils sont en fonctionnement, permet de dissimuler les essuie-glaces sous le capot. Ainsi, ils sont moins exposés au flux aérodynamique.

Dans cette zone, l'air est moins turbulent, d'où l'amélioration de l'aérodynamique et la diminution du bruit. De plus, cela permet de diminuer la pression exercée sur les balai et donc, de préserver les qualités du caoutchouc dans le temps. Enfin, cela évite, lorsque les essuie-glaces sont en fonction, qu'ils ne viennent pas ramasser les éventuelles saletés traditionnellement accumulées dans la zone de repos.

Lorsque les essuie-glaces atteignent leur position de repos, ils peuvent s'immobiliser soit dans le sens de la descente, soit dans le sens de la montée, afin d'éviter une déformation permanente du caoutchouc dans un sens où l'autre.

La position de repos varie aussi de quelques millimètres en hauteur afin d'éviter une trop grande accumulation de saletés dans cette zone. 

Tesla Cybertruck : la fin des essuie-glaces ?

Lors de la présentation du Tesla Cybertruck, outre son style particulier, un élément notable manquait : il ne semble pas y avoir de place prévue pour les essuie-glaces à l'avant. Conjointement à cette présentation, Tesla a récemment déposé un brevet concernant un système de nettoyage reposant sur la technologie laser.

Plusieurs mois après sa présentation et quelques mois avant sa commercialisation, les essuie-glaces du Cybertruck restent un véritable mystère !

Crédits photos : Bosch / Tesla / Mercedes / Valeo / Denso /Skoda / Audi