Qu’ils soient à essence, diesel ou électriques, les constructeurs automobiles travaillent d’arrache-pied pour essorer la moindre goutte de kilométrage de leurs véhicules. Une grande partie de ces efforts est consacrée à l’optimisation de l’aérodynamique. La réduction de la traînée est un objectif majeur pour les ingénieurs travaillant sur les derniers modèles à haut rendement, et a engendré une multitude de conceptions innovantes au fil des ans. Nous examinerons pourquoi la réduction de la traînée est si importante et certains des véhicules uniques qui ont été créés grâce à ces efforts de rationalisation.

Résistance Boo To Air

Un graphique montrant l’augmentation de la traînée aérodynamique et de la résistance au roulement à mesure que la vitesse augmente. Notez la contribution beaucoup plus élevée de la traînée aérodynamique, en particulier à des vitesses sur autoroute.

Que vous recherchiez une économie de carburant moindre ou que vous essayiez simplement de parcourir le plus de kilomètres possible avec votre batterie, la traînée est l’ennemi. Pousser une voiture dans les airs demande du travail, et plus vous allez vite, plus l’air repousse. Malheureusement, la traînée est proportionnelle au carré de la vitesse, de sorte que lorsque la vitesse double, la force de traînée quadruple. Au-dessus d’environ 20 km / h (12,4 mi / h), la traînée aérodynamique est la plus grande force agissant contre la voiture, éclipsant la résistance au roulement à mesure que la vitesse augmente.

Des mesures peuvent être prises pour réduire cette traînée, bien sûr. Créer une voiture avec un profil plus lisse aide, une voiture qui divise délicatement l’air à l’avant et lui permet de se recombiner doucement à l’arrière. La réduction de la taille et du nombre de protubérances aide, tout comme la réduction de la surface frontale globale de la voiture. Avec une attention particulière à ces facteurs, il est possible pour les constructeurs automobiles de réduire considérablement la traînée, avec des avantages concomitants en termes d’efficacité.

La glissance d’une voiture est souvent évoquée en termes de coefficient de traînée, ou C. Il s’agit d’un coefficient sans dimension qui quantifie la quantité de traînée qu’un objet donné génère lorsqu’il passe à travers un fluide, tel que l’eau ou l’air. Dans certaines analyses, il est également important de considérer CA – le coefficient de traînée multiplié par la surface frontale du véhicule. Deux véhicules peuvent être également rationalisés dans leur conception, mais si l’un est plus grand que l’autre, il subira naturellement plus de traînée.

Faites glisser les coefficients de différentes formes de base. Notez que la façon dont l’air se rassemble autour d’un objet est importante, pas seulement le profil frontal.

À titre indicatif, une plaque plate essayant de se frayer un chemin dans l’air afficherait un Cde 1,28, tandis qu’une balle à vitesse subsonique pourrait arriver à 0,295. Les berlines et les coupés modernes typiques ont des coefficients de traînée d’environ 0,25 à 0,3, les SUV affichant souvent des chiffres plus élevés d’environ 0,35 à 0,45 en raison de leurs conceptions plus hautes et plus carrées. Les voitures de sport construites avec un accent sur la force d’appui présentent naturellement un C plus élevéchiffres dus à la traînée induite par les éléments aérodynamiques.

La Honda Insight 1999, une première voiture hybride, est arrivée au bas de cette gamme, revendiquant un Cde 0,25, un nombre considéré comme leader de la classe à l’époque. Cependant, les nouveaux concurrents dans le domaine se sont encore améliorés sur ce point. La Mercedez Benz S 350 BlueTec est arrivée à 0,24, tout comme la Tesla Model S lors de son lancement en 2012. Depuis lors, la nouvelle Porsche Taycan a un Cde seulement 0,22, avec la nouvelle Tesla Model S pour 2021 revendiquant un chiffre de seulement 0,208. La dernière Mercedes EQS pips les deux, cependant, avec un chiffre de seulement 0,2.

Ce n’est pas seulement votre apparence

Il est intéressant de noter que, bien que les premiers hybrides des années 1990 aient adopté des conceptions épurées et profilées, les voitures modernes ont éclipsé ces chiffres sans opter pour de telles formes d’œufs sans forme. Souvent, des gains aérodynamiques peuvent être obtenus en façonnant soigneusement le flux de manière subtile, plutôt qu’en se concentrant sur la macro-forme de la voiture dans son ensemble. D’autres gains peuvent être obtenus grâce au progrès technologique; les voitures électriques ont éliminé les gros radiateurs à l’avant et disposent ainsi de pare-chocs beaucoup plus profilés, par exemple.

Les conceptions simplifiées sont courantes sur les concept-cars axés sur l’efficacité comme la GM EV1 et la VW XL1. Les roues arrière couvertes sont l’un des choix les plus courants pour tenter de réduire les sources évidentes de traînée, mais au détriment du remplacement facile des pneus.

Les voitures de production sont cependant naturellement limitées dans leurs choix de conception, ce qui oblige les constructeurs automobiles à faire des compromis en matière de rationalisation. Certaines optimisations sont faciles, comme remplacer les antennes fouets par des ailerons de requin à profil bas ou ajouter des couvercles aérodynamiques aux roues. D’autres sont plus difficiles – la réglementation stipule que les rétroviseurs latéraux sont obligatoires dans la plupart des juridictions, tandis que de nombreux constructeurs automobiles demandent l’adoption de caméras pour raser les saillies afin de minimiser la traînée. Même des règles en apparence mineures, telles que la distance entre les phares et le sol ou la hauteur du capot, peuvent avoir un effet majeur sur une conception. Les attentes des clients en matière de confort intérieur et d’espace de bagages peuvent également être un problème. Ainsi, certains des chiffres de traînée les plus bas affichés proviennent de véhicules conceptuels expérimentaux.

La General Motors EV1 de 1996 se distingue par un C incroyablement bas de seulement 0,19. C’était la tentative de GM de construire une vraie voiture électrique utilisable pour le grand public. Le véhicule a attiré une base de fans inconditionnelle parmi les participants au programme de location limité, mais a été paralysé par son autonomie limitée et son intérieur à deux places. Les voitures ont été rappelées à la fin de leur bail et la grande majorité ont été écrasées. De même, la Volkswagen XL1 correspondait au C de l’EV1de 0,19 lors de sa sortie en 2013. Conçu selon un mandat serré du président Frederick Piech pour essorer 100 km avec un litre de diesel. Équipée d’un moteur bicylindre de 35 kW et d’un moteur électrique de 20 kW, la version de série a réussi 0,9 L / 100 km lors de tests en conditions réelles. Limité à une production de seulement 200 unités, le véhicule ne comportait pas de rétroviseurs latéraux ou arrière, ni de pare-brise arrière. Les passagers s’assoient en tandem, l’un derrière l’autre, plutôt que côte à côte, pour minimiser la zone frontale pour une efficacité maximale. Pour aller encore plus loin, les véhicules tels que ceux inscrits au World Solar Challenge sont conçus pour des performances optimales afin de tirer le meilleur parti de leur énergie solaire limitée. L’entrée Sunraycer de 1987 présentait un corps profilé affichant un Cde seulement 0,125, obligeant le conducteur à se coucher presque sur le dos dans la voiture. De même, les inscriptions au Shell Eco-marathon suivent à peu près la même philosophie, l’Eco-runner 8 de 2018 atteignant un 0,045 glissant.

Les années 1930 ont été un moment idéal pour ce look plongé

Le Schlörwagen (également connu sous le nom de «Göttinger Egg») était un concept très en avance sur son temps, basé sur un châssis Mercedes à moteur arrière et construit dans les années 1930.

Cependant, l’histoire de la rationalisation des voitures est bien antérieure à la crise du carburant post-1973 qui a vu les Américains commencer à acheter des voitures compactes en masse. Les concepts aérodynamiques de base permettant de faire glisser des objets dans l’air étaient appliqués il y a longtemps, l’engouement pour la rationalisation des années 1930 touchant tout, des trains aux voitures en passant par les grille-pain. La Tatra T77A a été l’une des premières voitures conçues avec un accent sur l’aérodynamique, mais des conceptions plus avancées ont également vu le jour.

La conception la plus extrême de cette ère était peut-être une voiture connue sous le nom de Schlörwagen, du nom de son concepteur, Karl Schlör. Le prototype, construit sur un châssis Mercedes à moteur arrière, aurait affiché un C de 0,15. Il y est parvenu avec des choix de conception considérés comme sauvages à l’époque; la voiture entière a été formée dans une forme d’oeuf simple et lisse avec des protubérances minimales, lui donnant le surnom de «l’oeuf de Göttingen». Il renfermait entièrement non seulement les roues arrière, mais aussi l’avant, ce qui nécessitait une carrosserie de 2,10 m de large qui était considérée comme ridiculement surdimensionnée pour l’époque. Les fenêtres sont montées aussi affleurantes que possible pour atténuer toute perturbation de l’air, donnant à la voiture un look futuriste bien en avance sur son temps. Cependant, la voiture n’a jamais été sérieusement envisagée pour la production, malgré son design impressionnant.

Dans l’ensemble, il est probable que les futurs modèles des principaux constructeurs automobiles poursuivent la tendance à la baisse du nombre de traînées alors que la bataille pour le kilométrage s’intensifie dans l’espace des voitures électriques. Beaucoup de gains sont encore sur la table alors que les régulateurs évoluent lentement sur les règles entourant les miroirs et d’autres technologies qui pourraient améliorer encore les chiffres. Cela dit, les consommateurs continueront d’exiger des normes minimales de confort, d’espace et de sécurité, ce qui signifie qu’il est peu probable que nous conduisions dans des larmes pointues de si tôt.