Le couple moteur est une notion, quelque peu abstraite pour le commun des mortels, souvent confondue avec la puissance. La notion de couple moteur est difficile à intellectualiser, car plus le moteur à de couple, plus il est puissant, d’où la confusion précédemment évoquée. Votre ami physicien pourrait pourtant, vous faire remarquer que deux moteurs de même puissance peuvent délivrer des couples bien différents. Essayons de démêler cet écheveau !
Le couple, une notion bien connue en mécanique générale
Le couple est la résultante d’un effort (puissance) exercé sur un levier, conjugué avec la longueur de ce levier. Pour un moteur, quelle que soit son énergie et sa nature, il s’agit d’une force de rotation exercée autour de son axe (force de torsion). Il en va de même pour le couple de serrage ou de desserrage d’un boulon, exemple simple bien connu de tous : Si votre puissance musculaire ne permet pas de desserrer (ou de resserrer) un boulon avec votre clef de 15 cm de longueur, vous savez d’instinct qu’il suffit d’emmancher un tube dans la clef pour arriver à vos fins en allongeant le bras de levier. Bravo, vous venez d’inventer le principe du couple ! Pour une même force exercée sur un levier, le couple de torsion augmente avec l’allongement de la distance à laquelle cette force est exercée. Notez que si vous aviez pu exercer une force plus importante, le boulon se serait desserré aussi. On en déduit donc qu’il y a deux façons d’augmenter le couple : augmenter la force exercé ou augmenter la distance.
Mesure de la force physique du couple
Le couple (C), se mesure par la combinaison des deux valeurs de natures différentes nécessaires à son émergence, soit le produit de la force F exercée, exprimée en Newtons (N) par la distance D à laquelle cette force est appliquée par rapport à l’axe de rotation, exprimée en mètre (m). L’équation est simple : C = F x D. Ceci bien compris, comment ce principe peut-il s’appliquer à un moteur, dont l’architecture est inamovible ?
Comment le couple moteur est-il défini sur une voiture ?
Sur une voiture de série, le couple moteur est défini, une fois pour toutes, lors de l’étude préalable à la création du moteur, dans laquelle :
- la force F, est créée par la combustion développée par le moteur, exprimée en Watts. Cette puissance est fonction de nombreux critères, notamment, le diamètre des cylindres (alésage), la course des pistons, la vitesse de rotation du moteur (régime), etc. ;
- la distance D, est la longueur comprise entre l’axe de fixation de la tête de bielle et l’axe central de rotation du vilebrequin.
Dans l’absolu, il est possible de modifier cette caractéristique essentielle par différentes interventions techniques. C’est ce que font les préparateurs de moteurs destinés à certaines manifestations sportives (rallyes, raids…). Une modification simple, à la portée d’un amateur éclairé, consiste à intercaler une puce électronique dans le boîtier de gestion du moteur. Méfiance, cependant, car cette pratique, interdite dans notre pays, constitue un excellent prétexte à votre assureur, pour se dégager de ses obligations, en cas d’accident, même si celui-ci n’a aucun rapport avec la modification en question.
En quoi la notion de couple est-elle importante pour votre véhicule ?
Posséder un véhicule avec un moteur dont le couple est élevé, n’est pas important en soi. Seul l’usage que vous faites du véhicule doit dicter votre choix dans ce domaine. De la même façon, un moteur délivrant un faible couple n’est pas une tare. Ce peut même être un choix parfaitement assumé. On pense à l’exemple des voitures de course, à la pointe de la technologie du moment, pourtant équipés de moteurs à très haut régime, mais dont le couple est ridicule, comparé à celui d’une voiture de série moyenne. Ces véhicules sont conçus pour aller vite, sans aucune concession pour le confort du pilote. Les conduire est un exercice épuisant, obligeant à des changements de rapport de vitesse incessants, à un instant précis, pour rester compétitive… et sur la route. Un exercice hors de portée du conducteur moyen sur de longs parcours ! À l’inverse, un poids lourd a besoin d’un moteur à couple très élevé, pour déhaler son chargement au démarrage, sans faire grimper exagérément le régime du moteur, seule façon de lui éviter de caler. Concrètement, au moment du choix d’un véhicule, il est important de prendre en compte certains critères relatifs au service que l’on attend :
- pour un usage citadin, une petite cylindrée à essence (±95 Nm à 3 000 t/mn) est de bon service, car on ne réclame pas les fortes accélérations ;
- pour une conduite sportive, au contraire, un moteur à fort couple (±300 Nm à 3 000 RPM), assurera des accélérations trois fois plus rapides. De façon générale, plus le couple sera important, à puissance égale, et plus le temps de référence pour amener le véhicule de 0 à 100 km/h sera court ;
- Si vous possédez un véhicule lourd, si vous roulez souvent à pleine charge, si vous attelez de lourdes remorques ou si vous êtes familier des routes de montagne à forte pente, le moteur diesel est tout indiqué, à cause son fort couple à bas régime.
Souvent, le diable se cache dans les détails
Sachant ce que nous avons développé jusqu’à présent, c’est décidé, votre prochaine voiture aura un moteur à couple élevé. Attention toutefois, car certains détails, souvent peu explicités par les vendeurs d’automobiles, peuvent annihiler tout ou partie des avantage du couple moteur. En effet, un véhicule automobile est animé par son moteur, mais cette énergie passe ensuite au travers de mécanismes plus ou moins sophistiqués, plus ou moins adaptés ou plus ou moins bien étudiés. La transmission notamment, doit être vraiment conçue spécifiquement pour ce type de moteur. Cela paraît évident, mais à l’époque des grandes contractions de frais, les constructeurs ont tendance à réutiliser des produits existants déjà développés, sur plusieurs modèles plus ou moins comparables :
- Les tractions avant ne sont pas réputées pour transmettre les fortes puissances de moteurs dans les meilleures conditions. En effet, l’effet de rotation brutal du train avant a tendance à soulever le train avant du véhicule. Il en résulte une perte considérable d’adhérence de la gomme sur le bitume. Les roues tournent alors dans le vide comme sur un sol graveleux ou sur une surface gelée. Pour éviter ce phénomène, les dispositifs électroniques de correction de trajectoire (ABS, ESP…) limitent le couple moteur, sécurisant le véhicule, mais supprimant de fait, une grande part de ses avantages.
- À contrario, les véhicules à propulsion (transmission de la puissance par les roues arrière), s’écrasent sur le sol sous l’effet d’une puissance de rotation brutale des roues. Tout se passe comme si une main géante appuyait fortement sur le train arrière pour augmenter la capacité d’adhérence. Comme rien n’est parfait, les véhicules à propulsion pardonnent moins les erreurs de pilotage et nécessitent l’usage d’un pont arrière, donc un poids et des coûts de production et d’entretien plus élevés. Cela explique pourquoi cette option technologique est réservée, sur les véhicules modernes, aux véhicules de compétition ou de haut de gamme.
- La transmission intégrale, enfin, semble résoudre les problèmes liés à la fois, aux tractions avant et arrière. Elle offre, en outre une meilleure tenue de route sur les surfaces sèches et une accroche renforcée sur les terrains mouillés et verglacés. Encore plus chère à produire que la propulsion, elle accroît la consommation en carburant. La sécurité a un prix, dit-on, mais le proverbe semble pris en défaut, car certains constructeurs ont équipé leurs modèles populaires de ce dispositif.
Importance spécifique du couple moteur pour les véhicules tout-terrain
Les véhicules tout terrain (4×4), n’ont pas le choix. Par définition, ils doivent être automatiquement équipés de moteur au couple le plus élevé possible, car ils sont conçus pour travailler sur des surfaces nécessitant de grandes forces de traction, comme le remorquage, le tractage ou les fortes pentes. La situation permettant de mieux comprendre la nécessité d’un couple important à bas régime est sans conteste, la pratique du 4×4 sur sols sablonneux. Cet exercice particulier, impose de porter des pneumatiques très dégonflés (±800 g), afin d’augmenter la portance de ce sol fuyant, ce qui prend beaucoup de puissance. Pour les mêmes raisons, une traction régulière, à vitesse lente, doit être très contrôlée. Pour ce faire, les 4×4 sont équipés d’une boite de vitesse très courte permettant cet exercice, mais seul le couple important permet de conserver un régime moteur régulier, sans à-coups, évitant l’immobilisation du véhicule, châssis posé sur le sable et roues inopérantes tournant dans le vide. Pour sortir de ce cauchemar, une seule solution : les pelles et de l’huile de coude ! Dans ces situations, il est difficile de maîtriser la puissance des moteurs à faible couple. La tendance naturelle, de contrôle de la puissance disponible, consiste à utiliser l’embrayage de façon anormalement intensive, option peu efficace qui use prématurément la mécanique et les tympans…
Au moment du choix
Avant d’arrêter définitivement votre option de motorisation, n’oubliez pas enfin, que le moteur actuel présentant le meilleur couple à tous les régimes est le moteur électrique ! Il atteint son couple maximum quasiment à partir du démarrage. On se focalise souvent sur l’aspect écologique de cette technologie, oubliant des caractéristiques comme celle-ci, moins vendeuse, mais tout aussi importante. Les voitures hybrides viennent ensuite. Autres notions non-négligeables, les moteurs dont le couple est élevé sont généralement plus silencieux, car utilisés en routine à plus bas régime, offrent un meilleur agrément de conduite et de sécurité gardant de la réserve de puissance immédiatement disponible. Leur plus gros défaut réside dans le prix, généralement plus élevé à puissance égale.