TPE Aerodynamisme

Quel est le rôle de l'aérodynamisme dans l'évolution des transports et quel est son avenir ?

Automobile

Quelle importance a l’aérodynamisme dans l’automobile ?

Introduction:

L’aérodynamisme est présent partout dans notre quotidien, notamment lorsque nous utilisons une voiture. En effet, quand nous roulons, nous pouvons ressentir, et deviner certains faits dus à l’aérodynamisme de notre voiture. Tout d’abord, l’aérodynamisme d’un véhicule c’est la science qui étudie les phénomènes accompagnant tout mouvement entre un corps et l’air qui le baigne. Un corps qui se déplace dans l’air créer des mouvements complexes, qu’on appelle turbulences, et qui provoquent des actions sur le solide. Nous allons donc voir les différentes forces qui s’exercent sur un véhicule en déplacement dans l’air. Nous verrons ensuite comment réduire l’impact de certaines de ces forces sur un véhicule.


Les trois forces exercées sur une voiture:

a) La portance et la déportance

Les voitures ont un profil qui subit une résistance à cause de l’air qui s’écoule le long de la voiture. Ici, la force qui s’exerce à la verticale est la portance qui a pour coefficient Cz. On parle de portance lorsque la force est dirigée vers le haut. Cette force diminue l’adhérence au sol d’une voiture. On parle de « délestage ». Dans ce cas le coefficient Cz est positif. Dans le cas contraire, on parle de déportance ou d’appui aérodynamique lorsque la force est dirigée vers le bas. Elle augmente l’adhérence au sol. (La déportance est très utilisée dans le sport automobile notamment en Formule 1 où l’appui aérodynamique est extrêmement important, et varie en fonction du tracée du circuit). Ici, le coefficient Cz est négatif.

b) La traînée

La force de l’air sur un véhicule qui se déplace créé une force dont une des composantes est opposée à l’effort de traction. On l’appelle la trainée. Son coefficient est le Cx.

La valeur de cette trainée dépend de plusieurs éléments :

Cette valeur varie en fonction de l’aire du maître couple S, de la vitesse du véhicule (en m/s-1) par rapport à l’air V, de la masse volumique de l’air ρ, et évidemment de la forme du véhicule (turbulences aérodynamiques, écoulements des flux d’air) Cx est coefficient de traînée.

Cela donne donc une formule :Ft = μ . Cx . S . V2

Le coefficient de traînée Cx, correspond à la résistance à l’avancement avec un véhicule. Par exemple, plus la voiture va vite, plus la force de l’air exercée sur le véhicule est important et donc le freine. Par conséquent, le Cx joue un rôle capital sur la consommation moyenne de carburant (près de 30% de plus en consommation) et donc aussi la puissance moteur, car pour faire face à cette résistance, pour atteindre une vitesse de plus en plus élevée, le moteur doit générer beaucoup plus d’énergie.


c) La dérive

On néglige souvent une force qui s’exerce à l’horizontale du véhicule mais celle-ci peut parfois être importante lorsque que des vents soufflent latéralement à un véhicule. Cette force a un impact sur la stabilité d’un véhicule. On appelle cette force la dérive (Cy).

Ce coefficient varie en fonction :

  • de la vitesse maximal
  • de l’adhérence au sol et la stabilité de la trajectoire
  • de l’aérodynamisme de la carrosserie
  • du poids (en fonction de la quantité de carburant)

À haute vitesse, même si une voiture à un appui important, il se peut qu’elle dérive légèrement. Le moindre petit changement de direction peut avoir un impact plus important sur la trajectoire du véhicule. C’est pour ces raisons que l’on équipe la plus part des voitures de courses d’appendices aérodynamiques permettant de rendre ces dernières plus stables que ce soit en ligne droite ou en virage et donc plus faciles à conduire et efficace

Étude de cas de la Lamborghini Huracan Performante :

La Lamborghini Huracan Performante est une voiture de sport de haute gamme. En effet, cette voiture dispose d’un aérodynamisme très développé qui lui permet d’atteindre un haut niveau de performance.

Elle dispose d’un système de haute technologie d’aérodynamisme actif, qui est appelé ALA (Aerodinamica Lamborghini Attiva). Le fonctionnement est simple. Pour adapter la vitesse en virage ou en ligne droite, des volets ont été installés dans le diffuseur avant, le capot moteur relié à l’aileron arrière. Ces volets s’ouvrent et se ferment selon la trajectoire de la voiture (virage ou ligne droite)

Pour atteindre une vitesse maximale en ligne droite, ces volets s’ouvrent afin de laisser passer une partie du flux d’air, permettant ainsi de réduire l’appui au sol et la traînée.

À l’inverse, pour obtenir une stabilité et une vitesse maximale en virage, ces volets se referment afin d’augmenter l’appui aérodynamique au sol et donc permettre une vitesse de passage plus élevée dans les courbes.


De plus, dans l’objectif d’améliorer la stabilité et la maniabilité de la voiture, les volets du côté intérieur du virage se referment, afin d’améliorer l’appui et faire face au principe de la force centrifuge, qui incline la voiture du côté extérieur du virage ce qui diminue donc l’adhérence du côté intérieur du virage.

Ce système est aussi utilisé lors des freinages. Afin de favoriser le freinage de la voiture de manière plus efficace, les volets bouchent alors les conduits d’air du diffuseur avant et de l’aileron arrière, dans le but d’augmenter le contact avec le flux d’air, et donc accroître l’appui pour une meilleure stabilité. La traînée est, par conséquent, plus importante et optimise le ralentissement du véhicule.

Conclusion :

Ce système révolutionnaire sur le plan aérodynamique et technologique permet un véritable gain de performance. Lamborghini n’est pas le seul constructeur à utiliser cette technologie. Ferrari applique également des systèmes similaires à celui-ci sur ses voitures de sport modernes. Ce mécanisme pourrait être instauré sur des véhicules du quotidien mais dans un autre objectif : dans un but écologique, c’est-à-dire, réduire la consommation énergie.