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.
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).
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:
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.
Pour un véhicule, les forces suivantes s'appliquent:
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.
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:
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
En prenant le cas de véhicules à la puissance ou au couple similaire:
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).
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).
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).
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.
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.
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.
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