Aérodynamique

L'aérodynamique est la branche de la physique qui traite de la façon dont l'air se déplace autour d'un corps qui le traverse. Appliquée à l'automobile, elle conditionne la manière dont l'écoulement environnant détermine la résistance à l'avancement, la stabilité, le refroidissement, le bruit et, en définitive, l'efficacité. Elle compte parce que l'air, bien qu'invisible, se comporte comme un fluide que la voiture doit sans cesse écarter : la façon dont cet écoulement se colle à la carrosserie, s'en détache, puis se recompose à l'arrière exerce une influence profonde sur les performances du véhicule et sur l'énergie qu'il consomme.

La conséquence la plus importante est la traînée aérodynamique, force qui s'oppose à l'avancement. La traînée augmente avec le carré de la vitesse : doubler l'allure quadruple à peu près l'effort de traînée. Sur autoroute, elle devient la résistance dominante à vaincre, supplantant les pertes de roulement et mécaniques. Comme le moteur doit fournir un travail contre cette force, la traînée est un déterminant majeur de la consommation de carburant et, pour les voitures électriques, de l'autonomie. Une large part de la traînée ne provient pas de l'avant qui écarte l'air, mais du sillage turbulent à basse pression laissé derrière le véhicule : voilà pourquoi affiner l'arrière s'avère si efficace.

L'écoulement engendre également des forces verticales. À mesure que l'air accélère sur les surfaces supérieures bombées de la carrosserie, la pression chute et la voiture tend à développer une portance, qui allège les pneus et érode la stabilité à grande vitesse. Les ingénieurs maîtrisent ce phénomène par des becquets, qui brisent les écoulements indésirables, ainsi que par des soubassements profilés et des diffuseurs arrière qui, sur les voitures rapides, génèrent un appui plaquant les pneus sur la route. Ce même écoulement doit aussi être canalisé pour refroidir le moteur et les freins, et orienté de manière à limiter le bruit aérodynamique qui parvient à l'habitacle.

Pour le conducteur et le propriétaire, ces effets se traduisent par des résultats concrets : meilleure économie, habitacle plus silencieux, comportement plus rassurant par vent latéral et à vitesse élevée, et refroidissement suffisant en charge. Une forme bien profilée peut apporter de précieux kilomètres supplémentaires ou un surcroît d'autonomie, simplement en réduisant le travail que la chaîne de traction doit fournir à allure stabilisée.

Obtenir une bonne aérodynamique relève d'un travail de mise en forme minutieux plutôt que d'un dispositif unique. La silhouette générale, l'inclinaison du pare-brise, le traitement des montants de pare-brise (montants A) et des rétroviseurs, les jeux entre panneaux, la planéité du soubassement et des détails comme les becquets et diffuseurs y concourent tous. Les concepteurs affinent ces éléments en soufflerie et par simulation numérique des écoulements, en arbitrant souvent entre idéal aérodynamique, style, encombrement et visibilité.

La performance aérodynamique se résume couramment au coefficient de traînée, ou Cx, un nombre sans dimension exprimant la facilité avec laquelle une forme fend l'air, même si la surface frontale pèse tout autant sur la traînée totale. Cette discipline s'inscrit aux côtés d'autres facteurs de résistance et d'efficacité, dont la résistance au roulement des pneus et la question plus large de l'appui, autant d'éléments qui influent sur la consommation réelle.