Rapport de démultiplication

Un rapport de démultiplication exprime la relation entre les vitesses de rotation de deux engrenages en prise, défini comme le nombre de dents de l'engrenage mené divisé par celui de l'engrenage menant, ou, de façon équivalente, le nombre de tours d'entrée nécessaires pour produire un tour de sortie. C'est le concept central de toute transmission à engrenages, car il détermine le compromis entre vitesse de rotation et effort de rotation, le couple, en chaque point de la chaîne cinématique. Un rapport supérieur à un signifie que la sortie tourne plus lentement que l'entrée mais avec un couple proportionnellement plus élevé, tandis qu'un rapport inférieur à un produit l'inverse.

Le principe repose sur la conservation de l'énergie et la géométrie des dentures en prise. Lorsqu'un petit engrenage entraîne un grand, chaque tour du petit ne fait avancer le grand que d'une fraction de tour : ce dernier tourne donc lentement mais exerce un bras de levier plus important. La puissance, produit du couple par la vitesse de rotation, reste globalement constante hormis les pertes par frottement, ce qui explique que l'on ne puisse multiplier le couple qu'en acceptant une perte de vitesse. Un rapport de 3:1, par exemple, triple à peu près le couple tout en réduisant la vitesse de sortie au tiers.

Cela compte parce qu'un moteur à combustion interne ne produit un couple exploitable que sur une plage limitée de régimes, typiquement quelques milliers de tours par minute. Un rapport fixe unique ne pourrait à la fois lancer un véhicule lourd à l'arrêt et lui permettre de croiser de façon économique à vitesse stabilisée. Une boîte de vitesses propose donc un éventail de rapports : les rapports courts, à valeur numérique élevée, multiplient le couple pour le démarrage et les montées, tandis que les rapports longs échangent ce couple contre de la vitesse, laissant le moteur tourner lentement et silencieusement en vitesse de croisière. La progression entre les rapports est choisie pour que le moteur reste proche de sa plage de rendement à mesure que la vitesse augmente.

Les rapports de la boîte n'agissent pas seuls. Ils se combinent multiplicativement avec le rapport de pont, ou rapport final, pour donner le rapport global entre le moteur et les roues. Un premier rapport de 3,5:1 passant par un pont de 4,0:1 donne une réduction globale de 14:1, tandis qu'un rapport supérieur surmultiplié de 0,8:1 à travers le même pont ne donne que 3,2:1. Les rapports les plus longs, dont la valeur est inférieure à un, sont qualifiés de surmultipliés et existent précisément pour abaisser le régime moteur et permettre une croisière autoroutière détendue et économe.

Les rapports de démultiplication influent aussi sur l'accélération, la capacité de remorquage et la consommation, des paramètres que les ingénieurs doivent équilibrer. Des rapports rapprochés maintiennent le moteur dans sa plage active pour des performances sportives, tandis que des rapports espacés favorisent la sobriété et le confort. La même logique s'applique aux véhicules électriques, même si ceux-ci ne requièrent généralement qu'un seul rapport de réduction, car leurs moteurs développent un couple important dès le régime nul. Comprendre les rapports de démultiplication est donc essentiel pour saisir la manière dont un véhicule transmet sa puissance à la route.