Coefficient de portance (Cz)

Le coefficient de portance, noté Cz, est un nombre sans dimension qui quantifie l'intensité de la force aérodynamique verticale qu'engendre la carrosserie d'un véhicule lorsque l'air s'écoule au-dessus et en dessous de lui. Il exprime cette force rapportée à la pression dynamique de l'air et à la surface de référence de la voiture, de sorte que le même coefficient s'applique quelle que soit la vitesse de déplacement. Une valeur positive traduit une portance, force ascendante qui tend à alléger la voiture, tandis qu'une valeur négative traduit un appui aérodynamique, force descendante qui plaque la voiture sur la route.

Le phénomène naît de la différence de pression de l'air entre le dessus et le dessous du véhicule. À mesure que l'air accélère au-dessus du pavillon et du capot bombés, il perd de la pression, à l'image de ce qui se produit sur une aile d'avion, tandis que l'air circulant sous un soubassement plat ou mal géré peut ralentir et gagner en pression. Si la pression inférieure dépasse la pression supérieure, l'effet net est une portance ; si une mise en forme habile du fond plat, du diffuseur et des ailerons rend la pression inférieure plus faible que la supérieure, l'effet net est un appui. Le coefficient de portance résume simplement l'équilibre de ces pressions en une seule valeur comparable.

Son importance apparaît clairement à grande vitesse. Une portance positive réduit la charge qui plaque les pneumatiques sur la route, et comme l'adhérence disponible d'un pneumatique dépend de cette charge verticale, la portance érode discrètement les capacités en virage, au freinage et à la motricité, précisément lorsque la voiture roule assez vite pour en avoir le plus besoin. Une voiture qui paraît légère, floue ou nerveuse au passage des sommets de côte à grande vitesse souffre souvent de portance. La portance négative, ou appui, produit l'inverse : elle augmente la charge effective sur les pneumatiques et autorise des forces de virage et de freinage plus élevées, ce qui explique pourquoi les voitures de compétition investissent tant pour la générer.

La répartition de cette force verticale entre les essieux avant et arrière compte autant que son intensité globale. Une voiture qui ne développe d'appui qu'à l'arrière, ou qui ne perd de portance qu'à l'avant, se déséquilibre à mesure que la vitesse augmente, tendant vers le sous-virage ou un survirage brutal. Les ingénieurs ajustent donc les dispositifs aérodynamiques avant et arrière, lames, ailerons, diffuseurs et profilage du soubassement, afin de maintenir la portance ou l'appui équilibré de l'avant à l'arrière, pour que le comportement reste prévisible sur toute la plage de vitesse.

Le coefficient de portance constitue la moitié du caractère aérodynamique d'un véhicule, l'autre étant le coefficient de traînée, qui mesure la résistance à l'avancement. Les deux sont liés, puisque les dispositifs créant de l'appui ajoutent généralement de la traînée, imposant un compromis entre vitesse de pointe et stabilité à grande vitesse. Les voitures de série ordinaires sont en général conçues pour un coefficient de portance faible, légèrement positif ou proche de zéro, acceptant un soupçon de portance en échange d'une faible traînée et d'une bonne consommation, tandis que les voitures de performance et de course recherchent délibérément la traînée pour obtenir l'adhérence que procure un véritable appui.