110 ou 90 ? Pourquoi la consommation de carburant augmente-t-elle avec la vitesse ?

La résistance de l'air augmentant avec le carré de la vitesse, rouler à 110 coûte bien plus cher que rouler à 90 ; le véritable ennemi du carburant, c'est la vitesse elle-même.
La résistance de l'air augmentant avec le carré de la vitesse, rouler à 110 coûte bien plus cher que rouler à 90 ; le véritable ennemi du carburant, c'est la vitesse elle-même.

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La plupart des voitures à essence atteignent leur meilleure efficacité énergétique vers 90 km/h ; en dessous de cette vitesse, l'inefficacité du moteur et de la transmission augmente la consommation, et au-dessus, c'est la résistance de l'air qui croît au carré. Autrement dit, à mesure que la vitesse augmente, la consommation de carburant ne progresse pas de manière linéaire, mais explose selon une courbe raide. La vraie question n'est pas de savoir si c'est 110 ou 90, mais où se situe ce point d'équilibre pour votre véhicule.

Points clés

  • La résistance de l'air augmente avec le carré de la vitesse, et la puissance nécessaire pour la vaincre avec le cube de la vitesse
  • Les voitures à essence de milieu de gamme atteignent leur meilleure efficacité vers 55 mph (≈88 km/h) environ
  • À 65 mph, environ 8%, à 80 mph, environ 28% de perte d'efficacité
  • À une vitesse de croisière de 100 km/h, environ 80% de la résistance totale est aérodynamique
  • Une conduite économique modérée permet d'économiser en moyenne ~15% de carburant

Pourquoi la relation entre vitesse et consommation n'est-elle pas linéaire ?

Hızı ikiye katladığınızda hava direnci iki kat değil dört kat artar; yakıt faturası da bu karesel sırrı asla affetmez.

Deux résistances principales font avancer une voiture : la résistance au roulement et la résistance de l'air. La résistance au roulement naît de la déformation continue entre le pneu et la surface de la route, et reste grossièrement constante selon la vitesse. La résistance de l'air, elle, a un tout autre caractère : elle augmente avec le carré de la vitesse. Quand la vitesse double, la résistance ne double pas, elle quadruple.

Cette augmentation au carré n'est que la moitié de l'histoire. La puissance nécessaire pour vaincre la résistance est le produit de la force de résistance par la vitesse ; elle est donc proportionnelle au cube de la vitesse. Augmenter la vitesse de 25% peut presque doubler la demande adressée à la pompe à carburant. Produire plus de puissance signifie brûler plus de carburant par minute - voilà le fondement mathématique de la montée raide de la courbe de consommation.

Concrétisons avec des chiffres. Selon les recherches, dans une voiture roulant à 90 km/h, la force de résistance aérodynamique dépasse le double de la résistance au roulement. Vers 100 km/h, 80% de la résistance totale d'une voiture de taille moyenne vient déjà de l'air. De 30 à 50% de l'énergie du carburant part uniquement dans les pertes aérodynamiques. Alors que la part de l'aérodynamique dans la consommation est d'environ 20% en cycle urbain, elle monte à environ 50% en cycle autoroutier - le paradoxe étant que ralentir sur autoroute permet d'économiser bien plus qu'en ville. Une réduction de résistance de 10% améliore l'économie sur autoroute d'environ 5%, mais seulement d'environ 2% en ville.

110 ou 90 ? Quel est le point d'équilibre de la vitesse de croisière efficace ?

La confrontation des deux forces crée un point culminant sur la courbe vitesse-efficacité. À très basse vitesse, le problème n'est pas aérodynamique mais mécanique : comme vous restez sur un rapport bas, vous tournez à haut régime par kilomètre, et la charge des accessoires ainsi que les frictions internes pèsent proportionnellement plus lourd. À haute vitesse, c'est la résistance de l'air au carré qui écrase tout. La vitesse de croisière efficace est la bande où ces deux pertes se croisent.

Selon la fiche de données du ministère américain de l'Énergie, les voitures à essence de milieu de gamme atteignent leur meilleure efficacité vers 55 mph (≈88 km/h) région ; sur les diesels, le rendement commence à baisser progressivement à partir de 45 mph. À 65 mph, on perd environ 8 % de rendement, et à 80 mph environ 28 %. Comparé à un véhicule qui maintient la même vitesse, un véhicule roulant à 65 mph au lieu de 55 consomme jusqu'à 15 % de carburant en plus. La différence entre 110 km/h et 90 km/h tombe précisément sur cette courbe raide : le moteur qui roule à 110 n'est pas seulement plus rapide, il consomme nettement plus d'énergie chaque heure en raison de la demande de puissance accrue due au frottement aérodynamique.

Un véhicule moderne, en charge légère à une vitesse de croisière de 100 km/h, est physiquement dans la zone de rendement optimal s'il tourne 1300–1800 tr/min en rapport le plus élevé. Le problème n'est pas que le régime reste le même en passant de 90 à 110 ; c'est qu'à régime identique, davantage de carburant est injecté à chaque allumage de cylindre pour vaincre la résistance qui croît avec le carré de la vitesse.

Pourquoi la vitesse la plus efficiente n'est-elle pas la même pour chaque véhicule ?

Le seul facteur déterminant la vitesse de croisière efficiente n'est pas la lutte contre l'air. Le caractère du véhicule - rapports de boîte, rapport de pont différentiel et cartographie de rendement du moteur - déplace ce point. C'est pourquoi des règles générales comme « la vitesse idéale pour tous est 90 » ne collent pas parfaitement aux données.

Nombre de rapports et étalement des ratios

Le rôle de la boîte de vitesses est de maintenir le moteur dans sa zone de fonctionnement efficiente le plus longtemps possible. Plus le nombre de rapports augmente et plus l'étalement des ratios s'élargit, plus le moteur tourne à bas régime, dans une cartographie efficiente, même à vitesse élevée. Une automatique à sept ou huit rapports peut rouler à 110 km/h à un régime plus bas que celui d'un véhicule à six rapports sur sa cinquième. Les boîtes CVT, au lieu de changer de rapport, trouvent en continu le ratio optimal pour la puissance demandée, offrant un avantage similaire. Avec un rapport de 1:1, le meilleur rendement est également obtenu lorsque le moteur reste dans sa plage de couple - autrement dit, l'efficacité n'est pas seulement une question de bas régime, mais de la relation entre régime, vitesse et plage de couple.

Caractère du moteur et cartographie de rendement

Chaque moteur possède sa propre carte BSFC - consommation spécifique de carburant au frein - ; c'est une carte de contours montrant dans quelle combinaison régime-charge le moteur produit le plus de travail avec le moins de carburant. Une augmentation de vitesse peut déplacer le moteur vers une zone plus efficiente de cette carte, mais aussi vers une zone moins efficiente. C'est pourquoi l'hypothèse d'un « rendement moteur constant » est généralement invalide. Les diesels, grâce à leur caractère produisant un couple élevé à bas régime, tracent un profil différent de celui des essence sur les courbes rendement-vitesse : leur baisse commence plus tôt mais est plus douce. Les recommandations de passage de rapport diffèrent pour la même raison - sur un diesel, il est logique de passer 1500–2000 tr/min, et sur un essence 2000–2500 tr/min environ.

Surface de traînée : chaque détail, du pare-chocs à la carrosserie

Même une même amélioration aérodynamique donne des résultats très différents d'un véhicule à l'autre. Le gain en pourcentage sur un véhicule à fort coefficient de traînée (par exemple passer de 0,50 à 0,40) est plus important qu'une amélioration similaire sur un véhicule déjà aérodynamique (de 0,25 à 0,20). La même amélioration peut apporter 5 % d'économie à 80 mph, mais chuter à 3 % à 60 mph et à 1 % à 50 mph. La vitesse optimale d'un véhicule lourd, au coffre cubique et aux rapports courts ne peut pas être la même que celle d'une berline basse aux rapports longs.

Comment trouver la vitesse de croisière efficace de votre propre véhicule ?

Ce qui compte, ce n'est pas la donnée d'usine, mais le caractère réel de votre véhicule. Pas besoin de laboratoire pour le découvrir ; quelques pleins et une observation systématique suffisent.

  • Observez à quelle vitesse le véhicule se stabilise en vitesse de croisière sur le rapport le plus élevé : Sur une boîte automatique, surveillez l'indicateur orange (le rapport engagé) à vitesse constante ; sur une boîte manuelle, trouvez la vitesse constante minimale à laquelle vous pouvez passer le rapport le plus élevé. Si le moteur 1500-2000 tr/min tourne sans à-coups dans cette plage, vous êtes dans la bonne zone.
  • Mesurez la consommation moyenne par palier de vitesse : Sur un trajet fermé à la circulation, plat et sans vent, roulez successivement à 90, 100 et 110 km/h avec le régulateur de vitesse ; parcourez au moins 20-30 minutes à chaque palier et notez la moyenne de l'ordinateur de bord.
  • Intégrez aussi le temps dans le calcul : Passer de 90 à 110 peut augmenter la consommation de 20 à 30 % mais réduit à peine votre temps d'arrivée. Prenez en compte le coût horaire de la perte d'autonomie.
  • N'essayez pas de descendre trop bas en régime : Si le régime est anormalement bas, le moteur vibre, vous devez accélérer davantage et vous perdez ce que vous avez gagné. "Le régime le plus bas signifie toujours la consommation la plus faible" est une idée fausse.

Techniques de conduite qui réduisent la consommation sur longs trajets

Rouler à la vitesse optimale, c'est la moitié du travail ; le profil de vitesse est tout aussi déterminant que la vitesse. Sur autoroute, les fluctuations constantes de vitesse et les accélérations brusques peuvent augmenter la consommation de carburant jusqu'à 30 %. Le régulateur de vitesse est le moyen le moins cher d'éliminer ces fluctuations sur les trajets plats. De plus, sur longue distance, rouler seulement 5 mph en dessous de la moyenne suffit pour une économie notable.

Les pneus sont une variable silencieuse mais efficace. Une pression des pneus de 50 kPa inférieure à la valeur recommandée entraîne une perte d'efficacité d'environ 6 % en ville et d'environ 4 % sur autoroute ; d'autre part, une surgonflage réduit certes un peu la consommation, mais allonge la distance de freinage et raccourcit la durée de vie des pneus - la recommandation équilibrée est d'utiliser la valeur du constructeur. Les pneus à faible résistance au roulement peuvent réduire la consommation de 2,5 % à 50 km/h et de 6 % à 90 km/h ; cet écart grandit avec la vitesse car, bien que la part de la résistance au roulement dans le total diminue, l'énergie absolue gagnée à chaque palier de pression augmente. Retirez aussi les barres de toit et les coffres inutilisés : la charge sur le toit augmente directement la surface de traînée.

Quant à la technique de la pédale d'accélérateur : appuyer sur la pédale non pas à fond mais jusqu'à environ deux tiers, de façon linéaire, et ne pas prolonger inutilement l'accélération donne le meilleur résultat. Anticiper la route et ralentir en levant le pied tôt plutôt qu'en freinant permet aussi de gérer la vitesse sans dépenser la même énergie. En moyenne, une conduite économique disciplinée assure environ 15 % d'économie ; ce taux peut atteindre des valeurs bien plus élevées lorsqu'il est bien appliqué.

Pourquoi les valeurs du catalogue et de la pompe ne correspondent-elles pas ?

Les valeurs de consommation officielles sont passées du NEDC au WLTP ; la vitesse moyenne des tests WLTP est passée de 33,6 km/h à 46,5 km/h, soit un cycle devenu 38 % plus dynamique. C'est une amélioration réaliste - mais elle ne comble pas l'écart. Les analyses prévoient qu'après le WLTP, un écart d'environ 10 à 15 % subsistera entre les valeurs officielles et les valeurs réelles. À l'époque du NEDC, cet écart atteignait des niveaux ahurissants, jusqu'à 39 % ; 37 % pour l'essence et 38 % pour le diesel. Les véhicules hybrides sont le groupe qui profite le plus de cette optimisation ; le freinage régénératif récupère les pertes dans le trafic urbain, tandis que sur les cycles à haute vitesse, la part de l'aérodynamique dans les pertes peut monter jusqu'à 44 %.

Le résultat pratique est le suivant : la valeur du catalogue ne représente pas ce profil d'autoroute où vous roulez à 110 km/h, galerie chargée, climatisation allumée, luttant contre le vent. Déterminez votre consommation sur longue route avec votre propre mesure, et non avec le test systématique décrit ci-dessus.

Conclusion : Faites le calcul non pas sur la vitesse, mais sur l'équilibre

Il n'existe pas de réponse universelle à la question de 110 ou 90 km/h ; il existe une réponse variable selon le véhicule. La physique commune est la suivante : la plage de croisière efficace se situe pour la plupart des voitures à essence dans la zone de 88 à 100 km/h, pour les diesels une baisse progressive commence plus tôt, et le point optimal exact de chaque véhicule est déterminé par les rapports de boîte et la cartographie moteur. Un véhicule qui roule à un régime confortable sur le rapport le plus élevé, maintient une vitesse constante, a des pressions de pneus correctement réglées et est déchargé de toute charge au toit - quelle que soit la marque - est du bon côté de la courbe. Choisissez en connaissance de cause le prix payé à chaque heure de voyage effectuée à 110 km/h par le cube de la courbe de consommation.

Sources