A la recherche de la forme parfaite

1. Comparaison de différentes formes

Le coefficient de traînée change en fonction des différentes formes. Dans le tableau suivant on peut voir plusieurs formes basiques accompagnées de leur coefficient de traînée (Cx) :

Grace aux essais en soufflerie et aux recherches réalisées par des scientifiques, on remarque que la forme la plus aérodynamique est celle de la goutte d’eau, elle possède le meilleur Cx atteignant 0,04. Celui-ci est l’objectif des constructeurs automobile.

On remarque que plus la forme est profilée, plus son Cx est faible. On sait que

la balle de golf a un meilleur coefficient de trainée qu’une simple sphère. Les

alvéoles d’une balle de golf engendrent une baisse de la résistance à l’air, ce

qui va faire diminuer la trainée de l’objet.

Pour une émission télévisée , une expérience a permis "d'alvéoler" une voiture Opel calibra. En effet la voiture a été entièrement recouverte d’une couche d’argile, dans laquelle ont été creusées des alvéoles. Malgré le poids supplémentaire de la couche d’argile, les alvéoles dans la carrosserie ont permis une baisse de consommation de carburant d’environ 11%, lors d’essais du véhicule sur ligne droite.

Pourquoi alors ne pas "alvéoler" les carrosseries des voitures ?

Pour deux raisons essentielles au niveau industriel :

La première, concernant la difficulté de l’emboutissage des tôles de carrosserie et la deuxième, relative au temps de fabrication du véhicule devenu trop important.

D'autre part, ce gain de consommation obtenue uniquement sur ligne droite dans l’expérience, peut-être atteint par d’autres moyens plus simples et utiles sur tous types de déplacement, tel qu’en allégeant le véhicule.

De plus, cette forme singulière est susceptible de ne pas plaire aux acheteurs potentiels.

2. Quelle doit être la forme de la carrosserie idéale ?

a. Arrière de la voiture

La forme arrière d’une voiture influence considérablement sur son aérodynamisme du fait des turbulences générées. C’est à cet endroit que les flux d’air sont susceptibles de se décoller de la carrosserie. Plus les flux d’air

se décollent de la carrosserie, plus la traînée est importante. La forme parfaite pour

l’arrière d’une voiture est en théorie « l’arrière de Kamm ». D’après Wunibald Kamm, ingénieur,

aérodynamicien et dessinateur automobile allemand du vingtième siècle, il faut faire baisser

l’architecture du véhicule à partir de la moitié arrière de son maître-couple afin que l’écoulement

de l’air se fasse sans perturbation. La descente du toit est également à prendre en compte, des

études ont démontré que la traînée est moins importante lorsque l’inclinaison de la carrosserie

est de 12 degrés.

b. Avant de la voiture

Environ 11% du Cx est représenté par la partie avant du véhicule. Huit de ces 11% sont engendrés par le fait que l’air rentre dans la calandre de la voiture qui va exercer une pression aérodynamique sur les parois du radiateur, du moteur et des conduits permettant à l’air de sortir du compartiment moteur.

Les 3% restants sont dus à la rupture de la pente au niveau de la calandre qui va ensuite engendrer l’apparition de structures tourbillonnaires.

c. Coté de la voiture

Les flux d’air latéraux peuvent générer des vortex, également appelés "écoulements tourbillonnaires". C’est la zone d'un fluide dans laquelle l'écoulement est principalement un mouvement de rotation autour d'un axe. Ce phénomène est nuisible à l’aérodynamisme du véhicule. Le dessin des arrêtes latérales doit donc être pris en compte pour améliorer la traînée d’un véhicule.

Les roues et les garde-boues sont également à prendre en compte dans les formes aérodynamiques puisqu’ils représentent de 15 à 20% de la traînée totale.

Des zones de turbulence sont créés autour de la roue lorsque celle-ci est en rotation. Afin d’y remédier, il suffit de caréner les roues et de réduire la cavité dans le garde-boue. Les roues de nos véhicules actuels ne sont pas carénées par simple gout esthétique.

La forme irrégulière des enjoliveurs ou des jantes, peut poser problème. En effet, même si cela donne un côté esthétique et sympathique, cela entraîne une perturbation de l’écoulement de l’air à ce niveau. Certains prototypes actuels ont des jantes pleines afin de remédier à ce problème.

d. Bas de la voiture

Le soubassement des véhicules représente quant à lui jusqu’à 30% de la trainée totale du véhicule en raison des différents éléments mécaniques pouvant gêner l’écoulement de l’air. Afin d'y remédier, la hauteur des véhicules est diminuée ou comme pour les roues les soubassements sont carénés.