Cet article va parler du design automobile et de ses contraintes. Depuis longtemps les voitures sont travaillées de façon intelligente, mais aussi afin d’apporter des solutions. Nous allons voir dans cet article comment tout cela est réfléchi.

Aérodynamisme

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Aujourd’hui, on voit des voitures plus élégantes les unes aux autres. Le travail des designers étant de les rendre sublimes mais pas seulement. Il faut savoir que la contrainte principale dans le design est de réfléchir, afin que la voiture ai un aérodynamisme optimal voir pousser ce dernier a son maximum.

Mais qu’est-ce que c’est exactement l’aérodynamique ?

L’aérodynamique est l’étude de la résistance dans l’air d’un objet, pour qu’il soit le mieux profilé possible. Ce principe est exclusivement applicable à des objets en mouvement, à des machines, à propulsion ou les installations en contact constant avec le vent.

Pour cet article, nous allons l’appliquer aux objets en mouvement.

L’air exerce une force sur un objet en mouvement, cela se traduit par une pression et des frottements.

Pour les plus courageux, en voici la formule :

Cx : coefficient de traînée Fx : force de la traînée ρ : la masse volumique V : vitesse de l'objet S : Surfaace de l'objet

L’élément le plus aérodynamique qui existe est la goutte d’eau en chute libre. Étant liquide, elle se profile au début de sa chute, pour atteindre un coefficient de trainée de 0.04 Cx. Sois le coefficient record atteignable par un objet.

Travailler l’aérodynamisme en automobile, permet d’optimiser l’écoulement d’un fluide autour de la voiture et permet de réduire le coefficient de traînée.

Comment rendre une voiture aérodynamique ?

Pour rendre une automobile la plus aérodynamique possible, il faudrait lui donner une forme de demi-goutte d’eau, ce qui pourrait faire tendre son coefficient de résistance à l’air vers 0.09 Cx. Mais cela est difficilement possible.

Tout d’abord, une voiture n’est pas totalement collée au sol, et elle comporte plusieurs éléments obligatoires tel que les rétroviseurs, les roues, les portières qui obstrue l’écoulement normal de l’air.

De plus, une voiture thermique à besoin de comburant afin d'effectuer la combustion qui permet à l’automobile de fonctionner. Pour cela, il faut placer des entrées d’air, qui peuvent être à différents endroits selon la place du moteur. Cela crée une grosse contrainte et augmente la résistance aérodynamique en divisant l’air qui sera projeté sur l’automobile.

La portance est aussi un élément qui affecte ce paramètre. La portance est une force qui s’exerce verticalement et vers le haut, ce qui soulèvera la voiture avec la vitesse. C’est un paramètre essentiel dans l’aéronautique, car cela permet à l’avion de décoller et de pouvoir planer.

La portance doit être adapter pour ne pas faire décoller la voiture, mais elle permet, quand celle-ci est bien géré, de réduire la consommation d’essence, l’usure des pneus, mais aussi d'améliorer la maniabilité de l’automobile et son accélération, car l’automobile sera moins plaqué au sol.

Une portance trop haute rendra l’automobile ingérable et se soulèvera à la moindre déformation de la route. Cette portance est régulée par plusieurs éléments sur une voiture : les différents ailerons, les jupes latérales ou encore les diffuseurs.

Cette vidéo, montre bien le travail effectué sur la portance de la voiture en circuits et les conséquences que cela peut avoir si ce paramètre est mal gérer :

Sur les automobiles sportives, on peut très bien voir le travail sur l’aérodynamisme effectué par les constructeurs. Pour augmenter l’aérodynamisme, tronqué à cause des différentes contraintes cités, les ingénieurs ont intelligemment pensé les différents éléments qui permettent de réguler la portance de la voiture.

Dans le cadre de ces automobiles, tout le travail aérodynamique est effectué pour améliorer l’accélération et la vitesse maximale de l’automobile.

Sur les voitures de tourisme (citadine, SUV, berline, limousine, …), le travail aérodynamique se voit beaucoup moins. Les traits de l’automobile étant plus basés sur des critères esthétiques, il ne faut pas négliger le travail aérodynamique mis en place afin que l’automobile consomme moi d’essence comme de pneumatique.

Des prototypes sont pensés, pour le futur, poussant l’étude de cette science à son maximum. Le prototype qui détient le record provient de Mercedes : le Concept IAA, avec un coefficient de traînée de 0.19.

Ce résultat est possible, grâce à une carapace arrière extensible, qui vient accompagner le flux d’air. Énormément d’éléments ont été travaillés, jusqu’aux portières, pour arriver à ce chiffre. Voici la vidéo du prototype :

Avant d’être construite, et pour tester leur aérodynamisme, le modèle de la voiture est faite en argile. Celui-ci est testé en soufflerie : une salle diffusant des traînées de fumé, afin de faire ressortir l’écoulement de l’air sur l’automobile ainsi que son coefficient de traînée.

Verrons-nous un jour une voiture à la forme d’une demi-goutte d’eau ?

Rien n’est encore sûr. Beaucoup d’avancées technologique permettent d’y arriver, comme par exemple les moteurs électriques qui demandent moins d’entrée d’air.

Matériaux

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Les matériaux utilisés dans l’automobile sont primordiaux, ils peuvent changer radicalement le poids de l’automobile.

Les premiers matériaux utilisés étaient la tôle d’acier. Celui-ci était lourd et pas assez pratique pour travailler les formes aérodynamiques.

Doucement, l’aluminium est venu prendre sa place. Ce matériau est connu pour être bien plus léger, il permet de donner plus de formes et peut se recycler rapidement. L’aluminium permet plus de sécurité, en ayant la particularité de se tordre plus facilement lors d’un choc, alors que la taule avait tendance à casser.

Aujourd’hui, pour les différents pare-chocs d’une voiture, on utilise de la fibre de verre qui permet de mieux amortir les chocs.

Dans le monde de l’automobile sportif, on utilise autres choses encore. Le carbone, un matériau qui a coût élevé, car provenant du domaine aérospatial et sont encore assez nouveau dans le monde automobile. Les premières voitures totalement faites en carbone date de 2010, avec McLaren, Koenigsegg et Pagani.

Avant, il existait des automobiles de circuit possédant des éléments en carbone. Le carbone à l’avantage d’être très léger. Par exemple, les jantes, entièrement faites de carbone, d’une Koenigsegg Regera pèsent seulement 7 Kg contre une vingtaine de kilos sur des jantes en aluminium. Ceci permet d’avoir un meilleur rapport poids/puissance qui améliorera les accélérations.

Aujourd’hui, il existe des voitures comprenant le réservoir dans leurs châssis, cela évite de crée une pièce en plus afin de le fixer. Cela est surtout un paramètre de sécurité, évitant le détachement du réservoir lors d’un choc.

L’élégance

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Ce qui est recherché dans une voiture est l’élégance, mais surtout des éléments que l’on ne retrouvera pas autre part. Tous les petits éléments possibles sont déterminants. Dans les éléments les plus travaillé on retrouve la calandre avant et les différents feux. Sur certaines voitures, la face avant doit donner l’air agressive dans ce style on peut nommer BMW qui joue de leurs blocs optiques pour donner cet effet.

Les plus petits éléments font la différence sur le design. Encore chez BMW les petits détails ce voient jusqu’au rétroviseur ayant deux branches pour se démarquer des autres constructeurs.

Dans l’élégance, la marque Pagani est passé maître dans le domaine en ayant comme philosophie que chaque voiture soit une œuvre d’art. Le fondateur de la marque, Oracio Paganie est d’ailleurs un admirateur de toutes forme d’art.

Conclusion

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Aujourd’hui, le design automobile est très important et il fait l’image de la marque. Chacune des marques se reconnais par leurs choix stylistiques : on reconnaîtra au premier coup d’œil une Lamborghini.

Mais ces choix stylistiques sont contraints par facteurs : l’aérodynamique et la portance. Le design de l’automobile ce n’est pas que sa forme, mais aussi les matériaux qu’elle utilise.

Finalement, il sera très compliqué d’avoir une voiture qui un jour remplira tous les critères, pour atteindre l’aérodynamisme d’une goutte d’eau. Il sera possible de s’en approcher à la façon de Mercedes-Benz et cela se décidera au moment où le pétrole commencera à se faire rare.

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Sources

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Wikipédia

La Fiche Auto

Universalis

Shmee150 - Youtube

Crédits images

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Image d'intro - Mon dessin

Formule Cx - Coefficient de traînée - Wikipédia

Formes aérodynamique Aérodynamique automobile - Wikipédia

Mercedes : Concept IAA Wikipédia Médias

Ancienne voiture MaxPixel

Carbon CreaPark - PixaBay

McLaren P1 Falcon Photography - Flickr

Avant et côté latéral de Bmw M4 : Photos prises par moi mêmes