Capsule mécanique: Puissance versus Couple

Pour ma capsule mécanique d'aujourd'hui, je fais une petite pause. Normalement, je vous parlerais des systèmes d'injection d'essence, mais j'ai plutôt décidé de vous expliquer la différence entre le couple moteur et la puissance moteur. Étant donné que j'utilise souvent ces deux termes, je me suis dit que ce n'est peut-être pas tout le monde que sait faire la différence entre les deux. Et ceux qui savent ne sont peut-être pas au courant de l'effet que ces données peuvent avoir sur les performances. Alors sans plus de chichi on y va pour le petit cours d'aujourd'hui.

Le couple

Non vous êtes pas dans un cours de psychologie bonbon au Canal Vie. Vous allez me dire, ben c'est quoi alors le couple? En fait c'est une mauvaise traduction du mot anglais ''torque''. Torque en anglais signifie le résultat d'une force x agissant sur un levier y pour faire pivoter autour d'un axe une masse z. En plus clair c'est la force nécessaire pour déplacer une masse quelconque d'une certaine distance, mais toujours dans un mouvement rotatif. Vous comprenez pas? On va y aller avec l'unité de mesure utilisé. Quand on parle de couple, l'unité de mesure utilisé est le lb-ft ou livre par pied. C'est-à-dire qu'en appliquant une force de 1 lbs sur une poulies de 1 pied de rayon, on peut lever un poids égale à la force appliqué d'une hauteur de 1 pied. En fait, c'est la mesure impérial, en système métrique on parle plutôt de m-kg ou N-m, mètre-kilogramme ou Newton-mètre. Peu importe les unités de mesures utilisés, le principe reste toujours le même.

On ramène ça dans le domaine automobile. Dans un moteur à combustion interne la force développée par le moteur se transmet de façon rotative. Donc un moteur qui a un couple maxi de 100 lb-ft peut théoriquement faire tourner une masse de 100 lbs au bout d'un levier de 1 pied. Imaginons que le tout est directement transmis à une roue et que cette roue a un diamètre de 1 pied. On divise par deux pour avoir le rayon, 1/2 pied, et on divise la force par deux aussi. On a donc 50 lb-ft de couple qui peuvent faire avancer la voiture, évidemment ce n'est pas suffisant. C'est pourquoi on a une transmission qui multiplie la force que le moteur produit. Le couple transmis aux roues peut ainsi être de 12 à 15 fois supérieur à ce que le moteur produit, tout dépendant des rapports d'engrenage. Je reviendrai sur les rapports d'engrenages ou de vitesses dans une future capsule sur les transmissions. Donc, cela revient à dire que notre moteur développant 100 lb-ft peut appliquer une force de 1 200 à 1 500 lbs sur les roues de la voiture une fois passé au travers de la transmission, ce qui, dépendant du poids de la dite voiture, est amplement suffisant pour la déplacer.

En résumé, le couple est en fait la force du moteur, le travail qu'il peut accomplir. Cette force influe directement sur les capacités d'accélération de la voiture. On pourrait dire que ce qui fait avancer votre voiture à partir de l'arrêt est le couple du moteur, mais ce ne serait pas tout à fait vrai. Continuez à lire plus bas, je vous explique.

La puissance

Par définition la puissance est le travail effectué divisé par une unité de temps. C'est donc le taux auquel le couple est produit. En d'autres termes, plus la puissance est élevé plus le couple maximum produit par le moteur pourra être appliqué rapidement. Dans le domaine de l'automobile l'unité de mesure la plus souvent utilisé est le Hp ou en bon français le CV. Hp pour Horsepower et CV pour chevaux-vapeur.

C'est James Watt qui inventa cette unité de mesure à la fin du 17ième siècle. Il avait besoin d'une unité de comparaison pour vendre ces machines à vapeur aux fermiers et industriels qui utilisait des chevaux pour effectuer la même tâche que sa machine. Dans sa théorie, Watt affirme qu'un cheval en santé peut soulever une masse de 180 lbs à l'aide d'une poulies de 12 pied de rayon 144 fois par heure. Alors, en partant de là on va faire un peu de mathématique.

La formule pour la puissance est la suivante:

puissance = travail / temps = force x distance parcourue / temps

Donc:
puissance du cheval = 180 lb x ( 2.4(nombre de levée par minute) x 2pi x 12 pied ) / 1 minute = 32 572 lb-ft / minute.

Donc 1 Hp est égale à une puissance de 32 572 lb-ft/min. En fait, c'est pas tout à fait vrai. Watt a arrondis le tout à 33 000 lb-ft/min ou 550 lb-ft/s .

La relation entre la puissance et le couple.

Là c'est le bout un peu plus compliqué. On va essayer de faire ça simple. En gros, pour une auto de la même masse, plus la puissance sera élevé plus l'auto accélèrera rapidement. Vous vous souvenez que je vous disais plus haut que c'était le couple qui faisait bouger la voiture. C'est vrai, sauf que pour qu'un moteur produise 1 lb-ft il doit tourner. Qu'est ce que la définition de la puissance. C'est la force x une distance (lb-ft) divisé par le temps. Ça revient donc à dire qu'on ne peut absolument pas séparé le couple et la puissance. Les deux sont reliés ensemble. C'est la face verso et recto d'une même pièce. La seule chose que l'on peut faire c'est regarder la courbe de couple et de puissance et prédire un peu le comportement de la voiture.

On va prendre un exemple réel. Voici les données du moteur de la Mazda 3 2010. Le moteur développe 148 Hp à 6 500 tr/min. et 135 lb-ft à 4 500 tr/min. Donc en regardant ça, je peux vous dire que la voiture devrait accélérer normalement. Par contre, on peut voir aussi que pour avoir le maximum d'accélération on devra faire tourner le moteur assez rapidement puisque la puissance et le couple maximum s'obtiennent à haut régime.

On va comparer le tout avec une concurrente de la Mazda 3 soit la Volkswagen Golf 2010. Son moteur développe 170 Hp à 5 700 tr/min. et 177 lb-ft à 4 250 tr/min. Évidemment, la Golf accélérera plus rapidement que la Mazda, mais on peut aussi déduire qu'on devra moins faire monter les régimes moteurs pour la faire accélérer aux même taux que la Mazda. On a plus de couple (177 lb-ft contre 135 lb-ft) et on peut l'appliquer plus rapidement (170 Hp contre 148 Hp). Les données de la Golf me font aussi dire qu'on pourra remorquer une plus grandes charges que la Mazda parce que son couple est plus élevé. Donc, je vous prouve ma théorie à l'instant. Les données constructeurs pour la Mazda 3 donne un 0-100 km/h en 8,0 secondes, tandis que la Golf fait le même exercice en 7,8 secondes. La Golf peut remorquer un maximum de 1 300 kg tandis que la Mazda peut tirer 900 kg. Bon gardons ça en tête et on compare la Golf à un autre véhicule.

Le Ford F-450 a un V8 de 6,4 L qui développe 325 Hp à 3 000 tr/min. et 625 lb-ft à 2 000 tr/min. On a plus de trois fois le couple de la Golf et presque deux fois plus de puissance. Normalement, le Ford devrait accélérer plus rapidement que la Golf. Pourtant ce n'est pas le cas. Bien qu'il produise plus de couple, il le produit 2 250 tr/min. plus bas que la Golf. Le moteur est donc construit de façon à fournir sa force, son couple à bas régime pour être capable de remorquer de lourde charge. Pour accélérer rapidement le couple doit être produit à haut régime due aux fonctionnement des transmissions moderne. De plus, avec le F-450 la puissance aussi est produit à bas régime, donc plus on monte en révolutions plus notre moteur ''s'essouffle''. Le F-450 passe de 0 à 100 km/h en 10,6 secondes, mais peut remorquer une charge de 10 900 kg. On continue avec notre Golf.

La Honda S2000 a un 4 en ligne qui développe 237 Hp à 7 800 tr/min. et 162 lb-ft de couple à 6 800 tr/min. Elle a donc un peu moins de couple que la Golf. Si le couple n'était que le seul et unique facteur pour déterminer l'accélération, la Golf accélérerait plus rapidement que la S2000, pourtant ce n'est pas le cas. La S2000 fait le 0-100 km/h en 5,2 secondes soit presque 2 fois plus rapide que la Golf. Pourquoi? Son moteur produit 67 Hp de plus, il peut donc produire son couple plus rapidement.

Donc, il est clair qu'on ne peut pas séparer les deux données. Par contre, en les comparant on peut en apprendre beaucoup sur le comportement de la voiture. Évidemment, quand on parle d'accélération il y a deux autres facteurs très importants. Le poids de la voiture et la transmission. Je crois que je n'ai pas besoin d'expliquer l'effet du poids sur la voiture. Pour ce qui est de la transmission tout dépend des rapports de vitesse. Ce sera le sujet d'un futur article, mais je vais quand même dire que la transmission peut changer beaucoup les valeurs de couples qui sont appliqués aux roues. En clair, la transmission peut faire accélérer plus vite ou plus lentement une voiture qui aurait un moteur qui ne le lui permettrait pas autrement. J'espère que tout le monde a bien compris, sinon servez vous de la boîte commentaire pour poser vos questions. Pour ce qui est de la façon d'avoir plus de couple ou plus de puissance dans un moteur ce sera aussi le sujet d'un futur article.