Couple de serrage : Quelle différence avec les chevaux ?

Qu’est-ce qui est le mieux ? Voici comment annuler le débat de la soirée au bar.

Lucas C, qui ne s’est jamais attardé sur les caractéristiques des moteurs, aurait conclu que le couple et la puissance sont la même chose, mais qu’ils sont différents. En fait, cette simplification est en partie correcte.

Le couple et la puissance sont ce que les moteurs produisent lorsque vous tournez la clé et appuyez sur l’accélérateur. L’air et le carburant enflammés dans les chambres de combustion font tourner le vilebrequin, la transmission et les essieux moteurs. C’est le miracle de la conversion de l’énergie : l’énergie potentielle contenue dans un gallon de dinosaure recyclé se transforme efficacement en énergie cinétique nécessaire à la conduite. Cliquez ici pour en savoir plus.

Pour aller plus loin, consultez ces définitions de manuels :

L’énergie est la capacité de faire un travail. Dans ce cas, les moteurs effectuent la corvée (travail) autrefois effectuée par les chevaux.

Le travail est le résultat d’une force agissant sur une certaine distance. Aux États-Unis, l’unité de mesure du travail (et aussi de l’énergie) est le pied-livre. Dans le système international (SI), le travail est mesuré en joules et, dans de rares cas, en newton-mètres.

Le couple est une force de rotation produite par le vilebrequin d’un moteur. Plus un moteur produit de couple, plus sa capacité de travail est grande. La mesure est la même que celle du travail, mais légèrement différente. Comme le couple est un vecteur (agissant dans une certaine direction), il est quantifié par les unités livre-pied et newton-mètre.

Bien sûr, il y a toujours une exception. Dans ce cas, la distinction est le couple statique, celui que l’on applique avec une clé pour serrer les boulons à tête. Pour éviter toute confusion, les unités pour le couple statique sont traditionnellement les pieds-livres. Au contraire, le SI s’appuie sur des newton-mètres pour les mesures de couple statique et dynamique.

La puissance est la rapidité avec laquelle le travail est accompli. L’inventeur écossais du XVIIIe siècle, James Watt, nous a donné cette équivalence pratique : un cheval-vapeur est la puissance nécessaire pour soulever 14 tonnes exactement un pied en une minute. En hommage à cette contribution, l’unité de mesure SI de la puissance est le kilowatt.

Pour en revenir au théorème de Berra, le couple est la capacité à effectuer un travail, tandis que la puissance est la vitesse à laquelle une tâche ardue peut être accomplie. En d’autres termes, la puissance est la vitesse à laquelle le travail (ou l’application du couple) est accompli dans un laps de temps donné. Mathématiquement, la puissance est égale au couple multiplié par le nombre de tours/minute. H = T x rpm/5252, où H est la puissance, T est la livre-pied, rpm est la vitesse à laquelle le moteur tourne, et 5252 est une constante qui fait que les unités s’embardent. Ainsi, pour produire plus de puissance, un moteur doit générer plus de couple, fonctionner à un régime plus élevé, ou les deux.

Si les définitions des vignettes sont parfaites pour les manuels, les appliquer à de vrais moteurs est une autre affaire. L’une des préoccupations est que chaque moteur de voiture a une plage de fonctionnement du ralenti au ralenti. Par exemple, le V-8 Hellcat de 6,2 litres de la Dodge Challenger produit 707 chevaux à 6000 tr/min SEULEMENT. Il produit beaucoup moins de puissance au ralenti (juste assez pour faire tourner les accessoires entraînés par le moteur) et un peu moins de 700 chevaux-vapeur à la ligne rouge de 6200 tr/min. Et il fournit son couple maximal de 650 livres-pieds UNIQUEMENT à 4000 tr/min.

Un autre problème consiste à quantifier avec précision la puissance et le couple d’un vilebrequin en rotation. L’outil nécessaire à cette tâche est un dynamomètre de moteur. Bien que ce mot signifie « appareil de mesure de la puissance », en pratique, le couple et le régime du moteur sont mesurés et sa puissance est calculée à l’aide de la formule citée ci-dessus.

Les dynamomètres à courants de Foucault utilisent un champ magnétique pour transférer le couple du vilebrequin en rotation à un bras de levier qui s’appuie sur un dynamomètre statique (appelé cellule de charge) situé à une distance précise du centre de la manivelle. L’autre type de dynamomètre couramment utilisé est un frein à eau ; il utilise un ensemble d’aubes de pompe tournantes et statiques pour transmettre le couple du vilebrequin à la cellule de charge par l’intermédiaire d’un bras de levier.

Le moteur parfait produit un couple important à bas régime et maintient ce couple jusqu’à la ligne rouge. La quantité de couple produite est directement proportionnelle à l’air qui circule dans le moteur. Les gros moteurs pompent plus d’air et, par conséquent, produisent plus de couple. Les surpresseurs – suralimentation, turbocompresseurs – fournissent de l’air supplémentaire pour aider les petits moteurs à fonctionner à plein régime. Bien sûr, des quantités appropriées de carburant doivent être fournies aux chambres de combustion, mais c’est la partie la plus facile, surtout avec l’injection à commande électronique.

Pour compenser la facilité d’injecter la bonne quantité de carburant, les concepteurs de moteurs doivent faire face à plusieurs tâches difficiles. L’une d’entre elles consiste à rendre tous les composants suffisamment résistants pour supporter les charges auxquelles ils sont soumis par la pression de combustion et, dans le cas des pièces mobiles, leur propre inertie. Les besoins en refroidissement et en lubrification sont à peu près proportionnels à la puissance produite. Et c’est en pompant de l’air dans, à travers et hors de n’importe quel moteur à très haut régime que l’ingénierie devient une forme d’art. L’efficacité énergétique et la propreté des gaz d’échappement font partie de l’équation de développement et il est clair que les assistants en moteur traînent rarement devant le refroidisseur d’eau.

À ce stade de la discussion, il devrait être clair que le couple et la puissance sont comme des frères et sœurs séparés ; ils sont étroitement liés mais n’ont pas grand chose en commun. Mais qu’en est-il de la question morale plus importante à laquelle est confrontée l’humanité en général et les passionnés d’automobile en particulier : Qu’est-ce qui est le mieux ?

Nous répondrons à cette question en des termes que Lucas C apprécierait. Dans un match de base-ball, si le couple est analogue à celui du receveur, alors la puissance est celle du lanceur. Les deux sont nécessaires pour jouer au base-ball, mais les responsabilités du lanceur – qui déterminent la vitesse et la trajectoire de chaque balle lancée – régissent le jeu. Le couple est vital pour le fonctionnement de chaque moteur, mais c’est la puissance qui distingue un bon moteur d’un bon moteur.