C'est dans l'air


Nous n'allons pas nous assommer avec le langage hyper technique des aérodynamiciens : le Cx, le sCx, la traînée, la portance, la résistance au roulement, l'appui, le délestage, la dépression, l'aérodynamique interne ... Mais, si vous mettez votre main à la fenêtre de votre voiture en mouvement, vous allez sentir dessus une terrible poussée et mieux comprendre la résistance que doit subir votre auto pour déchirer ce fluide afin de se mouvoir. En plus de la résistance à l'avancement que nous percevons bien, d'autres facteurs s'ajoutent. Il y a la résistance d'origine pneumatique, celle d'origine mécanique, et évidemment l'inertie des masses en mouvement. Nous allons néanmoins nous intéresser seulement au Cx.

Cx de 0,80 !

Les initiales Cx désignent le coefficient de pénétration dans l'air. En théorie, plus il est faible, meilleure est l'aérodynamique de la voiture qui va plus vite tout en consommant moins. Hélas, ce n'est pas aussi simple car de nombreux paramètres s'ajoutent à celui-ci en particulier son volume ou si vous préférer sa projection frontale générant le sCx, produit du Cx avec le maître couple. Contrairement à ce qu'on croit, la majorité de la puissance d'une voiture ne sert pas à mouvoir celle-ci mais à pénétrer l'air. D'où l'importance de la science de l'air.

La résistance de l'air croit avec le carré de la vitesse. La preuve ? Sur les Formule 1 qui dépassent les 900 ch et tutoient les 350 km/h, gagner 20 km/h en pointe exige pratiquement 100 ch supplémentaires. Pourtant ces malheureux 100 ch permettent de rouler déjà à près de 250 km/h. Bref, il faut 800 ch de plus pour ne gagner que 100 km/h supplémentaires !

Jusqu'au début des années 30, les automobiles aux formes dérivées des véhicules hippomobiles étaient hautes et carrées comme des briques avec des radiateurs verticaux et des phares saillants montés en bout d'aile. Il est vrai qu'en dessous de 70 km/h, l'aérodynamique ne joue pas un rôle essentiel. Mais poussée par l'aviation, qui a dû rapidement s'intéresser à cette science dès que les avions ont dépassé 200 km/h aux débuts des années 20, les constructeurs automobiles ont commencé à s'en inspirer. Ceci dit, un avion ou une voiture ne se meuvent pas du tout dans les mêmes conditions de par la séparation des flux et la présence de la route pour l'automobile.

Déjà en 1921, on remarqua la naissance d'un drôle de voiture allemande baptisée Rumpler, du nom de son inventeur, aux formes aérodynamiques qui évidemment ne rencontra aucun succès, victime de ses lignes trop dérangeantes. Avec 0,43 seulement, elle avouait un Cx presque deux fois inférieur à ce qui existait alors, soit environ 0,80 à 0,90.


Rumpler - Source : http://www.autowp.ru


L'imagination débordante de Heer Rumpler

La première voiture de série aérodynamique fut certainement la fameuse Chrysler Airflow née en 1934 aux Etats Unis, et qui avait été testée en soufflerie. Son concepteur, Carl Breer, lui donna la forme inverse d'une aile d'avion en se disant que si une aile faisait voler un avion, l'inverse améliorerait au contraire la stabilité de la voiture en la plaquant au sol. Il n'avait pas tort. Las, victime de sa caisse jugée trop ronde, surtout de sa calandre inclinée qui choqua terriblement par rapport à la verticalité alors appréciée, la Chrysler Airflow fut un terrible échec commercial malgré ses qualités de confort et surtout de vitesse (155 km/h), poussant Chrysler à l'enlever de son catalogue dès 1937.


Chrysler Airflow, 1934, c'est avoir tort que d'avoir raison trop tôt

Cela dit, l'aérodynamique était dans l'air du temps. La mode allait jusqu'à caréner des locomotives à vapeur. Vers 1935, les pare brises s'inclinèrent doucement, les lignes s'adoucirent, les carrosseries se surbaissèrent. Mais il s'agissait seulement d'effets stylistiques et non d'une démarche technique née en soufflerie dont le nombre était encore très réduit.


Locomotive aérodynamique, extrait d'une publicité pour la Pennsylvania Railroad, années 40

Parmi les premières voitures françaises aux lignes aérodynamiques, citons la Traction Avant en 1934, puis la Peugeot 402 de 1935. Mais lorsque ces voitures aérodynamiques furent passées dans une soufflerie en peu plus tard, on se rendit compte qu'elles n'étaient pas très profilées. La Traction ne dépassait pas 0,60 et la 402 Peugeot atteignait 0,68. Tandis que la Coccinelle avec sa forme théorique idéale en demi-fuseau était proche de 0,50. Mais il y avait eu un certain progrès par rapport aux 0,70 des grosses berlines du début des années 30.


La Citroën Traction Avant, des débuts laborieux avant de devenir un mythe


La Peugeot 402, réponse sochalienne à la Traction de Javel

Aérodynamiques mais moches

Toujours grâce aux progrès de l'aviation, l'aérodynamique connut un regain d'intérêt au début des années 50. Mais peu de constructeurs disposaient d'une soufflerie fort coûteuse, et beaucoup se contentaient de passer une maquette à l'échelle dans un tunnel aérodynamique indépendant comme Eiffel. En fait, on constatait un grand écart entre une maquette au 1/5 ème en bois et une vraie automobile pourvue d'une entrée d'air de radiateur qui pouvait coûter plusieurs points de Cx, de poignées de portes, de joints dévastateurs de pare-brise, de rétroviseurs, et de roues avec des enjoliveurs. D'où la prudence à l'égard des chiffres du passé fréquemment cités dans les journaux. Par exemple, Panhard intéressé par l'aérodynamique dévoila le fameux prototype Dynavia au début des années 50, crédité à l'époque d'un époustouflant Cx de 0,17.


La Panhard Dynavia dont les formes sont inspirées du style aviation

Lorsque Peugeot testa réellement la Dynavia trente ans plus tard, il trouva une valeur plus mesurée de ... 0,27, mais tout de même exceptionnelle pour l'époque où la majorité des voitures ponton, certes beaucoup plus profilées que celles des années 30 à ailes séparées et phares rapportés, avouaient environ 0,50.

En fait, personne n'était passionné par l'aérodynamique en ce début des années 50. Cette science avait le vilain défaut d'imposer des lignes rondouillardes qui n'étaient absolument pas dans l'air du temps, avec un capot tombant et un arrière mou lié à des voies étroites pour ressembler à la forme idéale en matière d'aérodynamique : la goutte d'eau. C'est pourquoi seulement l'avionneur Saab s'y colla avec son premier modèle 92 crédité d'un excellent 0,32 au prix d'un physique très rébarbatif qui fut modifié sur le modèle de série.


La première brochure Saab

Il en fut de même pour l'Hotchkiss Grégoire française dévoilée en 1951, dotée d'une forme idéale de goutte d'eau, c'est à dire à proue large et poupe étriquée. Donnée pour un Cx de 0,25, c'est à dire autour de 0,35 en réalité, la Grégoire fut un cuisant échec commercial, de par son prix vraiment trop élevé et surtout en raison de son physique très ingrat, puisque les concepteurs songèrent même à greffer sur la mécanique une caisse de Frégate, un projet qui resta sans suite.


Hotchkiss Grégoire, avec l'ingénieur Jean Albert Grégoire

Seul Panhard rencontra un certain succès avec sa Dyna née fin 1953. Celle ci présentait un excellent Cx de 0,35. Grâce à ce coefficient de pénétration, avec 42 ch seulement, elle pointait à 127 km/h contre 115 pour une traction de 56 ch. Mais ce bon Cx fut sérieusement malmené sur la version PL 17 qui lui succéda en 1960, et surtout en 1963 avec une visière de lunette arrière catastrophique à cet égard déjà vue sur la Simca P60 dont l'aérodynamique était aussi moins performante que celle de la précédente Elysée.


Panhard Dyna, le dessin original


Panhard Dyna, l'oeuvre dénaturée

Ailerons stabilisateurs

La fameuse Citroën DS 19 de 1955 avouait un Cx d'une valeur de 0,36 environ donné à l'époque pour 0,31 par le constructeur. Un chiffre extraordinaire qui permettait à ce véhicule de rouler à 145 km/h avec seulement 75 ch SAE. Mais c'était au prix d'un capot plongeant, d'une absence de calandre, d'un avant massif lié à une voie arrière étroite, en fait la forme idéale de la goutte d'eau chère à tous les aérodynamiciens !


Citroën ID 19 de 1955, studio line ...

On oublie souvent de dire que l'esthétique de la DS qui est aujourd'hui une icône choqua beaucoup de monde lors de sa présentation. Mais elle était tellement en avance sur son temps qu'elle réussit à faire accepter son physique et même à l'imposer.

On peut penser que le Cx des voitures américaines était pitoyable avec leurs phares à visière générant de violents remous, leur épaisse et béante bouche verticale, leurs gigantesques ailerons. Il l'était certainement. Mais contrairement à ce que l'on croit, les américains passaient leurs carrosseries en soufflerie ce qui n'était pas le cas des Français, sauf Citroën et Panhard. En effet, pour combattre la dérive, force transversale qui tend à déporter une voiture latéralement, les Américains se servaient de gigantesques ailerons vus en particulier sur des Cadillac et autres Chrysler. Ces ailerons portant vers le ciel amélioraient notoirement la stabilité des voitures surtout par vent latéral. D'ailleurs, il ont été repris par les aérodynamiciens sur certaines voitures de course.


Cadillac 1958, un an avant de début de la fin

En Amérique, le petit constructeur Nash fut l'un des seuls à croire à l'aérodynamique sur son fameux modèle Airflyte passé en soufflerie. Ses roues avant totalement carénées, sa calandre réduite, ses flancs ronds, son carénage inférieur faisaient songer à une baignoire inversée qui manquait de légèreté du moins sur les premières génération. De ce fait, l'originale Airflyte rencontra un succès mitigé.


La Nash Airflyte, gonflée à l'hélium !

Il ne faut pas qu'une science soit à l'opposée d'une mode. Dans les années 50, les acheteurs désiraient d'épaisses calandres chromées et agressives en forme de gueule de requin. Bref, de l'anti aérodynamique primaire. Une calandre cachant une énorme prise d'air détruisait salement l'aérodynamique dont personne n'avait cure ... C'est grâce à sa petite calandre sans prise d'air que la 4 CV Renault avouait un Cx tout à fait honorable d'environ 0,42, contre 0,52 pour sa soeur la 2 CV victime de surcroît d'ailes et de phares rapportés, et d'une capote freinant la flux de l'air.


La Renault 4 CV et son joli minois

L'importance de la portance

En compétition en revanche, on se rendit vite compte que le profilage permettait d'accroître la vitesse. Déjà, dès les années 30, beaucoup de constructeurs avaient tenté de caréner avec plus ou moins de bonheur leurs monoplaces. Mercedes fit sa rentrée en fanfare en 1954 en Grand Prix avec une Formule 1 carénée étudiée à des vitesses de pointe très élevées. Cette année là, Fangio domina le championnat du monde avec sa W196.


En 1954, Mercedes fait son retour en Grand Prix après 15 ans d'absence avec la W196 pilotée par Fangio. La carrière de la voiture fut stoppée net après le drame des 24 Heures du Mans en 1955.

Mercedes se servit également de la résistance à l'air sur son modèle sport 300 SLR 1955 équipée de volets aérodynamiques. A la façon d'un parachute en queue des avions de chasse en détruisant l'aérodynamique, il améliorait le freinage comme le font les pilotes de moto qui se lèvent avant les virages.


Mercedes 300 SLR, avec son aérofrein !

Jaguar fut l'un des premiers à tester en soufflerie ses prototypes type D, vainqueurs aux 24 heures du Mans en 1955, 1956 et 1957. Ils déboulaient à 280 km/h dans leur ultime version avec moins de 300 ch, alors qu'il en fallait 100 de plus aux Ferrari 4,9 l pour rouler aussi vite. Borné, le vieil Enzo ne voulait pas entendre parler d'aérodynamique, rétorquant qu'avec des chevaux, on n'en avait pas besoin.


Jaguar D, victorieuse au Mans en 1955, 1956 et 1957

Comme l'air passant au dessus de la carrosserie de la voiture doit parcourir dans le même temps une distance plus importante que celui qui circule sous la carrosserie à fond plat, il va plus vite. Cette différence de vitesse entre les deux airs crée une dépression qui soulève la voiture vers l'arrière. Pour la combattre, l'astuce consiste à monter un aileron qui oppose une force de compensation en chargeant l'arrière. Hélas, selon son angle d'inclinaison, il détruit la pénétration dans l'air. Le tout est affaire de compromis.

Les constructeurs de voiture de série ne s'intéressaient pas du tout à la déportance encore mal connue au début des années 60, époque où ceux qui dessinaient les voitures de course essayaient surtout de leur donner les formes les plus fluides possibles. Mais à mesure que leur vitesse s'accroissait, les pilotes rencontraient de plus en plus de problèmes avec des voitures de plus en plus délicates à conduire au lever du pied et en ligne droite. Seuls les constructeurs des petites voitures sportives s'intéressaient à l'aérodynamique pour aller le plus vite possible avec peu de puissance. En France, Charles Deutsch, concepteur des automobiles DB puis CD à moteur Panhard fut l'un des pionniers. Il était ami avec Lucien Romani, le directeur de la soufflerie Eiffel.


DB à moteur Panhard, à la pointe des recherches sur l'aérodynamique

Si les petites voitures de course comme les DB, CD Panhard et premières Alpine allaient très vite en pointe, en revanche, elles n'étaient pas " confortables " à piloter. Elles manquaient sérieusement d'appui en virage et se montraient plutôt sensibles au vent latéral en louvoyant pas mal en ligne droite, car leurs concepteurs ne s'intéressaient qu'à leur finesse aérodynamique sans penser au flux d'air passant sous la voiture qui avait tendance à alléger les trains.

Au milieu des années 60, où les voitures de course découvraient le mur des 300 km/h, on releva de nombreux accidents dus à la méconnaissance totale de cette science. D'ailleurs, c'est seulement en 1961 que les Ferrari reçurent un arrière tronqué qui réduisait beaucoup leur traînée tout en améliorant nettement leur stabilité.

La GTO qui succéda à la 250 GT fut la première Ferrari GT à bénéficier d'une étude aérodynamique au niveau de la partie arrière qui se solda par le montage d'un becquet assorti à un postérieur tronqué, selon les théories du professeur Kamm. Ces théories expliquaient qu'un arrière tronqué réduisait la résistance de l'air, ce à une époque où toutes les voitures de course appliquaient la théorie du demi fuseau tout en rondeur avec un arrière fuyant.

A l'époque, les essais chez Ferrari se faisaient sur la route et non en soufflerie, ce qui occasionna beaucoup de chaleur au pilote essayeur, le bouillant belge Willy Mairesse qui, pourtant, n'avait peur de rien.


Ferrari GTO dans une ambiance assurément course

Les théories de Kamm donnant d'excellents résultats furent d'abord appliquées sur les voitures de compétition comme les Ferrari, Aston Martin, AC Cobra et Porsche 904 GTS, avec le concours d'un salvateur becquet, puis sur les GT comme l'Alfa SS, la Ferrari Lusso, l'Aston Martin DB6, l'Opel GT et bien d'autres.


Les théories de Kamm appliquées sur les AC Cobra engagées au Mans en 1965

L'aérodynamique et sa science étaient encore empiriques puisqu'on observait la dynamique de l'air à l'aide de petits fils de laine collés sur la carrosserie pour suivre leur mouvement en roulant de conserve avec une autre voiture dans laquelle était installé un photographe ...


L'Aston Martin DB6 avec son arrière tronqué, suivant les théorie de Kamm

Plaquer au sol

Aux 24 Heures du Mans 1964, Charles Deutsch avec Lucien Romani et Robert Choulet présentaient un prototype baptisé le " poisson volant " à cause de ses hautes dérives vrillées. Donné pour un ahurissant Cx de 0,12 du moins sur la maquette, sa finesse lui permettait de filer à 220 km/h malgré son petit 850 cm3 à compresseur développant 70 ch, contre près de 100 pour l'Alpine M63 roulant à la même allure. Par rapport aux autres voitures profilées, la Panhard montrait une tenue de route assez honnête grâce à ses fameux ailerons qui accroissaient la stabilité en ligne droite sans détruire le Cx. Mais entre 220 km/h et 330 km/h, les problèmes se compliquaient sérieusement.


La voiture de Charles Deutsch, Lucien Romani et Robert Choulet pour les 24 H du Mans 1964

Ford fut l'un des premiers à s'apercevoir en 1965 des dangers des vitesses supérieures à 300 km/h avec ses GT 40 à moteurs 7 litres. A cette allure, elles étaient devenues terriblement dangereuses. Pour leur éviter de louvoyer, voire de s'envoler, les ingénieurs utilisèrent en urgence des moyens empiriques en rajoutant des becquets et autres spoilers pour tenter de plaquer la voiture au sol. L'année suivante, après avoir passé beaucoup de temps en soufflerie, les Mk 2 revinrent avec des appendices étudiés en soufflerie autorisant 340 km/h sans trop de problèmes.


La Ford GT 40 au Mans en 1965, bardée de nombreux appendices pour plaquer la voiture au sol

C'est vers 1970 qu'apparut le spoiler à l'avant des voitures de sport. Celui ci permettait de diminuer la portance en empêchant l'air de s'engouffrer sous le véhicule et réduisait les forces de soulèvement. Cette accessoire miracle améliorait singulièrement la tenue de route sans trop compromettre le sacro-saint Cx tout en permettant de mieux canaliser l'air autour de la voiture.

Dorénavant, une voiture de course se devait de passer en soufflerie. Néanmoins, beaucoup de pilotes ont payé les balbutiements aérodynamiques, surtout en sport prototype. Robby Weber trouva la mort à Mulsanne lors des essais en 1967 sur la Matra 630 dont l'arrière se délesta. Henri Pescarolo décolla sur Matra 640 sur la ligne droite des Hunaudières en 1969.


L'accident de Pescarolo lors des essais sur Matra 640 au Mans en 1969

Mark Weber fut spectaculairement déventé en 1999 sur la piste mancelle entre Mulsanne et Indianapolis. La voiture décolla, retomba sur le toit, glissa sur plusieurs dizaines de mètres, tapa le rail et revint sur ses roues. Fort heureusement, le pilote s'en sortait indemne.


Quand Mark Weber s'envoie en l'air ! Fort heureusement, il s'en tira sans dommage

C'est très compliqué l'aérodynamique. D'ailleurs c'est dans cette discipline que les Formule 1 ont le plus progressé, et se démodent le plus vite, exigeant quotidiennement des passages en souffleries.

Revenons aux voitures de tourisme des années 60 et 70 qui s'intéressaient encore assez peu à l'aérodynamique, car la mode était justement aux formes cubiques (Simca 1000, Fiat 124 ...), il est vrai plus habitables. Les rondeurs se vendaient mal.


Fiat 124 et 125, plus carré, impossible !

Seul Ford réussit à imposer sa rondouillarde Ford Taunus P3 en 1961 qui détonnait par rapport au cubisme de la concurrence. Grâce à ses formes plus douces, la Taunus compensait son manque relatif de puissance, roulant aussi vite avec ses 67 ch qu'une 404 avec 72 ch.


Ford Taunus P3 (1960-1964) 17 M


Peugeot 404, à l'opposé sur le plan de l'aérodynamique

Cela dit, malgré ses lignes apparemment très épurées, une Jaguar E avouait tout de même 0,45, comme une Mini pourtant carrée. La Daf 33 affichait 0,48, la Fiat 125 et la Ford Escort 0,42. Parlons encore de la DS dont l'aérodynamique encore amélioré en 1963 avec un carénage sous la calandre lui apporta un gain de 7 km/h en pointe.

L'Allemand NSU s'intéressa aussi à cette science avec son étonnante Ro 80 à moteur rotatif en 1968, créditée d'un formidable 0,35, comme Porsche dont la 911 première mouture à pneus étroits avouait 0,38 vérifié après, car elle ne fut pas passée en soufflerie lors de sa gestation. La sculpturale Panhard 24 CT avec un Cx de 0,35 roulait à près de 160 km/h avec 58 ch Din seulement, grâce à ses formes très travaillées et à la suppression des bruyantes et énergivores gouttières de toit.


Panhard 24 CT, une belle fin !

N'oublions pas Renault et sa R 16 testée en soufflerie. Le résultat ? Avec 62 ch Din, une R 16 pointait à 145 km/h, une vitesse identique à celle de la 404 plus puissante. Citroën persévéra avec sa GS dont le première mouture annonçait 0,35, coefficient redescendu à 0,31 sur la version sportive GSA X3 dix ans plus tard, tandis que la SM avouait 0,35.


La Citroën GS, taillée pour affronter l'air

C'est la crise

Mais la crise énergétique de 1974 en coupant net la route du carburant relança la chasse aux performances aérodynamiques. En effet, cette science ne permettait pas seulement d'accroître la vitesse, mais également de réduire la facture d'essence. D'abord, elle pointa son nez sous forme d'accessoires additionnels issus, c'est paradoxal, de la compétition : becquets, spoilers, bavolets, ailerons ... vu sur les R 16 TX, Simca 1100 Ti, Alfasud Ti ...


La Renault 16 TX avec son becquet de toit réduisant la traînée

Puis la deuxième crise de l'énergie de 1979 poussa les constructeurs à s'aventurer davantage dans cette voie. A cette époque, le coefficient de pénétration moyen d'une berline de série tournait encore autour de 0,40 : Fiat Ritmo, VW Golf, Renault 18 ... Si des becquets et autres spoilers, enjoliveurs flasqués, roues de secours carénées ... permettaient de redescendre à moins de 0,40, les ingénieurs se rendaient compte qu'il fallait aller plus loin.


Saab 900 Aero, dotée de tous les accessoires nécessaires pour optimiser l'aérodynamique

A travers son prototype Vera dérivé de la 305, Peugeot démontra qu'une aérodynamique soignée au niveau du détail faisait chuter le chiffre de 0,44 à 0,30 en jouant sur l'élimination des gouttières, les glaces affleurantes, les bavolets, le carénage des roues ... Avec 63 ch, la Vera consommait 1,5 litre de carburant en moins aux 100 km par rapport à une classique 305 diesel.


Peugeot Vera, 1982

C'est Audi qui frappa le premier. Fort. Très fort. Dérivé du proto Audi 2000, l'Audi 100 lancée fin 1982 annonçait un Cx époustouflant de 0,30. Ce coefficient exceptionnel non seulement apportait un gain en consommation et en vitesse de pointe portée à 200 km/h contre 185 pour la précédente mouture à motorisation équivalente, mais en plus il avait  embelli ce modèle, qui ne fut pas étranger à la percée d'Audi.


L'Audi 100 a relancé la mode des voitures aérodynamiques

Les années 80 furent marquées par la conquête de l'aérodynamique qui fit chuter rapidement le Cx des voitures autour de 0,30 avec des crêtes à 0,26 par exemple pour l'Opel Calibra de 1990, avec à la clef un gain en consommation, en silence et en vitesse de
pointe.


Opel Calibra, 1990

Cette évolution fit disparaître les gouttières de toit, inclina davantage les pare-brise ce qui ne facilitait pas l'accessibilité, lissa les flancs et pinça les bas flancs pour que l'air ne s'écoule pas sur les roues, intégra mieux les poignées de porte, caréna le dessous tout en bouchant tous les interstices. Certaines marques annonçaient le Cx de leurs modèles dans les publicités des magazines.

Combien d'airbags

Aujourd'hui le Cx n'est plus vendeur. Il a été remplacé par les airbags, les cinq étoiles Euro Ncap et les émission polluantes de Co2. Néanmoins les constructeurs continuent à s'intéresser à l'aérodynamique des voitures qui ne progresse pratiquement plus. Sans parler des voitures modernes hors sujet, il faut savoir que la Renault Logan annonce 0,36, que la Peugeot 1007 est créditée de 0,30, tandis que la Lexus GS 300 descend à 0,27.

En revanche, le sCx s'est nettement dégradé suite à l'évolution de la masse des voitures plus larges et plus hautes montées sur des pneumatiques de plus en plus volumineux pour supporter des charges de plus en plus lourdes. De toute façon, hier comme aujourd'hui, au plan aérodynamique, une voiture de tourisme reste un subtil compromis entre la résistance à l'avancement, l'habitabilité et la mode.


La 1007, pourtant haute sur patte, proposait un alléchant Cx de 0,30


Texte : Patrice Vergès, 2005
Ne pas reproduire sans autorisation de l'auteur.

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