De l'avis de presque tous, l'époque de l'essence bon marché est révolue. Mais nous ne sommes pas nécessairement condamnés à subir la fatigue du prix du carburant pour l'éternité. D'ici 2025, il est tout à fait possible qu'une voiture de tourisme moyenne soit capable de parcourir plus de 50 miles par gallon (21,3 kilomètres par litre) - si elle fonctionne avec du carburant conventionnel.
Atteindre cette marque ne sera ni facile ni bon marché. Heureusement, les ingénieurs et les scientifiques chargés de rendre les automobiles plus efficaces ont encore quelques tours dans leur sac collectif.
L'un des plus grands domaines disponibles pour réaliser des gains est la réduction de la masse des voitures et des camions - une vaste discipline connue sous le nom d'allègement automobile. L'allègement vise à réduire le poids total d'un véhicule en utilisant des matériaux de pointe, une construction ingénieuse et de nouveaux systèmes. Il a été estimé que chaque tranche de 10 % de réduction de poids entraîne une diminution de 6 à 7 % de la consommation de carburant. Ainsi, même de petites économies de poids, lorsqu'elles sont multipliées par les milliers de pièces d'un véhicule type, peuvent représenter des montants significatifs.
Cette tendance est en cours depuis des décennies :la berline moyenne pèse aujourd'hui 3 000 livres (1 361 kilogrammes), contre 4 500 livres (2 041 kilogrammes) il y a 30 ans. Et ce malgré la croissance constante des gadgets, des dispositifs de sécurité et du confort des créatures qui ont fait de nos véhicules des maisons roulantes et des bureaux au fil des ans. Pour continuer à alléger les véhicules, il faut adopter des approches intelligentes pour alléger leurs composants.
Dans les prochaines pages, nous couvrirons cinq des innovations les plus intelligentes qui rendront, et dans certains cas, rendent actuellement les pièces automobiles plus légères.
ContenuParmi les pièces les plus lourdes d'une voiture ou d'un camion se trouvent celles qui composent son « cœur » :le moteur. Les éléments du compartiment moteur, tels que le bloc moteur, les pistons, le vilebrequin et divers accessoires, sont fabriqués à partir de métaux à haute résistance et résistants à la chaleur. Ils doivent l'être, afin de résister aux énormes contraintes et températures créées par la force de milliers d'explosions contrôlées par minute qui se produisent sous le capot.
Le compromis pour cette durabilité est que les moteurs traditionnels sont extrêmement lourds - plusieurs centaines de livres dans le cas d'une voiture de tourisme typique.
Une fois en marche, le moteur doit transférer son énergie de rotation du compartiment moteur aux roues sur au moins deux des quatre coins de la voiture. Pour ce faire, il faut une transmission, des essieux moteurs et plus de pièces qui ajoutent du poids et de l'inefficacité.
Les moteurs électriques placés directement au moyeu d'une roue individuelle éliminent le besoin d'un grand nombre de ces pièces encombrantes et sujettes à l'entretien sur une voiture conventionnelle. Ces moteurs sont ensuite contrôlés par un ordinateur qui leur ordonne de faire tourner les roues au besoin. Michelin et le constructeur automobile Venturi ont fait sensation avec cette technologie en 2010, en montrant le système de roue active de Michelin sur le concept Venturi Volage à l'allure élancée. Non seulement il contenait des moteurs électriques dans les roues, mais aussi un puissant système de freinage électrique et une suspension active (également à l'intérieur du moyeu de roue) !
En plus de la conception des pièces elles-mêmes, il est très important de savoir de quoi elles sont faites. Rendez-vous à la page suivante pour en savoir plus sur les matériaux intelligents qui rendent les pièces automobiles plus légères.
Dans l'une des répliques de films les plus célèbres de tous les temps, "M. McGuire" (Walter Brooke) a prononcé ce qui allait devenir un conseil classique à "Benjamin" (un Dustin Hoffman alors au visage frais) dans le film de 1967 "The Graduate :" "Je veux juste vous dire un mot... les plastiques. Il y a un bel avenir dans les plastiques, allez-vous y penser ?"
Des décennies plus tard, les conseils de M. McGuire se sont avérés non seulement prophétiques, mais aussi remarquablement durables. Le plastique apparaît sous une forme ou une autre sur presque tous les articles que nous achetons, de l'emballage à l'objet lui-même. Aujourd'hui encore, les chercheurs cherchent des moyens de rendre les plastiques plus polyvalents, plus solides et capables de résister à des conditions plus extrêmes.
Une entreprise, Polimotor, est allée jusqu'à proposer et construire des moteurs en plastique, revendiquant une économie de poids de 30 % par rapport aux moteurs traditionnels entièrement métalliques.
À court terme cependant, vous êtes toujours susceptible de voir du plastique dans des endroits conventionnels, juste plus.
Outre les pièces intérieures telles que les garnitures, les boutons, les consoles et les panneaux en plastique, il est également utilisé pour les pare-chocs avant et arrière, les jupes latérales et les boîtiers de rétroviseurs.
Il n'est peut-être pas trop loin de voir des véhicules de production de tous les jours dont les carrosseries extérieures entières sont en plastique, sautant l'aluminium ou l'acier généralement utilisé pour les panneaux de carrosserie.
Nous pourrions même trouver une bonne utilisation pour certaines des quelque 2,5 millions de tonnes de bouteilles d'eau en plastique jetées chaque année :le concept Hyundai QarmaQ, par exemple, se vante d'un corps fabriqué en grande partie à partir de bouteilles d'eau en plastique recyclées. Il existe encore un autre "matériau miracle" sur le point d'alléger une partie du poids imposé par les pièces en acier, tout en offrant une résistance égale ou supérieure. Lisez tout à ce sujet à la page suivante.
La fibre de carbone n'est certainement pas une nouveauté sur la scène automobile. Issu de l'industrie aérospatiale, puis utilisé dans la course automobile pour alléger les véhicules sur la piste, cette technologie a migré vers des utilisations spécialisées sur le marché secondaire de la performance.
Parmi la foule des "accordeurs" de performance, c'est un insigne de statut à boulonner sur les capots, les spoilers et même les panneaux de carrosserie en fibre de carbone avec les pièces non peintes et le tissage de carbone visible.
En un mot, la fibre de carbone se compose de brins d'atomes de carbone formés en fibres qui sont ensuite tissées dans un tissu facile à mouler. Lorsque les feuilles sont trempées dans une résine spéciale, appliquées sur un moule ou une forme et laissées durcir, le produit résultant peut être aussi résistant que l'acier, mais à la moitié du poids (et 30 % plus léger que l'aluminium). Il fonctionne de manière très similaire à la fibre de verre, mais offre une résistance beaucoup plus élevée.
Alors pourquoi ne voyons-nous pas déjà la fibre de carbone partout ? Coût. Le cycle long et complexe de fabrication de pièces en fibre de carbone les rend beaucoup plus chères à produire que des pièces similaires en acier ou même en métaux légers qui sont plus chers que l'acier.
Pendant longtemps, les économies de carburant dont bénéficieraient les acheteurs de voitures grâce à des pièces en fibre de carbone plus légères ne justifieraient pas financièrement les dépenses supplémentaires liées à l'absence d'acier.
Un certain nombre de constructeurs automobiles, notamment Lexus et BMW, s'efforcent de changer cela grâce à des recherches intensives sur le développement de moyens de réduire le coût de production de la fibre de carbone pour les véhicules. Lexus, par exemple, a développé un remarquable métier à tisser robotisé en trois dimensions capable de tisser non seulement des feuilles plates de fibre de carbone, mais aussi des pièces courbes déjà façonnées aux contours de certaines parties du corps.
Comment un constructeur automobile est-il censé « éliminer le plomb », en termes de poids, lorsque les véhicules dépendent de batteries (traditionnellement des batteries au plomb lourdes) pour répondre aux nombreux besoins électriques d'un véhicule ? Jusqu'à il y a quelques années, les batteries au plomb étaient le fournisseur de jus de choix pour les voitures électriques, en grande partie parce que c'était tout ce qui était facilement disponible.
Puis sont arrivées les batteries à hydrure métallique de nickel (NiMH), plus légères et capables de fournir une charge puissante, et largement utilisées dans les véhicules hybrides.
Les constructeurs automobiles misent sur les véhicules hybrides et entièrement électriques pour les aider à répondre aux exigences de kilométrage imposées par le gouvernement à l'avenir. Mais même les batteries NiMH n'ont pas la capacité de stockage d'énergie pour répondre pratiquement aux attentes des consommateurs. C'est à cause d'une propriété appelée "densité d'énergie". Pour l'instant, les batteries ne sont pas capables de contenir le même "punch" énergétique pour un poids donné que les combustibles fossiles.
Entrez les batteries lithium-ion, qui ont une densité d'énergie plus élevée que le plomb-acide ou l'hydrure métallique de nickel. Ils alimentent depuis longtemps des outils électriques sans fil et des ordinateurs portables, mais ont également souffert d'un vilain penchant pour exploser lorsqu'ils sont trop chauds. Bien qu'assez rares, ces pannes catastrophiques se sont produites suffisamment souvent pour susciter des inquiétudes majeures, comme lorsqu'elles provoqueraient l'incendie d'ordinateurs portables grand public. Ils ont également fait en sorte que les principaux constructeurs automobiles se méfient de les mettre dans des véhicules produits en série jusqu'à ce que les problèmes soient résolus.
Pourtant, des entreprises comme Tesla ont jugé bon de les mettre dans sa voiture de sport électrique rapide et élégante Roadster, qui, de l'avis de tous, a fourni des performances phénoménales.
Et le moment où les batteries de voiture au lithium-ion deviennent plus courantes approche à grands pas. Les chercheurs du MIT, par exemple, ont trouvé un moyen de réduire les temps de recharge et de rendre les batteries lithium-ion plus stables (en utilisant du nickel plutôt que du cobalt, avec l'élément principal lithium). Ceci et d'autres avancées donnent à penser que le lithium léger jouera un rôle majeur en aidant les automobiles à garder les kilos à l'avenir.
Habituellement, lorsque les gens parlent d'un "véhicule électrique", ils font référence au fait qu'il a un moteur électrique qui fait tourner les roues. Mais l'expression a un autre sens :elle peut également faire référence aux voitures qui remplacent les liaisons mécaniques lourdes et encombrantes par des composants électriques plus légers et plus petits. Communément appelés "drive-by-wire" ou "x-by-wire", ces composants électriques et électroniques peuvent être utilisés pour contrôler plus précisément la réponse de l'accélérateur, la direction et même le freinage.
Cette technologie particulière revendique une lignée d'avions de chasse. Fly-by-wire a reçu son baptême du feu, littéralement, lorsqu'il a été utilisé comme méthode de contrôle unique pour le F-16 Fighting Falcon, qui a fait ses débuts en 1978. Surnommé en plaisantant "le jet électrique" au début par des pilotes méfiants, il a finalement acquis le surnom de "Viper", ainsi que le respect du pilote, car il a fait ses preuves à plusieurs reprises au combat.
Les commandes "by-wire" ont ensuite été utilisées dans les avions militaires et commerciaux, et finalement dans l'industrie automobile.
Étant donné que les commandes électriques occupent moins d'espace, cela signifie que les concepteurs d'automobiles peuvent offrir plus de confort, comme un meilleur dégagement pour les jambes et la tête, et faire moins de compromis de conception dans l'ensemble. Et comme ils pèsent moins, les systèmes électriques permettent aux véhicules sur lesquels ils sont installés d'aller plus vite, plus loin ou les deux.
Tout le monde n'est pas à l'aise avec l'idée de passer à des systèmes entièrement électroniques. Et si, après tout, ils souffraient d'une programmation défectueuse, tout comme le font parfois les logiciels que nous utilisons sur nos PC ? La dernière chose que vous voulez, c'est un problème informatique vous empêchant d'appliquer les freins lorsque vous en avez vraiment besoin.
En réalité, les systèmes mécaniques s'usent, se cassent et connaissent également d'autres problèmes. Comme pour de nombreuses autres innovations automobiles, cela pourrait n'être qu'une question de temps avant que les gens acceptent la nouvelle technologie de contrôle comme "normale", une fois qu'elle aura été prouvée par une utilisation de plus en plus large.
