TECHNIQUE : LA TRANSMISSION

Le système de transmission transmet la puissance aux roues motrices. Sur les voitures actuelles il comprend un embrayage, une boîte de vitesses, un différentiel et des demi arbres de transmission.

Texte & photos : D.R.

La puissance produite par le moteur peut être transmise aux roues motrices par l'intermédiaire d'un certain nombre d'organes. Ils constituent ce qu'il est convenu d'appeller "la transmission". Traditionnellement, le moteur était placé à l'avant, dans le sens de la marche, la puissance étant transmise aux roues arrières par l'intermédiaire d'un arbre de transmission, courant sous le plancher, un renvoi d'angle associé au différentiel (pont arrière) assurant la transmission aux roues. Cette disposition largement majoritaire jusque dans les années 70, est encore adoptée sur un certain nombre de véhicules haut de gamme et de fortes puissance. Une solution qui n'a cessé de perdre du terrain face à la traction avant, transmettant la puissance beaucoup plus directement aux roues. Enfin, dernière évolution du siècle dernier, la transmission intégrale semble être la meilleure solution pour les moteurs très puissants.

L'EMBRAYAGE

L'embrayage est en quelque sorte l'organe tampon entre le moteur et le reste de la transmission. Il faut être en effet en mesure de faire tourner le moteur sans faire avancer la voiture, et il est indispensable de désacoupler la boîte de vitesse et le moteur à chaque passage de vitesses avec une commande manuelle ou même robotisée. On utilise pour cela un système comprenant un disque garni d'un matériau anti-friction à base d'amiante mais remplacé depuis peu par une autre matière. La Porsche Carrera GT est la première voiture du monde à recevoir un embrayage en céramique, le PCCC. Le plateau étant ici plus petit (169 millimètres de diamètre), il donne à l'ensemble un centre de gravité abaissé. Autre avantage décisif, l'embrayage pèse moins lourd et permet d'améliorer la dynamique du moteur. Auparavant, seul un système en fibre de carbone pouvait offrir ces avantages mais avec un durée de vie réduite et peu compatible avec un usage au quotidien de la voiture. Le PCCC possède une durée de vie supérieure à celle d'un embrayage conventionnel devant encaisser des contraintes aussi importantes que celles infligées par le V10 de la Carrera GT. L'inconvénient de ce matériau en revanche, c'est qu'il augmente considérablement le prix pour installer un kit d'embrayage neuf...

LA BOITE DE VITESSES

Le rendement du meilleur des moteurs thermiques est tel qu'il n'offre pas un couple suffisant pour entraîner valablement un véhicule de 0 km/h à sa vitesse maximale sans un dispositif de démultiplication. Chacun a pu constater comme il était difficile de démarrer en 2ème, et à plus forte raison sur les autres rapports, sans faire patiner exagérémment l'embrayage. Seules quelques voiture de forte cylindrée y parviennent mais au risque de détruire leur embrayage. La boîte de vitesses comprend un carter à l'intérieur duquel se trouvent un certain nombre de pignons pouvant s'engrener les uns sur les autres pour assurer la démultiplication ou la surmultiplication. Ces arbres sont soit parallèles, soit dans le prolongement l'un de l'autre (le plus souvent les deux, la boîte ayant 3 arbres). Ces pignons tournant à très grande vitesse, ils sont lubrifiés en permanence par l'huile contenue dans le carter. La commande des vitesses est soit mécanique, soit automatique. Dans le premier cas, les pignons sont à taille oblique, dans le second ils sont du type épicylcoïdal (un pignon central - le planétaire - est entouré de trois pignons qui tournent sur lui - satellites). La commande mécanique se fait par un levier, agissant sur une tringlerie, elle-même sur des fourchettes de sélection. Le passage des vitesses ne peut se faire que lorsque l'embrayage est déconnecté du moteur. Dans une boîte mécanique, le passage en douceur de srapports est obtenu par les synchros, dispositif permettant de coupler arbres primaires et secondaire, ou bien de bloquer un pignon par rapport à l'arbre secondaire. La sélection automatique des vitesses se fait par l'intermédiaire de circuits hydrauliques commandés par pompe. L'embrayage est, le plus souvent, assuré par un convertisseur hydraulique. Certaines boîtes automatiques utilisent un disque classique qui évite tout glissement et donc toute perte de puissance. Les boîtes automatiques sont longtemps restées à 3 ou quatre rapports mais depuis peu on en trouve à 5 ou 6 rapports et même 7 pour la dernière née de chez Mercedes ! DAF puis Volvo et Nissan, utilisent depuis longtemps un variateur par courroie en lieu et place du système traditionnel. La variation d'écartement des deux flancs coniques d'une poulie assure la démultiplication qui se fait de façon linéaire.

VERS LA FIN DU LEVIER DE VITESSES

De plus en plus couramment le traditionnel levier de vitesse laisse place à des commandes de type séquentiel. Des "palettes" au volant permettent de passer les rapports plus facilement et plus rapidement. Les vraies boîtes à commande de type séquentielle sont en réalité des boîtes mécaniques dont l'interface levier de vitesse et pédale d'embrayage est remplacée par un système électronique qui se charge de toute la manoeuvre. On trouve également ce type de commande sur des boîtes automatiques (Tiptronic Porsche par ex.). Depuis la nuit des temps, les ingénieurs étudient et travaillent pour concilier les avantages réunis des boîtes automatiques et mécaniques. Les différentes études menées jusque-là n'étaient pas toujours convaincantes et l'agrément de conduite souvent absent. Il a fallu ainsi à BMW deux générations de SMG pour parvenir à un résultat acceptable. Audi a réutilisé les enseignements de la compétition pour sa nouvelle boîte robotisée DSG (Direct Shift Gearbox). Initialement monté et exploité sur les Audi Quattro en championnat du Monde des rallyes en 1985 (Sur l'Audi Quattro Sport S1), il est ici adapté à la série. Le grand avantage de ce système est de supprimer les à-coups d'interruption de charge qui existent lors du débrayage, et également de limiter le temps de passage des rapports. Techniquement, les ingénieurs d'Audi ont greffé sur une boîte séquentielle un bloc électro-hydraulique. Grossièrement, on pourrait décrire l'ensemble comme deux demi-boîtes autonomes avec double embrayage (une gérant les rapports pairs et l'autre les rapports impairs) sur lesquelles sera transmis le couple à tour de rôle selon que l'on monte ou descend les rapports. Il ne faut ainsi que 0,2 secondes à cette boîte DSG pour changer de rapports, le tout sans à-coups !

DE LA PROPULSION A LA TRACTION AVANT...

Retenue par de nombreux constructeurs jusque dans les années soixante, la solution du "tout à l'arrière" consistant à mettre le moteur à l'arrière en porte à faux a été presque abandonné et ne persiste plus que sur une voiture justement très appréciée pour son caractère : la Porsche 911. A l'opposé, la traction 7CV Citroën peut être considérée comme la première voiture de grande série ayant adopté la traction avant. La marque française est depuis toujours resté fidèle à cette architecture qui imposa de résoudre le délicat problème de la transmission de la puissance aux roues directrices... Il a fallu pour cela mettre au point des demi-arbres de transmission capables de transmettre intégralement le couple reçu, quel que soit l'angle de braquage des roues. Le traditionnel joint de cardan utilisé pour transmettre le mouvement entre deux arbres non alignés ou soumis à de faibles variations angulaires se révela insuffisant. Il fallut mettr eau point des joints homocinétiques, dont la fragilité entrava, dans un premier temps, le développement de la traction avant. Pendant longtemps on conserva une disposition longitudinale du moteur, de vant ou derrière lequel on plaçait la boîte de vitesses qui intègrait différentiel et renvoi d'angle. (un peu comme dans un pont arrière. On en est venu depuis à disposer le moteur transversalement à l'axe de la voiture, la boîte étant située sous lui ou dans son prolongement. Elle intègre le différentiel mais le renvoi d'angle est devenu sans objet. Autre cas à part dans la rpoduction mondiale, les Porsche 928, puis 944 inaugurèrent une solution inédite - le fameux Transaxle - consistant à implanter la boîte de vitesse directement sur l'essieu arrière. Combiné à l'implantation du moteur sur l'essieu avant, la répartition des masses est idéale (50/50) et apporte un équilibre qui a depuis largement fait ses preuves. Mais rapidement, en compétition tout d'abord, la solution idéale va s'imposer comme étant l'implantation du moteur, longitudinalement ou transversalement, en position centrale arrière, associé à une propulsion ou une transmission intégrale.

... PUIS LA TRANSMISSION INTEGRALE

Pendant longtemps on a discuté pour savoir, qui des tenants de la traction avant ou de la propulsion arrière avait raison. Le débat pris même en France, la tournure d'une polémique entre Citroën, apôtre de la traction, et la plupart des autres constructeurs, dont Renault et surtout Peugeot qui à l'époque n'y avait pas encore recours. André Citroën leur reprochait de mettre la charue avant les boeufs. Comme chacun sait, le débat a aujourd'hui laissé place à la solution qui s'est imposée rapidement comme la plus économique et la plus sûre. Ile st en effet plus facile d'obtenir une bonne tenue de route avec une traction qu'avec une propulsion, surtout pour une voiture légère. Quasiment toutes les voitures compactes actuelles à travers le monde sont des tractions. Bien que l'on puisse considérer que la traction ait constitué un gros progrès, cette architecture technique ne procure pas une adhérence, ni donc une tenue de route, idéale. Si la propulsion tend à rendre le véhicule sur-vireur (l'arrière part vers l'extérieur du virage), la traction tend à le rendre sous-vireur (l'avant part vers l'extérieur du virage), surtout si le poids du moteur sur les roues avant est important. La solution idéale consite donc à transmettre l'énergie aux quattre roues du véhicule. La transmission intégrale, facile en théorie à appliquer, se révèle délicate à mettre au point et onéreuse à réaliser. C'est pourquoic ette solution ne fut longtemps utilisée que sur des véhicules tout-terrais ou de chantier, l'adhérence sur sol glissant jouant alors un rôle prépondérant. Quelques expérience sfurent conduites sur des véhicules de circuit, le constructeurs Jensen présentant en 1966 son modèle FF qui ne connu qu'un succès d'estime. Au milieu des années 70, Jörg Bensinger, ingénieur oeuvrant aux cotés de Ferdinand Piech chez Audi, remet à l'ordre du jour l'utilisation de la traction intégrale sur une voiture de compétition. L'idée du quattro va alors faire son chemin, contre nombre de réticences, pour finalement s'imposer au début des années 80 comme la première transmission intégrale de série. Conçue non comme un moyen de franchir des terrains cahoteux, de pentes et de dévers, le quattro est une solution au problème de l'adhérence des voitures de tourisme et de rallye. Le système Audi, appliqué aujourd'hui à la gamme entière de la filiale de Volkswagen, est très élaboré. Dérivé de la traction, ce système renvoie la transmission aux roues arrière par l'intermédiaire d'un arbre longitudinal classique et d'un pont arrière à roues indépendantes. On trouve un différentiel à l'avant et à l'arrière ainsi qu'un troisième au centre, au niveau de la boîte de vitesses, permettant le dosage du couple entre les deux essieux en focntion de l'adhérence. Les Audi Quattro (à l'exception de celles équipées du système Haldex) sont donc des voitures à transmission intégrale permanente. Les succès d'Audi en rallye ont conduit tous les grands constructeurs s'intéressant à ce genre de compétition à adopter ce genre de transmission, qui fait aujourd'hui la loi en WRC. Les voitures de tourisme équipées d'une transmission intégrale bénéficient d'une bien meilleure tenue de route, surout lorsque les conditions d'adhérence sont mauvaises et que leur puissance est élevée. Malheureusement, ces systèmes sont coûteux et lourds autant que plus consommateurs d'énergie. Une solution plus économique, dérivée du Quattro, fut inaugurée en série limitée par Volkswagen avec la Golf II rallye. Il s'agit du système Haldex consistant à placer un coupleur sur l'arbre de transmission longitudinal ou en sortie de boîte. Ce visco-coupleur hydraulique se comporte comme un embrayage, puisqu'il comporte 2 disques cisaillant une huile à base de silicone. Le deuxième train moteur se trouve débrayé lorsque les conditions d'adhérence sont satisfaisantes, et il s'embraye progressivement lorsqu'elles se dégradent. Cette solution a le mérite d'une simplification pour une efficacité très satisfaisante. Moins coûteuse et consommatrice de carburant, elle n'en assure pas moins un surcroît de sécurité appréciable et cosntitue sans doute une technique d'avenir en la matière.