L’utilisation rationnelle du véhicule. L’aspect mécanique
Développer une connaissance générale de la partie mécanique d’un véhicule, plus particulièrement, la chaîne cinématique
Fiche synthèse : L'utilisation rationnelle du véhicule (Aspect mécanique)
Préambule
L'utilisation rationnelle d'un véhicule consiste à optimiser sa conduite et son entretien pour réduire la consommation de carburant, limiter l'usure des composants et garantir une meilleure sécurité. Selon plusieurs études, 58 % des automobilistes n'ont aucune notion du coût annuel réel de leur véhicule, ce qui entraîne souvent des dépenses imprévues et une méconnaissance des facteurs d'usure prématurée. Une mauvaise utilisation du véhicule, notamment par méconnaissance des principes mécaniques de base, entraîne des pannes prématurées et une surconsommation pouvant atteindre 20 % de carburant supplémentaire. La compréhension du fonctionnement mécanique du véhicule et l'adoption de pratiques adaptées permettent d'améliorer significativement la longévité du matériel, de réduire les coûts d'exploitation et d'optimiser la sécurité routière.
Le Moteur à Quatre Temps
Les moteurs automobiles se différencient selon trois critères principaux : le type de carburant utilisé (gazole ou essence), le nombre et l'agencement des cylindres, ainsi que le cycle thermodynamique employé (deux ou quatre temps). Les moteurs à quatre temps équipent la quasi-totalité des véhicules de tourisme, tandis que les moteurs deux temps se retrouvent principalement sur des engins de faible puissance (tondeuses, tronçonneuses, petites motos).
Principe de fonctionnement
Quel que soit leur nombre, chaque piston d'un moteur quatre temps accomplit systématiquement le même cycle en quatre phases — deux courses descendantes et deux courses montantes — afin de convertir l'énergie thermique en énergie mécanique.
Les quatre temps du cycle :
-
Admission (course descendante)
Le piston descend, la soupape d'admission s'ouvre et le mélange air-carburant pénètre dans le cylindre. -
Compression (course montante)
Les deux soupapes sont fermées, le piston remonte et comprime le mélange, augmentant sa température et sa pression. -
Combustion et détente (course descendante)
Juste avant le sommet de compression, la bougie déclenche l'inflammation (moteur essence) ou l'injection provoque l'auto-allumage (moteur diesel). La combustion génère une forte poussée qui fait descendre le piston et produit le couple moteur. -
Échappement (course montante)
La soupape d'échappement s'ouvre, le piston remonte et rejette les gaz brûlés hors du cylindre.
Ainsi, qu'il y ait un, deux, quatre, six, huit cylindres ou davantage, chacun suit ce même cycle en quatre temps pour produire de l'énergie.
Cylindrée
La cylindrée unitaire correspond au volume balayé par un seul piston dans le cylindre, exprimée en centimètres cubes (cm³). La cylindrée totale du moteur est la somme des cylindrées unitaires de tous les cylindres.
La Chaîne Cinématique
La chaîne cinématique correspond à l'ensemble des éléments permettant la transmission de l'énergie du moteur aux roues motrices.
| Composant | Rôle |
|---|---|
| Moteur | Produit l'énergie mécanique pour faire avancer le véhicule |
| Embrayage | Permet de dissocier ponctuellement le moteur de la transmission pour changer de vitesse |
| Boîte de vitesses | Adapte le couple et la puissance du moteur aux besoins de la conduite |
| Transmission | Transmet la puissance aux roues motrices via les arbres de transmission |
| Pont différentiel | Répartit la vitesse de rotation entre les roues, notamment en virage |
| Roues motrices | Transforment l'énergie mécanique en mouvement du véhicule |
Les transmissions
Le terme « transmission » désigne l'ensemble des arbres qui relient le pont aux roues :
- Arbres de roue : utilisés à l'arrière sur les véhicules à propulsion
- Cardans : utilisés à l'avant pour permettre l'articulation liée à la direction et absorber les débattements de suspension
Un deuxième joint de cardan peut être monté sur l'arbre pour offrir une plus grande souplesse de mouvement lorsque nécessaire.
L'Embrayage
L'embrayage constitue un organe essentiel de la chaîne cinématique qui permet d'adapter le fonctionnement du moteur à la boîte de vitesses.
Fonctionnement
- Lorsque l'embrayage est débrayé (pédale enfoncée), le moteur est déconnecté de la transmission
- Lorsque l'embrayage est embrayé (pédale relâchée), le moteur transmet l'énergie aux roues
- Le point de patinage correspond à la zone où l'embrayage commence à transmettre l'énergie progressivement
Facteurs d'usure prématurée de l'embrayage
Certaines pratiques accélèrent significativement l'usure de l'embrayage :
- Maintenir le pied sur la pédale d'embrayage en conduisant (l'embrayage travaille constamment en position intermédiaire sans être complètement engagé ni libéré)
- Relâcher brutalement la pédale (risque de calage et à-coups mécaniques)
- Utiliser l'embrayage pour maintenir le véhicule en pente de manière prolongée (surchauffe et usure accélérée)
- Faire patiner l'embrayage de manière excessive, notamment en tractant une remorque ou avec un véhicule chargé
La Boîte de Vitesses
La boîte de vitesses permet d'adapter le couple et la puissance du moteur aux différentes conditions de conduite.
| Rapport | Plage de vitesse indicative |
|---|---|
| 1ère | 0–20 km/h |
| 2ème | 20–40 km/h |
| 3ème | 40–60 km/h |
| 4ème | 60–80 km/h |
| 5ème | > 80 km/h |
| R (marche arrière) | Déplacement en arrière |
Utilisation optimale
Le passage des rapports s'effectue idéalement en fonction du régime moteur optimal, généralement autour de 2 000 à 2 500 tours/min pour les moteurs modernes. L'utilisation du frein moteur en descente permet de limiter l'usage des freins et de réduire l'usure des plaquettes et disques de frein.
Le Pont Différentiel
Le pont est un mécanisme de renvoi d'angle dont la particularité réside dans la nécessité de faire tourner deux arbres dans le même sens, voire à des vitesses différentes lors du passage d'un virage. Cette fonction est assurée par le différentiel, qui répartit le mouvement entre les demi-arbres de roue.
Constitution d'un pont :
- Couronne et satellite (planétaire)
- Arbre de transmission
- Demi-arbres de roue
Le différentiel permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes, ce qui est indispensable lors des virages où la roue extérieure parcourt une distance supérieure à la roue intérieure.
Optimisation de l'Utilisation du Véhicule
Une utilisation adaptée du véhicule permet d'optimiser la consommation de carburant et de réduire l'usure des composants mécaniques.
Facteurs d'optimisation
- Conduite souple : l'anticipation et l'évitement des accélérations et freinages brusques réduisent la consommation
- Vitesse stable : le maintien d'une allure constante, notamment via un régulateur de vitesse, optimise le rendement
- Charge utile : chaque 100 kg supplémentaires augmentent la consommation d'environ 5 %
- Pression des pneus : un pneu sous-gonflé de 0,3 bar augmente la consommation de 3 %
- Climatisation : une utilisation continue augmente la consommation de 10 à 20 % selon les conditions
Un véhicule mal entretenu peut consommer jusqu'à 20 % de carburant supplémentaire par rapport à un véhicule correctement maintenu. L'adoption d'un freinage anticipé avec le frein moteur réduit l'usure des plaquettes et disques de frein de manière significative.
QCM : L’utilisation rationnelle du véhicule. L’aspect mécanique
Afficher les questions avec réponses
Quelle est la définition de la chaîne cinématique d'un véhicule ?
- Le système électrique qui gère la consommation du moteur
- Le système de freinage et de suspension du véhicule
- L'ensemble des dispositifs de sécurité active et passive
- L'ensemble des éléments qui transforment l'énergie du moteur en mouvement des roues ✅
La chaîne cinématique comprend tous les éléments mécaniques qui permettent de transmettre l'énergie du moteur jusqu'aux roues motrices.
Quelle conséquence peut avoir une garde trop faible à l'embrayage ?
- Le différentiel se bloque et empêche les virages
- L'embrayage risque de patiner et s'user rapidement ✅
- Le moteur risque de caler au passage des vitesses
- La transmission des vitesses devient impossible
Si la garde est trop faible, le disque d'embrayage ne se décolle pas complètement et cela entraîne du patinage, ce qui use prématurément le mécanisme.
Pourquoi la transmission comprend-elle un différentiel ?
- Pour améliorer l'adhérence en ligne droite
- Pour synchroniser la rotation des quatre roues
- Pour répartir le poids du véhicule entre les essieux
- Pour adapter la vitesse de rotation des roues dans les virages ✅
Le différentiel permet aux roues de tourner à des vitesses différentes en virage, évitant ainsi les contraintes mécaniques et les pertes d'adhérence.
À quoi correspond le point de patinage de l'embrayage ?
- Au moment où le disque d'embrayage commence à transmettre progressivement l'énergie ✅
- À la phase où l'embrayage est totalement débrayé
- À un dysfonctionnement nécessitant une intervention mécanique
- À la vitesse maximale autorisée en première vitesse
Le point de patinage est la zone où l'embrayage commence à transmettre la puissance du moteur aux roues de manière progressive.
Comment fonctionne un embrayage sur une boîte manuelle ?
- Il synchronise la vitesse des roues avant et arrière
- Il empêche le moteur de caler en cas de freinage d'urgence
- Il régule automatiquement le régime moteur en fonction de la vitesse
- Il désolidarise temporairement le moteur et la transmission pour changer de vitesse ✅
L'embrayage permet de déconnecter temporairement le moteur de la boîte de vitesses, facilitant le changement de rapport sans à-coups.
À quoi sert la boîte de vitesses dans un véhicule ?
- À adapter le couple et la puissance du moteur aux différentes conditions de conduite ✅
- À contrôler le système de freinage en fonction de la vitesse
- À transmettre directement la vitesse du moteur aux roues sans modification
- À réguler la température du moteur selon la charge
La boîte de vitesses permet d'adapter la puissance et le régime moteur aux besoins du véhicule selon la vitesse et la charge.
Quels sont les principaux éléments qui composent la chaîne cinématique ?
- Carburateur, différentiel, suspension et système d'échappement
- Moteur, direction assistée, système ABS et freins
- Moteur, embrayage, boîte de vitesses, transmission et roues motrices ✅
- Alternateur, batterie, boîte de vitesses et système de refroidissement
La chaîne cinématique est constituée du moteur, de l'embrayage, de la boîte de vitesses, de la transmission et des roues motrices.
Que se passe-t-il si l'on relâche trop rapidement l'embrayage lors d'un démarrage ?
- Le véhicule accélère de manière excessive
- Le différentiel se désengage automatiquement
- Le moteur cale ✅
- La boîte de vitesses subit une usure prématurée
Si l'embrayage est relâché trop rapidement, la transmission reçoit une force brutale et le moteur cale par manque de régime.
Sur une boîte de vitesses manuelle, pourquoi faut-il débrayer avant de changer de rapport ?
- Pour éviter d'endommager les engrenages de la boîte de vitesses ✅
- Pour augmenter la vitesse de passage des rapports
- Pour réduire la consommation de carburant instantanée
- Pour maintenir le régime moteur constant pendant la manœuvre
Débrayer avant de passer un rapport évite d'endommager la boîte de vitesses en réduisant la charge transmise aux engrenages.
Quel est l'intérêt principal du frein moteur ?
- Il permet d'augmenter la puissance de freinage du système hydraulique
- Il permet de ralentir le véhicule en utilisant la résistance du moteur ✅
- Il améliore la consommation de carburant en montée
- Il refroidit le moteur lors des descentes prolongées
Le frein moteur ralentit le véhicule en utilisant la compression du moteur, ce qui limite l'usage des freins et réduit l'usure des plaquettes.
Quelles sont les quatre phases du cycle à quatre temps d'un moteur thermique ?
- Compression, explosion, transmission, filtration
- Carburation, inflammation, rotation, évacuation
- Admission, compression, combustion et détente, échappement ✅
- Injection, allumage, transmission, refroidissement
Le cycle à quatre temps comprend l'admission du mélange, la compression, la combustion et détente, puis l'échappement des gaz brûlés.
Comment le différentiel permet-il aux roues motrices de fonctionner en virage ?
- Il maintient les deux roues à vitesse identique pour assurer la stabilité
- Il transmet plus de puissance à la roue extérieure
- Il permet aux roues de tourner à des vitesses différentes ✅
- Il bloque la roue intérieure pour faciliter le virage
Le différentiel permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes, ce qui est indispensable en virage où la roue extérieure parcourt une distance supérieure.
Pourquoi est-il important de vérifier régulièrement la pression des pneus ?
- Pour optimiser le fonctionnement du système de climatisation
- Pour améliorer le confort acoustique du véhicule
- Pour réduire l'usure des plaquettes de frein
- Pour assurer une bonne adhérence et éviter une surconsommation de carburant ✅
Des pneus sous-gonflés augmentent la résistance au roulement, ce qui impacte directement la consommation de carburant et la sécurité.
Quelle est la différence principale entre un moteur diesel et un moteur essence ?
- Le moteur diesel utilise l'auto-allumage par compression, le moteur essence utilise une étincelle ✅
- Le moteur diesel nécessite une boîte automatique, contrairement au moteur essence
- Le moteur diesel fonctionne avec quatre temps, le moteur essence avec deux temps
- Le moteur diesel n'a pas besoin d'embrayage, contrairement au moteur essence
Le moteur diesel utilise un auto-allumage du carburant par compression, contrairement au moteur essence qui nécessite une bougie pour créer une étincelle.
Quels sont les facteurs qui augmentent significativement la consommation de carburant ?
- Contrôle de la pression des pneus et passage optimal des rapports
- Charge excessive, pneus sous-gonflés et utilisation continue de la climatisation ✅
- Utilisation du frein moteur et maintien d'une vitesse stable
- Entretien régulier du véhicule et conduite souple
Chaque 100 kg supplémentaires augmente la consommation d'environ 5%, un pneu sous-gonflé de 0,3 bar augmente la consommation de 3%, et la climatisation de 10 à 20%.