automobile

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Véhicule routier mû par un moteur à explosion, à combustion interne, électrique, ou par turbine à gaz.

Voir également : automobile [société], compétition automobile.

TECHNIQUE

Les voitures et leur fonctionnement

Introduction

Entre le premier tour de clé et l'instant où l'auto démarre, une multitude d'événements se déroulent sous le capot. Déroulons le film de cette histoire. Au départ, le démarreur est enclenché. Un électroaimant se ferme, le lanceur s'engrène sur la couronne dentée du volant à l'extrémité de l'arbre de vilebrequin : un moteur électrique l'entraîne en rotation. Attelées à cet arbre, les bielles entraînent dans un perpétuel mouvement de va-et-vient les pistons guidés par leurs cylindres. Dans leur déplacement, les pistons aspirent l'air extérieur ainsi que l'essence contenue dans le carburateur. La fermeture partielle de l'arrivée d'air par le starter ouvert enrichit le mélange air-carburant. Le mouvement du piston comprime ce mélange. Une étincelle jaillit de la bougie. Explosion ! Le piston est vivement repoussé, la bielle fait tourner le vilebrequin. Le moteur est lancé.

Le conducteur enfonce alors la pédale d'accélérateur : une pompe de reprise injecte une petite quantité d'essence supplémentaire, enrichit davantage le mélange. Le moteur connaît une franche accélération. Chaque partie agit désormais en vue de l'étape ultime. Le démarreur reprend sa position d'origine. Les organes de distribution (arbre à cames, soupapes) régissent l'entrée et la sortie des gaz dans le moteur. Le conducteur débraye, passe la « première » tandis que des pignons de la boîte de vitesses s'accouplent. Le volant d'extrémité, premier plateau d'embrayage, transmet le mouvement du moteur aux roues par l'intermédiaire des pignons engrenés dans la boîte. La voiture démarre…

Dates clés de l'automobile

Les organes moteurs

Traction avant ? Propulsion arrière ? La solution moteur à l'avant, roues avant motrices, est souvent retenue pour son confort et son habitabilité : tout l'arrière de la voiture demeure disponible pour le chargement des personnes et des bagages. La tenue de route est aussi meilleure : une voiture à traction avant est tirée par son moteur, tandis qu'une voiture à propulsion arrière est poussée. Le comportement routier de la voiture s'en ressent. La traction avant garde bien la ligne droite et se montre peu sensible aux vents latéraux, mais il faut lui imposer fermement la courbe des virages ; les tractions avant sont sous-vireuses. Les propulsions arrière, quant à elles, sont plutôt survireuses : dans un virage serré pris trop rapidement, l'arrière de la voiture a tendance à déraper vers l'extérieur de la courbe, les roues avant continuant normalement leur trajectoire.

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Le moteur utilise la force de poussée de l'explosion du mélange air-carburant préalablement comprimé et produit, par l'intermédiaire des bielles et du vilebrequin, le mouvement rotatif nécessaire à la voiture. Le bloc-cylindres est le cœur du moteur ; c'est une pièce en fonte ou en aluminium, moins lourd et meilleur conducteur de la chaleur. Il comporte de nombreux passages ménagés au moment de la fonte de la pièce ; les plus gros logent les pistons, les plus petits sont réservés aux canalisations de graissage et de refroidissement. La culasse s'installe sur le bloc-cylindres ; elle contient plusieurs évidements, dont les chambres d'explosion au-dessus des cylindres, qu'elles ferment. Elle porte le plus souvent deux soupapes par cylindre, une soupape pour l'admission du mélange air-carburant, une autre soupape pour l'échappement des gaz brûlés.

La transmission

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Pour qu'une voiture puisse se déplacer, il est indispensable que le mouvement rotatif du moteur soit transmis aux roues. Il faut pouvoir établir ou couper cette transmission tant au démarrage qu'à l'arrêt, comme en marche pour changer les vitesses. C'est le rôle de l'embrayage, mécanique ou automatique. Associé à l'électronique, l'embrayage automatique offre l'efficacité d'une boîte de vitesses conventionnelle sans l'inconvénient de la pédale d'embrayage ; le dispositif choisit lui-même le rapport de vitesses correspondant aux conditions réelles de la route sur laquelle la voiture circule.

La boîte de vitesses sert à modifier le régime du moteur par rapport aux roues. Elle est constituée d'un ensemble de pignons de grandeurs différentes. Au démarrage, le moteur doit fournir un gros effort : il tourne beaucoup plus vite que les roues, le conducteur choisit la combinaison de pignons correspondant à la première. Lorsque la voiture prend de la vitesse, le conducteur change de combinaisons, les pignons mis en rapport ont un nombre de dents de plus en plus voisin. La transmission du mouvement, depuis cette boîte jusqu'aux arbres de roues, se fait par l'arbre de transmission, le couple conique et le différentiel, qui permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes l'une de l'autre dans les virages. Enfin, un arbre intermédiaire assure la marche arrière.

Le pont arrière comporte le couple conique, le différentiel et les demi-arbres entraînant les roues motrices. Sur les véhicules industriels, il comprend trois pièces en acier coulé ou estampé avec, au centre, le carter contenant le différentiel et, de part et d'autre du carter, un tube, ou « trompette », dans lequel tourne l'arbre de roues et sur lequel on fixe les moyeux et les ressorts de suspension.

La conduite

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C'est au volant que se crée le premier contact physique entre le conducteur et sa voiture. C'est alors qu'il perçoit l'efficacité et l'agrément de la conduite : précision, progressivité, dosage des efforts en manœuvres de parking. Un bon contact résulte des performances de la direction. Celle-ci est à vis ou à crémaillère. Une vis solidaire du volant entraîne en rotation un galet ou un écrou dont les mouvements déforment la timonerie agissant sur l'orientation des roues avant ; cette direction est douce mais requiert un nombre élevé de renvois et d'articulations, ce qui nuit à la précision de conduite. Dans la direction à crémaillère, celle-ci est placée dans l'axe des roues, ce qui permet une transmission directe du mouvement. Elle assure une grande précision du guidage des roues et contribue à la stabilité de la voiture en ligne droite.

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Sur la plupart des poids lourds et des voitures de haut de gamme, la direction est assistée par un servomécanisme à air comprimé (camions) ou à huile sous pression (direction hydraulique), qui prend en charge l'effort nécessaire au pivotement des roues dès que le conducteur tourne le volant. Le freinage est aussi assisté par l'hydraulique : le mouvement du pied sur la pédale de frein est transmis aux roues par un liquide spécial. Les dispositifs de freinage sont des tambours ou des disques qui frottent contre des garnitures. Le frein à disque est progressif et dosable ; son action est liée à l'effort du pied sur la pédale. Quant au frein à tambour, il offre des arrêts énergiques sans effort notable. De nombreuses voitures rapides associent tambours à l'arrière et disque à l'avant. Tout freinage s'accompagne, en effet, d'un report partiel du poids sur l'avant de la voiture ; les freins avant travaillant donc plus que les freins arrière, ils ne doivent absolument pas perdre leur efficacité.

L'ABS (système d'antiblocage des roues) assure un freinage efficace en même temps qu'une meilleure stabilité de la voiture. La distance d'arrêt est optimisée car le freinage s'effectue à la limite d'adhérence de la roue sur le sol. Une régulation électronique contrôle chaque roue, module le freinage et l'adapte instantanément à l'adhérence grâce aux informations transmises par des capteurs. Ces informations servent aussi à l'ASR (système antipatinage à l'accélération), qui évite le patinage des roues motrices et permet à la voiture de démarrer dans les conditions optimales.

La suspension

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La suspension conditionne la tenue de route, le confort des passagers et la possibilité de rouler sur des revêtements de qualité inégale. Cette fonction est assurée grâce à l'action conjuguée des ressorts et des amortisseurs. Un ressort flexible filtre les inégalités de la route ; l'amortisseur élimine les oscillations de la carrosserie et maintient les roues au contact du sol. Pour un confort moelleux, il faut une suspension à grande flexibilité et à faible taux d'amortissement. Un bon comportement routier exige par contre une suspension ferme : flexibilité moindre et fort taux d'amortissement. La suspension traditionnelle (ressorts à lames, amortisseurs hydrauliques) ne parvient pas à concilier ces exigences contradictoires, ce qui oblige toujours les constructeurs à favoriser plutôt l'une ou l'autre.

Dans la suspension hydropneumatique, le lien élastique est constitué par un gaz (azote) enfermé dans une sphère ; un liquide (huile minérale) lui transmet les mouvements de la roue. Pour l'amortissement et la garde au sol, un correcteur d'assiette fait varier automatiquement le volume de liquide, maintenant constantes l'horizontalité et la hauteur de la carrosserie par rapport au sol. Cette suspension confère aux véhicules un excellent confort et un comportement sur route de qualité. Pour augmenter encore la stabilité de la caisse et améliorer le comportement en virage, une solution consiste à confier le pilotage de la suspension à un microprocesseur.

La protection de l'environnement

Le moteur à essence des automobiles représente une source importante de pollution. Celle-ci est due à la présence, dans les gaz d'échappement, de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote, d'hydrocarbures imbrûlés et de plomb (provenant du plomb-tétraéthyle ajouté à l'essence pour augmenter son indice d'octane). On y remédie par un meilleur réglage de la carburation et par une postcombustion des gaz d'échappement dans un pot catalytique placé sur le conduit d'échappement ; cette dernière méthode nécessite l'emploi d'essence sans plomb. Les moteurs à injection directe réduisent la consommation de carburant et donc les rejets d'oxydes de carbone. Pour limiter les rejets dans l'atmosphère, par les véhicules, de dioxyde de carbone (gaz à effet de serre), on s'efforce de développer la commercialisation des biocarburants, du gaz de pétrole liquéfié (G.P.L.) et du gaz naturel pour véhicule (G.N.V.).

Des filtres spécifiques réduisent de façon très significative les émissions de particules nocives pour la santé des moteurs Diesel (fonctionnant au gazole), appréciés pour leur faible coût d'utilisation.

Pour des trajets courts, et particulièrement pour la circulation urbaine, on cherche à promouvoir la voiture électrique. Le développement de ce type de véhicules reste toutefois lié à celui d'accumulateurs au coût non prohibitif et de capacité suffisante pour assurer un rayon d'action raisonnable sans être excessivement encombrants : à l'avenir, les batteries lithium-polymère pourraient ainsi remplacer avantageusement les batteries au plomb.

On fonde de grands espoirs, pour l'avenir, dans les motorisations hybrides, associant moteurs thermique et électrique, apparues à la fin des années 1990, ainsi que dans la pile à combustible (P.A.C.), utilisant l'hydrogène, qui reste encore dans une phase expérimentale.

L'électronique dans l'automobile

Les nouvelles réglementations antipollution ainsi que les exigences croissantes en matière de sécurité et de confort imposent de plus en plus de composants électroniques dans les automobiles. En 2003, les systèmes électroniques embarqués représentaient 14 % du coût moyen d'une voiture, et l'on prévoit qu'ils dépasseront le tiers de ce coût en 2007. L'allumage et l'injection électroniques sont désormais très répandus, et des dispositifs primitivement réservés aux véhicules haut de gamme équipent progressivement tous les modèles : systèmes d'antiblocage de roues et d'antipatinage, suspension active, coussins gonflables de sécurité (airbags), climatisation pilotée, etc. On assiste aussi au développement de nouveaux dispositifs de communication qui favorisent la mobilité et la sécurité ou agrémentent le voyage : systèmes de navigation, qui, à partir d'informations embarquées et de signaux reçus de l'extérieur (encombrements, météorologie, etc.), donnent au conducteur des indications et des conseils lui permettant d'optimiser son itinéraire ; assistant de vigilance du conducteur ; régulateur de vitesse et d'espacement ; systèmes multimédias embarqués, etc. Simultanément, le réseau de bord se simplifie avec le multiplexage, grâce auquel l'ensemble des signaux électriques représentant les informations nécessaires à la bonne marche du véhicule peuvent être acheminés par un petit nombre de lignes, voire par un câble unique.

Naissance d'une auto

Introduction

Cinquante mois : c'est le temps nécessaire pour passer de la première esquisse d'un nouveau modèle d'automobile à la sortie du premier véhicule de série. De la chaîne de production sortiront les répliques fidèles du « maître modèle » original. Il y a peu, celui-ci était en bois et en vraie grandeur ; bientôt, il sera entièrement numérisé dans les mémoires des ordinateurs. De leur côté, les services commerciaux sont à l'œuvre bien avant la rédaction du cahier des charges de la future automobile. Ils le resteront tout au long de son élaboration, multipliant études de marché, analyses de la concurrence et des désirs de la clientèle potentielle, afin d'assurer l'adéquation du véhicule au marché auquel il est destiné.

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La première mission revient au styliste choisi par le constructeur pour donner forme à la nouvelle voiture. Dès que le style a été « gelé », le temps est minuté. Le cahier des charges est rédigé. Au temps des croquis au fusain succède celui du dessin sur écran et du développement industriel. Les étapes de cette grande entreprise collective passent par la conception assistée par ordinateur des éléments de l'automobile, l'analyse ergonomique de l'habitacle, les simulations numériques de son comportement routier et des situations accidentelles. Il faudra aussi élaborer les outillages de fabrication, construire les premiers prototypes, mener les essais d'endurance, les contrôles d'étanchéité à l'eau et aux poussières, exécuter les épreuves de collision. Rien n'est laissé au hasard.

L'automobile est un immense puzzle dont il faut fabriquer et assembler les quelque 6 500 pièces avant de les protéger contre la corrosion et les peindre. Indispensable politique de la qualité totale : éliminer les aléas et produire « juste à temps », réduire les délais et les coûts, tout en satisfaisant la demande diversifiée de chaque client. Chacun aura sa voiture « personnalisée », combinée selon les options offertes. Mais la réussite industrielle passe aussi par la préparation des hommes, le développement des compétences et la promotion du travail en groupe. Des relations de confiance doivent s'établir avec les fournisseurs qui s'engagent à livrer juste à temps les produits ou services de qualité : zéro délai, zéro défaut !

La conception

Le styliste est un artiste qui met son talent au service de l'industrie. Il sait travailler de ses mains, peindre, dessiner, modeler. Son rôle consiste à créer le style intérieur et extérieur des voitures, dessiner leur habillage, préciser l'aménagement et la décoration de l'habitacle. Le passage en soufflerie de maquettes lui fournit les éléments pour apprécier la qualité aérodynamique des formes qu'il dessine et prévoir les qualités routières, l'agrément de conduite et les performances énergétiques de la future voiture.

La forme de la maquette définitive est ensuite numérisée, grâce à une machine à mesurer. Quelque 6 000 cotes de la carrosserie sont relevées afin d'établir le grand plan, celui qui fait référence. Les formes extérieures de la carrosserie sont ainsi mathématisées afin d'être dessinées avec précision sur l'écran d'un système de C.F.A.O. (Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur). Le réalisme est de mise : couleurs, représentation du relief, mais aussi simulation du comportement routier, ouverture et fermeture des ouvrants (portes, capot), calcul des déformations de l'habitacle au moment d'un choc. Tout est soumis à l'implacable verdict de l'informatique. Les concepteurs de l'automobile utilisent également l'ordinateur pour dessiner et calculer le moteur, ainsi que tous les organes mécaniques de transmission et de direction. Les études fondamentales achevées, l'ordinateur exploite la définition géométrique inscrite dans sa mémoire pour donner les instructions qui serviront à la confection des outillages de fabrication de la voiture en gestation.

La presse

Tout commence par une feuille de métal. Des rouleaux d'acier de 10 à 20 tonnes, longs de 2 000 à 3 000 m, montés sur des dévidoirs, sont découpés en flans, ces rectangles de tôle calculés au plus juste (pour réduire les chutes), dans lesquels seront formés ailes, capots, portières, planchers, passages de roues, pavillons, etc.

L'emboutissage consiste à arrondir et à courber chacun des flans. Trois à six opérations successives sont nécessaires pour obtenir la pièce terminée : une première opération serre le flan et déforme la tôle par un poinçon ; puis viennent la découpe et la finition des emboutis. Des centaines de pièces différentes sont ainsi embouties sur les lignes de presse, qui consomment 1 000 tonnes de tôle par jour. Ce secteur d'emboutissage travaille par campagne de 2 500 à 3 000 pièces, soit 2 jours de stock seulement (contre 5 jours en 1984). Cette réduction de stocks est rendue possible par le changement rapide d'outils assuré par le personnel de fabrication environ toutes les demi-heures. Elle conditionne elle-même la fluidité du flux de production et la satisfaction de la demande du client final.

L'organisation du travail poussée bénéficie des progrès réalisés dans l'automatisation des manutentions, la standardisation des outils et des équipements sur les lignes de presse, mais aussi du niveau croissant de compétence du personnel.

Les tôles sont ensuite assemblées dans l'atelier de ferrage par soudage électrique : l'assemblage (entièrement automatisé) d'une voiture requiert 4 000 points environ de soudure. On élabore ainsi successivement le bloc avant, puis le soubassement par assemblage du plancher et du bloc avant, enfin la caisse par assemblage du soubassement, des panneaux de côté, de la traverse et du pavillon. Grâce aux progrès réalisés en matière de soudage, la précision d'assemblage atteint environ 0,5 mm. Deux sortes de machines interviennent : les conformateurs et les machines à souder, automatisées ou robotisées. Le rôle des premiers consiste à assembler les pièces avec précision pour les présenter aux secondes. Si les automates répètent la même action, les robots soudeurs localisent les points où ils ont à intervenir.

Les caisses en blanc ainsi fabriquées vont maintenant pouvoir être acheminées vers les ateliers de peinture.

La peinture

Désormais complètes, les caisses pénètrent dans l'atelier de peinture suspendues sur leur balancelle. Lavées, dégraissées et recouvertes d'une première couche protectrice de phosphate de zinc, elles sont ensuite totalement immergées dans un bain de cataphorèse, procédé électrolytique qui prémunira totalement la voiture contre la corrosion atmosphérique.

Afin d'assurer l'étanchéité, l'antigravillonnage et l'insonorisation des caisses, un robot pénètre dans chaque habitacle et dépose un joint de mastic sur toutes les liaisons de tôles afin de prévenir totalement les infiltrations, nuisibles ou désagréables, d'eau, de poussières et d'odeurs.

Avant le montage final, la caisse va revêtir sa robe de couleur dans un bâtiment entièrement dépollué, faisant office de laboratoire et garanti zéro poussière. Le sol, les parois, les doubles plafonds, les équipements ont tous fait l'objet d'études poussées visant à éliminer les pièges à poussière et à faciliter le nettoyage. L'accès est rigoureusement contrôlé, le souci de la propreté est une véritable obsession.

La caisse sera au préalable recouverte d'un apprêt destiné à recevoir les couches de laque et de vernis. Ces applications successives sont réalisées par déposition électrostatique dans une cabine automatique. Le séchage s'effectue enfin dans un tunnel à infrarouges que les caisses traversent lentement.

Le montage

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La caisse peinte est habillée dans un atelier de plusieurs centaines de mètres de long ; elle va recevoir ses multiples équipements intérieurs, ses pare-chocs, phares et calandre, ainsi que les organes moteurs : groupe motopropulseur, train arrière, transmission avant ; les roues sont montées et fixées ; suivent ensuite les opérations de remplissage des fluides, fixations de sous-caisse, dernières finitions. Ici, la plupart des tâches sont encore faites par des ouvriers qualifiés. Seuls le montage du poste de conduite et des sièges, la pose du pare-brise et de la lunette arrière, l'encollage de la garniture de pavillon sont réalisés en zone automatique.

Les portes, quant à elles, suivent un circuit indépendant. Acheminées par convoyeurs automoteurs, elles sont conduites en zone de préparation où elles reçoivent leurs équipements mécaniques (serrures, vitres, poignées, rétroviseurs), puis regroupées pour rejoindre l'atelier de garniture où sont posés les panneaux intérieurs, accoudoirs et vide-poches.

L'unité d'habillage travaille en flux tendus flexibles : les fournisseurs livrent leurs pièces, parfois plus de dix fois par jour, directement en bord de ligne, sans stockage intermédiaire : livrées pour être immédiatement montées, ces pièces doivent être de qualité irréprochable.

Une automobile vient de naître. Il ne reste plus qu'à la tester et à opérer les premiers réglages. Le passage en tunnel d'étanchéité est la dernière étape avant le contrôle final qui déclare la voiture bonne pour le service.

Les immatriculations

La codification des immatriculations en France

Depuis 2009, les véhicules neufs reçoivent un nouveau numéro d'immatriculation (pour les véhicules d'occasion lors d'un changement de propriétaire, d'adresse, ou lors de toute autre modification affectant la carte grise) composé d'une série de 7 caractères alphanumériques (2 lettres, 1 tiret, 3 chiffres, 1 tiret et 2 lettres). Ce numéro d'immatriculation est attribué définitivement au véhicule, de sa première mise en circulation jusqu'à sa destruction.

La référence au département devait disparaître, mais elle est maintenue à titre identitaire. Ainsi, les nouvelles plaques, avec des caractères noirs sur fond blanc, font apparaître, sur leur partie droite et sur un fond bleu, un identifiant territorial comprenant un numéro de département au choix, surmonté du logo de la région dans laquelle est situé ce département.

La codification internationale des automobiles

Les immatriculations spéciales