Aérodynamique: la révolution est en marche

 11/06/2014  Claude Yvens  Expertise Center
Aérodynamique: la révolution est en marche

La semi-remorque est responsable d’une bonne part du coefficient de traînée qui ralentit la progression d’un ensemble routier. Elle recèle donc plusieurs points d’amélioration possibles de la consommation de carburant.

Pour qu’ un camion se mette et se maintienne en mouvement, il utilise de l’ énergie et doit vaincre trois types de résistances : les frictions à l´intérieur de sa chaîne cinématique (moteur, transmission, essieux…) pour 21 %, les frictions liées à sa masse et à la résistance au roulement de ses pneus (25 %) et enfin la résistance de l´air (54 %). En d´autres termes, les facteurs aérodynamiques expliquent plus de la moitié de la consommation d´un poids lourd roulant à vitesse stabilisée.

Hautes et basses pressions

Contrairement à ce que l´on pense souvent, la semi-remorque prend une bonne partie de cette résistance à son compte. 10 % de cette résistance provient de la friction entre l´air et la surface du véhicule. Une surface lisse et propre (un fourgon par rapport à une bâche mal tendue par exemple) permet donc de réduire la traînée.

Le reste de la traînée est lié aux zones de haute et de basse pression que provoque le mouvement du camion. Il y a une zone de haute pression à l´avant (le camion ‘ pousse´ l´air devant lui à mesure qu´il avance) et une zone de basse pression qui aspire l´arrière du camion. Ces deux zones sont responsables chacune d´un gros tiers de la traînée aérodynamique. Le reste provient de l´espace entre le tracteur et la semi-remorque et des flux d´air qui naissent sous le châssis.

Jupes latérales

Nous ne traiterons pas ici des moyens que la nouvelle réglementation européenne va mettre à la disposition des concepteurs de cabines pour réduire la zone de haute pression à l´avant. Nous ne nous attarderons pas non plus sur les dispositifs qui permettent de réduire les flux d´air entre le tracteur et la semi. Les sets de déflecteurs installés sur les tracteurs, bien réglés, sont déjà suffisamment efficaces. Il existe bien des ‘ coussins´ à placer sur la partie supérieure de la face avant de la semi, mais ils ne sont utilisés qu´aux Etats-Unis.

A l´arrière de la semi-remorque par contre, plusieurs dispositifs permettent de réduire les turbulences dans la zone de basse pression. Le plus ancien limite les turbulences sous le châssis. Ces `jupes´ peuvent être installées d´usine chez certains fabricants. Schmitz Cargobull en propose en option sur les S.KO avec passages de roues dégagés. Krone a déjà vendu plusieurs centaines de kits Eco sur sa Profi Liner, mais le kit recouvre complètement les roues, ce qui rend le contrôle de la pression des pneus ou le changement d´une roue plus difficile. Kögel propose également ce type d´option.

Wabco, qui a acheté le pionnier néerlandais Ephicas en septembre 2012, développe une gamme de carénages latéraux sous la marque Optiflow. Le dessin spécial du bord d´attaque permet, selon Wabco, de tripler l´avantage en consommation par rapport à des jupes classiques.

Jost et Wabco y croient

Récemment, plusieurs systèmes ont été mis sur le marché pour réduire le coefficient de traînée à l´arrière du véhicule. Et ce sont désormais les grands équipementiers qui investissent dans le domaine. En Europe, le doyen est le système SDR (System Drag Reduction), d´origine espagnole et qui fait partie de la gamme distribuée par Jost. Il s´agit d´une lame placée sur l´arête arrière de la semi-remorque qui diffuse le flux d´air de manière à réduire la zone de basse pression. Jost promet un amortissement en 6 mois sur base de 150.000 km/an. L´autre avantage du système est qu´il permet de garder les portes arrière plus propres.

Depuis quelques mois, on voit également fleurir sur certaines semi-remorques (TNT les a notamment testées) des dérives aérodynamiques rabattables. La société américaine ATDynamics s´en est fait une spécialité et propose ses EcoTails via Imbema Rhiwa. Van Hool a également ajouté ce système à la liste de ses options.
Un certain vide juridique entoure toujours ces dérives, qui sont tolérées au même titre que les chariots embarqués même si elles allongent la semi-remorque au-delà des 13.6 m. La future législation européenne sur les poids et mesures (voir par ailleurs dans ce numéro) les officialisera, mais en limitera la longueur à 50 cm. Les tests menés chez TNT Express ont aussi rassuré l´opérateur sur les aspects pratiqués : le système se replie automatiquement lorsque le chauffeur ouvre les portes arrière et ne gêne en rien le chargement ou le déchargement des marchandises.

Airwin, l´alternative 100 % belge

Ce produit américain ne restera pas longtemps seul sur le marché. Et c´est de la jeune entreprise wallonne Airwin que provient le premier challenger. Après six années de développement, elle propose un  produit conçu en fonction de la future directive `poids et mesures´. Sa longueur est donc de 50 cm. Le déflecteur se replie automatiquement en cas d´ouverture des portes et est adapté aux semi-remorques à toit relevable, mais son principe breveté de cadre articulé permet d´utiliser des déflecteurs courbes et non droits.

Les tests en soufflerie, réalisés à l´institut Von Karman de Rhode Saint Genèse, ont validé l´approche avant que le système soit testé en Espagne, sur le circuit Michelin d´Almeria. MAN et Krone étaient partie prenante du test qui a permis de mettre à jour une économie de carburant de 4 %. Selon Benjamin Bringloe, un des initiateurs du projet Airwin, le retour sur investissement serait donc d´environ un an.

Don-Bur arrive en Belgique

Reste une alternative : la semi-remorque aérodynamique. Condamnée par l´actuelle (et future) législation européenne sur les poids et mesures, elle se développe pourtant au Royaume-Uni, où certaines semi-remorques peuvent atteindre 480 cm de haut. Ce supplément de hauteur peut être mis à profit pour créer un profil en goutte d´eau sans réduire le volume utile. En Angleterre, il existe même des semi-remorques à trois niveaux de chargement, mais c´est une autre histoire.

Une semi-remorque Don-Bur Teardrop classique (420 cm de haut) offre un volume de chargement de 86 m3 et promet une économie de carburant de 11 % environ à 90 km/h stabilisés. Des tests sur circuit ont aussi montré une économie de 5 % à 60 km/h.

Mais comment adapter ce concept sur le continent ? Un transporteur belge a décidé de franchir le pas et vient de commander ses deux premières Don-Bur. Pour découvrir qui et comment… rendez-vous sur www.truck-business.com, car les informations officielles n´étaient pas encore disponibles au moment de clôturer cet article !

Les Dix Commandements de l´aérodynamique

• Au-dessus de 75 km/h les meilleurs résultats tu obtiendras
• Tes spoilers et déflecteurs tu règleras
• L´espace entre le tracteur et la semi tu réduiras
• Des flancs lisses tu choisiras
• Phares additionnels et autres accessoires tu éviteras
• Les protubérances au niveau du châssis tu limiteras
• Le ROI d´équipements aérodynamiques tu calculeras
• De la goutte d´eau tu te rapprocheras
• A l´écoute des innovations tu resteras
• L´écoconduite tu n´oublieras pas

Les systèmes et leurs promesses

Les chiffres suivants proviennent de tests réalisés à vitesse constante. Ils sont toujours optimisés au-dessus de 80 km/h.
• Carénages latéraux classiques : réduction de la traînée de 8.5 %, réduction de la consommation de 1.5 à 2 %
• Wabco SideWing : réduction de la traînée de 14 à 17 %, réduction de la consommation de 5 %
• Bavettes aérodynamiques derrière le dernier essieu de la semi : réduction de la consommation de 0.3 l/100 km
• Jost SDR : réduction de la consommation jusqu´à 4 %
• Dérives repliables longues (ATDynamics) : réduction de la consommation de 6 % (test TNT Express)
• Dérives repliables 50 cm (Airwin) : réduction de la consommation de 4 % (test TNT Express)
• Combinaison dérives repliables + carénage latéral : réduction de la consommation de 8 %
• Semi-remorque en goutte d´eau : réduction de la consommation de 11 %

Bennes et autodéchargeuses

Il n´y a pas que les semi-remorques bâchées ou fourgon à bénéficier d´optimalisation aérodynamique. Stas a présenté à Trailer 2011 une benne V-Streamline II qui a été testée sur piste (à Lommel), mais qui n´est actuellement pas vendue car les éléments qui améliorent la consommation (principalement des carénages latéraux) ne sont pas assez pratiques pour une utilisation quotidienne. Aux Pays-Bas, Heiwo entre autres propose des bennes auto-déchargeuses à l´aérodynamique optimisée. Quant aux bâches de couverture de type Cramaro, elles sont surtout réservées aux petites bennes.

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