Les secrets de l’aérodynamisme : pourquoi le Cx est si crucial pour les voitures électriques

À l’époque du tout thermique, le coefficient de traînée aérodynamique était déjà un élément important, mais les constructeurs ne communiquaient pas forcément dessus. À l’heure de la voiture électrique, cette donnée est aujourd’hui présente dans toutes les fiches techniques, même des modèles les plus « basiques », alors que le Cx, dans l’univers du thermique, est souvent associé aux performances et, par conséquent, à la sportivité.

Pour la voiture électrique, c’est différent. Dans cette incessante course à l’autonomie, qui devrait toutefois se calmer avec la densification et la fiabilisation du réseau de recharge et la fin de cette « peur de la panne », le coefficient de traînée aérodynamique est un élément important puisqu’il est souvent considéré comme le deuxième facteur le plus important pour l’autonomie d’une voiture après la capacité de la batterie (en kWh). Mais qu’est-ce que le Cx concrètement ?

Avant même de commencer, le Cx jour un rôle sur plusieurs tableaux et non pas seulement sur la consommation (et donc l’autonomie) d’une voiture électrique ou d’un modèle thermique. Non, l’aérodynamisme d’une voiture est aussi une variable qui va influer sur le comportement ou encore le confort.

L’étude de l’aérodynamisme

L’étude des flux d’air est la même chose que l’étude des fluides, c’est-à-dire qu’il s’agit de la même équation mathématique. Sans entrer dans d’incompréhensibles calculs que seuls certains ingénieurs pourraient comprendre, sachez que l’air est un fluide comme les autres et se comporte de la même manière que l’eau. Pour schématiser le plus possible, c’est comme si nous, humains, vivions dans un énorme aquarium où l’eau est remplacée par de l’air.

Mais l’air ce n’est pas de l’eau ? Effectivement, et même si la résistance de l’air est environ 800 fois inférieure à celle de l’eau, elle est tout de même suffisamment importante pour qu’elle ait une véritable influence sur les mouvements, surtout quand on parle de voitures.

Il s’agit d’un processus somme toute naturel, qui a été « transformé » en équation afin de mieux comprendre son importance. Les fluides font partie de la notion de coefficient de traînée (aussi nommé Cx), et il s’agit d’un coefficient qui indique la résistance d’une forme face à un vent de face. C’est globalement plus facilement compréhensible lorsque vous êtes amené à visionner une vidéo sur le travail en soufflerie des ingénieurs aérodynamiciens, où les fluides sont matérialisés par ces traînées blanches dans la vidéo ci-dessous.

Comme vous l’avez sans doute remarqué, le Cx se mesure avec des chiffres. Il est situé entre 0.05, soit la forme la plus aérodynamique, et 1.4. La forme la plus aérodynamique est la goutte d’eau, et c’est de cette forme que les constructeurs de voitures veulent le plus se rapprocher, tout en faisant entrer dans l’équation design, émotion, sécurité, confort, comportement dynamique, etc. La forme la moins aérodynamique, logiquement, c’est la forme plate face au vent, le fameux « parpaing » dans le jargon de la voiture.

Mais le coefficient de traînée est une notion plus complexe que ça, puisqu’il y a tout de même quatre types de traînées différents :

• Trainée de forme : c’est l’air qui vient percuter frontalement une forme, la notion la plus « simple » à comprendre ;
• Trainée de surface : il s’agit du frottement de l’air contre la carrosserie, qui provoque aussi une forme de résistance ;
• Trainée de turbulence : ce sont les remous qui se forment aux abords de certaines formes qui freinent encore un peu plus le tout, c’est pour ça que l’on voit sur certaines voitures des petits appendices aérodynamiques à certains endroits précis ;
• Trainée interne : c’est la résistance liée à l’air qui circule dans la voiture : air récupéré pour l’aération de l’habitacle par exemple.

Avec ces quatre éléments, vous avez sans doute maintenant compris pourquoi, sur un aileron par exemple, il y a parfois certains petits évents ou, sur certaines voitures sportives, il y a des appendices aéros au niveau des boucliers. Cela va même parfois encore plus loin, parce que si vous regardez ne serait-ce qu’un rétroviseur, l’éventuel léger pli de carrosserie qui s’étend sur deux centimètres n’a rien d’anodin et a sûrement une fonction aérodynamique.

Récemment, Volkswagen a détaillé la manière dont sa nouvelle ID.7 pouvait se targuer d’une autonomie de 700 km, en expliquant les éléments aérodynamiques qui rendaient possibles cette bonne performance.

Attention toutefois, car dans l’univers de la voiture, rien n’est simple. Il y a encore une équation dans l’équation elle-même à résoudre. Une voiture trop aérodynamique n’est pas non plus un gage d’excellence, bien au contraire, et ce ne sont pas les pilotes en sport auto qui nous dirons l’inverse.

En effet, un Cx bas indique que la voiture peut avoir un appui aérodynamique très moyen, en d’autres termes, cela peut leur faire perdre en appui à hautes vitesses et ainsi réduire la tenue de route. Bon, pour les voitures sportives, on a trouvé la parade depuis déjà longtemps, notamment avec des ailerons toujours plus élaborés capables d’apporter une « charge » sur la partie arrière afin de plaquer la voiture au sol.

Du côté des voitures électriques, elles ont un aérodynamisme optimisé au maximum, pour éviter que leur autonomie soit trop restreinte. Cela ne veut pourtant pas dire que ce sont des savonnettes sur la route, et de toute manière entre le poids qu’elles font et les performances, ce genre de problème n’existe pas. Et quand bien même ça existe un jour, nous verrons tout simplement des voitures électriques avec des appendices aérodynamiques proches des sportives thermiques actuelles. Surtout que leur centre de gravité est très bas, grâce à leurs batteries intégrés dans leur soubassement.

Quelles différences entre Cx et SCx ?

Si vous avez pour habitude d’éplucher les fiches techniques des voitures, vous avez sans doute remarqué qu’il y avait deux éléments pour mesurer l’aérodynamise d’une voiture : le Cx et le SCx.

Ces deux éléments sont bien évidemment liés, le SCx étant tout simplement le coefficient de traînée multiplié par la surface frontale exposée à l’air en m². Cela permet de réellement comparer deux modèles contrairement au Cx seul.

En d’autres termes, le Cx fait référence à la forme de la voiture, vue de côté. Alors que le SCx fait référence à l’intégralité de la surface de la voiture qui sera en contact avec l’air.

En effet, on arrive parfois à deux Cx identiques pour deux voitures qui n’ont pourtant pas la même forme, notamment entre un SUV et une berline. Mais quand la différence de surface entre dans l’équation, cela change considérablement la donne. Ainsi, un SUV, qui a pourtant le même Cx qu’une berline, aura un SCx nettement plus haut à cause de la forme de sa carrosserie qui aura une résistance plus importante a l’air.

Et qui dit SCx plus élevé dit forcément consommation en hausse, surtout à hautes vitesses. Car à basse vitesse (comme en ville), c’est surtout le poids qui agit sur la consommation.

Sur quoi influe l’aérodynamisme d’une voiture ?

Comme énoncé plus haut, et c’est souvent un abus de langage marketing de la part des constructeurs, le Cx ne joue pas uniquement sur les consommations des voitures électriques ou thermiques. Certes, il s’agit d’un élément important, mais ce n’est pas le principal.

L’aérodynamisme influera aussi sur les performances et le comportement à haute vitesse. Une gestion optimisée des flux d’air permet d’accroître le confort en réduisant le plus possible les bruits d’air tout en améliorant l’insonorisation. Sur certaines voitures, les ailerons rétractables aident pour la consommation, mais aussi pour améliorer l’écoulement des flux dans le but de diminuer le plus possible les turbulences qui pénalisent le Cx.

Pour en revenir à la consommation, et ça, tout le monde l’a compris, réduire le taux de pénétration dans l’air permet donc de réduire l’énergie consommée. Si, à faible vitesse, la résistance de l’air paraît anecdotique, elle va s’accentuer quand la vitesse augmente. À partir de maintenant, vous devez sans doute faire le lien avec les fameux ailerons rétractables sur certaines voitures qui s’activent automatiquement en fonction de la vitesse.

Plus on va vite donc, plus la résistance augmente, et c’est aussi pourquoi il existe de fortes disparités entre certains modèles électriques concernant leurs consommations sur autoroute à 130 km/h. Deux modèles de voitures électriques peuvent annoncer une autonomie similaire sur le cycle théorique WLTP, mais avoir une autonomie sur autoroute totalement différente, à cause de leur aérodynamisme. Nous avons déjà pu voir la problématique sur les voitures qui parcourent les longs trajets le plus rapidement possible.

Quelles sont les voitures électriques dotées du meilleur Cx ?

Vous l’aurez compris, pour une voiture électrique, un bon Cx veut en partie dire que l’autonomie est souvent intéressante en fonction de la capacité de la batterie et du segment. Voici un petit récapitulatif des voitures électriques les plus aérodynamiques. Et comme vous pouvez le constater, il s’agit de voitures particulièrement onéreuses, à l’image de la première du classement, la fameuse « voiture solaire » Lightyear 0.

Mais il y a encore mieux que les voitures présentes dans le tableau ci-dessus. La meilleure du lot, c’est l’Aptera, une étonnante voiture solaire sur trois roues qui est disponible à la commande. Toutes les informations la concernant sont à retrouver dans notre sujet dédié. Retenez simplement qu’elle bénéficie qu’un Cx record de seulement 0,13 !

Plus récemment, et plus consensuel aussi, il y a eu le prototype Mercedes EQXX, qui avait pour but de souligner l’importance d’un bon aérodynamisme pour une bonne autonomie. Mission accomplie puisque le concept de Mercedes EQXX a parcouru 1 202 km à travers l’Europe, entre Stuttgart et Silverstone, en prenant le tunnel sous la Manche. La voiture affiche un Cx de seulement 0,17.

La Mercedes Vision EQXX a consommé, en moyenne, 8,3 kWh/100 km pour une voiture de 1,7 tonne. Un chiffre à comparer avec la Lightyear 0 qui avait parcouru plus de 700 km avec une consommation d’environ 8,9 kWh/100 km et une vitesse moyenne de 85 km/h pour un poids de 1,6 tonne. Certes, la taille de batterie n’est pas la même (environ 100 kWh sur l’Allemande, contre 60 kWh pour la Lightyear), mais les consommations restent similaires.

C’est notamment pour cette raison que Ford veut désormais concevoir des voitures avec un aérodynamisme ultra-travaillé, pour éviter d’emporter des grosses batteries, et donc d’augmenter le prix de vente de la voiture et son impact sur la planète. Même son de cloche du côté de Toyota qui travaille le design de ses voitures avec l’intelligence artificielle pour améliorer le fameux Cx.