Pneus Ultimes en efficacité énergétique
1 plein sur 5 est utilisé pour les pneus sur véhicules de tourisme, 1 sur 3 pour les camions ... et bien plus pour un véhicule du Shell Eco-marathon, jusqu’à 70% !
Pour le Shell Eco-marathon, Michelin développe des pneus ultimes en efficacité énergétique qui sont 5 fois plus efficaces en énergie que les meilleurs pneus disponibles pour les voitures de tourisme standard.
Efficacité énergétique et résistance au roulement
L’efficacité énergétique est liée à la réduction de la résistance au roulement du pneu.
Résistance au roulement
La résistance au roulement du pneu est liée essentiellement à la déformation du pneu.
La résistance au roulement est l’une des forces (en daN) qui s’opposent à l’avancement du véhicule.
Les forces de résistances à l'avancement autres que celles dues aux pneus
La force aérodynamique ou trainée est donnée par Fx = ½ ρ V² S Cx avec :
• ρ = masse volumique de l’air (en kg/m3)
• V = vitesse du véhicule (en m/s)
• S = surface frontale du véhicule (en m2)
• Cx = coefficient de traînée
Les valeurs de Cx pour une voiture sont aux alentours de 0.3 (0.38 pour un SUV). To optimize it, aerodynamics studies have to be lead in 3D fluid mechanics computing and wind tunnel testings.
La force d’inertie est liée à la masse du véhicule. Les frottements peuvent être réduits en optimisant les transmissions mécaniques en utilisant du lubrifiant.
Les forces de gravité, Fg, n’entrent en jeu que si la route parcourue présente des pentes. Les forces de gravité sont d’autant plus grandes que la pente est forte et que la masse du véhicule grande.
Fg = M g sin α
Où M est la masse du véhicule en kg, g l’accéleration de la pesanteur (9.81 m/s²), α l’angle de la pente.
Part de la résistance au roulement des pneus dans les forces freineuses
Résistance au roulement et coefficient de résistance au roulement
Le coefficient de Résistance au Roulement d’un pneu (CRR), c’est la force de RRt (FRR) ramené à une charge (FZ). Le coefficient est exprimé en kg/t. Un pneu ayant un coefficient de résistance au roulement de 10kg/t est équivalent pour une voiture à monter en permanence une pente de 1%.
La résistance au roulement d’un pneu (FRR) est égale au coefficient de RRt (CRR) multiplié par la charge portée par les pneus (FZ).
FRR = CRR x FZ
Résistance au roulement des pneus et énergie
Le véhicule, pour vaincre la résistance au roulement des pneus, va consommer de l’énergie. Si le véhicule était « parfait » (rendement du moteur à 100%, pas de traînée aérodynamique, pas de frottement interne (dû au moyeu, au différentiel et aux plaquettes de frein), pas d’inertie,...), la part du pneu dans la consommation serait de 100%.
L'équipe "La Joliverie" participant au Shell Eco-marathon, sur leur Shell Eco-marathon Urban Concept "CityJoule", a réussi à abaisser le Cx à une valeur inférieure à 0,1, à réduire le poids du véhicule à 83 kg, ce qui réduit les pertes dues au frottement : la contribution du pneumatique dans la consommation de ce véhicule est alors proche de 70% !
En savoir plus sur l'énergie consommée en raison de la résistance au roulement
L’énergie dépensée par le pneu (E) est le produit de la force due à la résistance au roulement (FRR) par la distance parcourue (d).
E = FRR x d et FRR = CRR x FZ donc :
E = CRR x FZ x d
A partir de cette formule, on peut parler d’efficacité énergétique du pneu en comparant des distances parcourues par un véhicule (parfait) pour une quantité d’énergie donnée (il convient de prendre le kWh).
d = E / ( CRR x FZ ), 1 kWh = 3 600 000 J, 1 J = 1 Nm, FZ = M x g, donc :
d (km) = 3 600 000 / (CRR(kg/t) x M(kg) x 9.81)
Ainsi, si l’on compare un pneu Urban Concept à un pneu MICHELIN Energy Saver + (à poids identique) :
Crr en kg/t | Poids véhicule + pilote en kg | Nb de km pour 1 kWh | |
|---|---|---|---|
Pneu MICHELIN Urban Concept | 1.3 | 160 | 1764 |
Pneu MICHELIN Energie Saver+ | 8 | 160 | 287 |
Un pneu Urban Concept est environ 6 fois plus efficace qu’un des pneus du commerce des plus efficaces énergétiquement.
Si l'on compare à l'usage, avec les poids respectifs des véhicules (considérés parfaits) :
Crr en kg/t | Poids véhicule + pilote en kg | Nb de km pour 1 kWh | |
|---|---|---|---|
Urban Concept équipé de pneus MICHELIN | 1.3 | 160 | 1764 |
Citadine équipée de pneus MICHELIN Energie Saver+ | 8 | 1500 | 31 |
Un véhicule Urban Concept est environ 57 fois plus efficace qu’un véhicule équipé des pneus du commerce des plus efficaces énergétiquement.
D’où l’intérêt pour les constructeurs d’alléger leurs véhicules afin de réduire la consommation en énergie, pour soit réduire les émissions de CO2, soit augmenter l’autonomie du véhicule électrique.
Pour le dernier exemple, on peut dire également dire que tous les 31 km, il faut injecter 1kWh pour contrer la résistance au roulement des pneus sur la citadine choisie.
Remarque :
1 L d'essence | 1 L de gasoil | |
|---|---|---|
Pouvoir énergétique du carburant | 9.12 kWh | 9.97 kWh |
Emission de CO₂ du carburant | 2.35kg de CO₂ | 2.65kg de CO₂ |
Importance de la pression de gonflage
Pour atteindre le niveau d'efficacité énergétique maximum d'un pneu, la pression de gonflage recommandée doit être respectée.
Les pressions recommandées pour les pneus Shell Eco-marathon sont de 700 kPa pour le pneu prototype 45/75R16 et 500 kPa pour le pneu Urban Concept 95/80R16. Bien entendu, en fonction des paramètres du véhicule, cela peut varier légèrement.
L'influence d'un mauvais gonflage
Le sens des flèches représente une amélioration ou une dégradation de la performance.
Performance | Sous gonflage | Sur gonflage | Commentaire |
|---|---|---|---|
Adhérence faible hauteur d'eau | ↗ | ↘ | Effet surface aire de contact |
Adhérence forte hauteur d'eau | ↘ | ↗ | Effet d'étrave |
Endurance | ↘ | ↗ | Moins de déformation |
Longévité | ↘ | ↘ | Usure anormale |
Confort | ↗ | ↘ | Moins de rigidité verticale |
Comportement | ↘ | ↘ | Accord pneu/véhicule |
Economie de carburant | ↘ | ↗ | Moins de déformation |
Confort acoustique (bruit intérieur) | ↘ ou ↗ | ↘ | Accord pneu/véhicule |
D’où l’importance de respecter les pressions préconisées.
Des pneus Ultimes en efficacité énergétique
Grâce aux conditions spécifiques du Shell Eco-marathon -faibles poids et vitesse-, la résistance au roulement a pu être considérablement réduite jusqu'à environ 1,3 kg / t, donc 5 fois plus efficace énergétiquement que le pneu du commerce le plus efficace énergétiquement, tout en maintenant un haut niveau des autres performances attendues.
C'est ce que nous appelons MICHELIN Total Performance, plus de performances réunies dans un seul pneu grâce aux technologies de pointe Michelin.
La forme des pneus annoncent l'avenir du pneu : haut et étroit (« Tall & Narrow »).