Pour obtenir des moteurs plus puissants, plus économiques, plus écologiques, les surfaces des pièces en mouvement ont beaucoup évolué.

Des moteurs de course que la réglementation impose à 95 kg, c’est grâce à des progrès qui font que la mécanique approche la science presqu’exacte en deux décennies.

En 1990, les moteurs de Formule Un représentaient le sommet de l’art des mécaniciens. Avec 3 litres de cylindrée, les V8 et V12 développaient près de 700 chevaux pour un poids de 200 kg. Moins de 20 ans plus tard, le législateur impose 95 kg aux constructeurs pour éviter une escalade aux conceptions trop technologiques et les coûts de fabrication. On retrouve la même évolution sur la route. Pour parvenir à de telles évolutions, des matériaux d’exception sont utilisés.

Généralisation d’une métallurgie haut de gamme

Où se situent les évolutions des modèles de série ? en 1980, un moteur haute performance, pour être léger devait avoir un bloc-cylindres en aluminium. Il était alors chemisé en fonte. « Cela amenait des variations de positionnement des pièces entre l’état à froid et moteur chaud, nous dit Laurent Versyp, le motoriste que nous avons sollicité. Depuis, soit les constructeurs sont revenus à des conceptions tout fonte (hormis la culasse bien sur) ou tout aluminium, avec des inserts acier pour les chemises ou des traitements sur l’aluminium. » Chaque constructeur défend en effet sa propre vision de la performance en terme de réalisation. Les plus éloquents sont BMW et Porsche. Le premier a sorti un superbe bloc à six cylindres qui insère un ensemble de chemises en aluminium allié d’une seule pièce dans un bloc en magnésium. Le gain est de 12 kg pour un bloc de 50 kg. C’est très important quand par ailleurs sur la voiture, on traque le gramme. D’autant que le moins de matière il y a, moins élevée est la facture finale. Porsche est toujours défenseur du bloc en aluminium traité « Nikasil ».

Des constructions optimisées par conception

Magnésium, aluminium, traitements … autant de matériaux et procédés qui sont connus depuis très longtemps. « Il faut voir les gains qui sont obtenus sur des moteurs récents comme la preuve que désormais, la conception par ordinateur est arrivée à maturité, nous répond Laurent Versyp. Chaque renfort pratiqué sur un bloc-cylindres est indispensable. » Il n’y a plus de dessin qui naisse de l’expérience. Les caractéristiques mécaniques des métaux sont parfaitement connues, qu’ils soient usinés, forgés ou viennent de fonderie. Chaque gramme de métal est utile à la résistance de l’ensemble. C’est aussi pour cela que même les blocs en fonte d’acier sont performants. C’est également vrai pour l’ensemble des autres pièces. Les pistons sont plus courts, plus légers et leur déformation est mieux maîtrisée, les segments sont mieux dimensionnés, s’usent moins et frottent moins sur le fût du cylindre, les bielles sont plus légères. Une moindre inertie en reprise, une meilleure exploitation de la combustion pour une puissance sans cesse en progrès.

Le bloc du 6 cylindres essence BMW optimise la fabrication en alliage. Le bloc-cylindres en alliage d’aluminium et traitement Nikasil est inséré par fonderie à la peau extérieure en magnésium.

Métaux, il faut jouer des alliages

De l’aluminium pour la majorité des pièces mécaniques, ça ne suffit pas. L’aluminium est un métal léger et peu coûteux, mais pur, il n’est pas résistant aux efforts mécaniques. L’aluminium a toujours été allié à d’autres éléments chimiques, en général des métaux également, qui lui apportent la résistance mécanique, thermique et aux frottements. Pour réduire la masse de leurs moteurs, les constructeurs utilisent donc aujourd’hui des blocs tout alliage, sans chemises, pour des mécaniques un peu plus performantes. Née aux USA, la technique Alusil utilise l’insertion de particules de silicium dans l’aluminium du bloc. Celui-ci est très dur et résistant à l’abrasion, tout en assurant un frottement minimal. Pour obtenir cet état, il est nécessaire de traiter l’ensemble du bloc et celui-ci est particulièrement coûteux. L’usinage est particulièrement délicat, une pellicule d’aluminium étant retiré chimiquement dans les alésages. Le Nikasil est né des travaux du fabricant de pièces moteurs Mahle pour fiabiliser le moteur à pistons rotatif Wankel. Le bloc cylindres en aluminium reçoit un traitement dans les chemises. Un revêtement de nickel et de silicium est appliqué sur quelques dixièmes de millimètres. Plus simple à réaliser, le Nikasil est préféré désormais par un bon nombre de fabricants de moteurs.

Qu’attendre des prochaines générations de moteur ? Les évolutions appliquées dernièrement sont les premières d’étapes très fructueuses. Ils apportent leur lot de nouveauté, à commencer par l’injection directe, la distribution variable et la suralimentation par turbocompresseur. La Mégane RS26 est motorisée par un 2.0 l de cylindrée là où les ingénieurs auraient installé un 3.0 l il y a dix ans. Les prochaines sportives de référence auront un 1.5 l, peut-être même en 3 cylindres ! On s’éloigne du ronronnement impressionnant des V12 de nos fantasmes.