Les transferts de charge

La notion de transferts de charge dans le pilotage est toujours délicate à aborder : c'est un sujet vaste, qui demande de solides connaissances en mathématiques. On va ici éclaircir les choses avec une approche technique simple, mais il faudra (encore) faire un peu de maths pour comprendre ce qui se passe lors des phases d'accélération ou de décélération sur nos circuits préférés.

Il est important d'éliminer tout de suite une grande confusion entre les termes "masse" et "charge". Si un jour un instructeur professionnel vous parle de transferts de masse lors d'un briefing, vous avez là un moyen de le coller très facilement ! Le transfert de masse existe : il signifie littéralement qu'une masse bouge d'un point A vers un point B. Il est constamment présent lorsque vous roulez, et correspond au déplacement du centre de gravité du véhicule en fonction du déplacement des pièces en mouvement. Mais les efforts engendrés sont beaucoup moins importants que ceux des transferts de charge, qui représentent des forces physiques directement liées aux mouvements de caisse : cabrage, plongée, roulis... Si on vous parle de transferts de masse lors d'un stage de pilotage, soit vous êtes en train de chercher les derniers millièmes de seconde à grappiller avec vos ingénieurs de piste, soit le moniteur ne sait pas de quoi il parle !

Répartition de la charge

La première chose à retenir est que, lorsque vous pilotez, ce que vous faites aux pédales est au moins aussi important que ce que vous faites au volant. Le dosage de la pression sur l'accélérateur ou sur la pédale de frein a une influence directe sur le comportement de la voiture. En accélération, elle se cabre et "charge" l'arrière. En freinage, elle plonge et "charge l'avant". Ces mouvements de caisse sont très faciles à percevoir sur un véhicule haut et aux suspensions "molles" (les propriétaires de Dacia Duster sont appelés à la barre...), mais moins sur un véhicule de compétition comme une monoplace ou un proto. Pourtant, même quasiment imperceptibles de l'extérieur sur un véhicule de course, les transferts de charge n'en sont pas moins importants : les ingénieurs châssis les surveillent de près pour savoir comment la voiture va se comporter lors des phases d'appui.

Lorsque l'on roule, la voiture n'est jamais dans la même position : la charge est répartie sur les quatre roues en fonction de ce qu'on lui demande. Si vous tournez à gauche en accélérant, c'est la roue arrière droite qui subit le plus de charge. La majorité des circuits tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, on tourne plus souvent à droite et on use parfois plus vite les pneus du côté gauche ! C'est aussi pour cela qu'en compétition de très haut niveau, les réglages de suspension peuvent être différents à droite et à gauche, pour s'adapter au circuit concerné. Il y a de quoi se tirer les cheveux, tant il y a de possibilités...

Sous-virage, sur-virage

Le meilleur moyen de comprendre l'influence des transferts de charge sur le comportement de la voiture est de choisir une aire plane et de tourner en rond. J'ai bien dit "tourner en rond", et non faire des donuts gaz à fond avec le volant en butée de contre-braquage (amis BMistes, je vous salue !). Vous pouvez prendre un rond-point, mais si nos "copains" de la maréchaussée nous lisent, ils vont crier au scandale en affirmant que Racer's incite les lecteurs à faire n'importe quoi sur la route...

Maintenez une vitesse constante pour faire vos ronds, disons 50 km/h. Sans changer votre angle de braquage (la position du volant), accélérez... Que se passe-t-il ? Votre voiture se cabre vers l'arrière, les roues avant sont "déchargées" et la voiture s'écarte de la trajectoire initiale en décrivant de plus grands cercles : on parle de transfert de charge vers l'arrière. Cela implique deux choses importantes.

Tout d'abord, on comprend facilement que, pour passer la puissance d'une voiture, il est préférable d'avoir les roues arrière motrices, car en phase d'accélération ce sont elles qui sont plaquées au sol. Je n'ai rien contre les sportives à traction, qui savent être très rapides, mais ce n'est pas la solution la plus efficace (d'ailleurs, si c'était le cas, les Formule 1 seraient très certainement des tractions...). En réalité, la solution la plus efficace serait probablement une quatre roues motrices : lorsqu'on tourne en accélérant, la roue avant extérieure au virage est également chargée, donc on peut l'utiliser pour passer la puissance au sol. C'est pour cela que, si l'on regarde l'histoire du sport automobile, les quatre roues motrices ont vite été interdites. Audi avait tenté l'expérience au début des années 90 avec son système Quattro sur les Audi 80 de Supertourisme, en écrasant littéralement la concurrence, puis la réglementation a changé. De nos jours, avec Audi toujours, les quatre roues motrices reviennent à la charge en endurance sur les hybrides E-Tron Quattro, habile détournement de la réglementation pour redistribuer de la puissance électrique sur les roues... avant !

Ensuite, deuxième point important : lorsqu'on accélère, les roues avant sont déchargées. Sur circuit, en sortie de virage, on ne peut donc pas se permettre de réaccélérer trop fort avec les roues braquées, sous peine de voir la voiture "sous-virer". Les roues avant, en manque de charge, ne peuvent plus répondre à nos sollicitations au volant : on leur demande de tourner alors qu'on les décolle du sol. Pas étonnant que les pneus avant hurlent au secours dans cette situation !

J'en profite pour faire une recommandation aux pilotes amateurs qui roulent en club : avant de crier au scandale parce que votre voiture sous-vire, et d'investir des milliers d'euros dans de nouvelles suspensions, de nouveaux pneus ou de nouveaux réglages, pensez à prendre un cours de pilotage avec un instructeur qui montera en passager : ça vous coûtera beaucoup moins cher. Souvent, une voiture sous-vire exagérément parce qu'on lui demande de sous-virer ! Je ne dis pas qu'installer du matériel "performance" ne sert à rien, loin de là, et vous trouverez dans les prochains numéros de Racer's de nombreuses informations sur les matériels dédiés à la piste. Mais ce matériel "racing", qui nous permet de rouler de plus en plus fort sur piste, masquera certains défauts de votre pilotage si vous débutez, car il encaisse mieux les efforts. Lorsqu'on pilote sur circuit, il faut constamment faire progresser sa technique personnelle avant de vouloir mettre de la vitesse...

Le sous-virage n'intervient pas uniquement lorsqu'on perd la charge sur l'avant. Lorsque les roues sont bloquées à cause d'un freinage trop puissant, on a beau charger tout ce qu'on veut le train avant, la voiture ne veut pas tourner et sous-vire : nos pneumatiques ont une limite d'adhérence que l'on ne peut pas franchir.

Revenons à notre aire plane, où vous décrivez des cercles à vitesse constante. Maintenant, toujours sans changer votre angle au volant, lâchez brusquement l'accélérateur. L'avant de la voiture plonge et elle se rapproche de l'intérieur du virage. En lâchant brusquement l'accélérateur, on a généré un transfert de charge sur l'avant, ce qui donne plus de pouvoir directionnel aux roues puisqu'elles sont "appuyées" sur le sol. C'est pour cela que, dans des courbes rapides comme la courbe Dunlop du Mans ou Blanchimont à Spa-Francorchamps, il est important de ne pas lâcher l'accélérateur en pleine courbe, sous peine d'avoir un train arrière complètement déchargé qui cherchera à passer devant !

On parle ici de "sur-virage". Il diffère du survirage de "puissance", où il suffit d'écraser l'accélérateur sur une propulsion pour que les roues arrière patinent et que la voiture se dérobe. Ce survirage est dangereux pour les non-initiés et il est éliminé sur les voitures de série par les constructeurs, grâce à des réglages de trains roulants "sécurisants" et à des aides électroniques omniprésentes. Mais lorsqu'on déconnecte l'ESP, attention au lever de pied en courbe rapide !

Rentrer sur les freins

Ce transfert de charge sur l'avant est l'un des points les plus importants du pilotage sur circuit. Le maîtriser fait gagner de précieuses secondes, mais c'est aussi le plus difficile à apprendre. Si l'on compare deux pilotes qui arrivent dans le même virage à la même vitesse, l'un avec le pied sur l'accélérateur et l'autre avec le pied sur le frein, les trajectoires seront complètement différentes. Tout l'art du pilotage consiste à doser la pression sur les freins pour "jouer" avec le transfert de charge sur le train avant en entrée de virage. Cela permet d'augmenter le pouvoir directionnel (donc d'aider la voiture à tourner) tout en gardant une vitesse de passage plus élevée. On parle ici d'inscription en virage. Si un jour un moniteur d'auto-école vous a enseigné que, lorsque l'on tournait, il fallait remettre le pied sur l'accélérateur, vous allez devoir sortir ça de votre tête pour piloter sur circuit...

Des maths... encore et toujours

Si je me lançais dans l'explication mathématique des transferts de charge longitudinaux (de l'avant vers l'arrière et inversement) et transversaux (de la gauche vers la droite et inversement), un seul numéro du magazine n'y suffirait pas, et je doute que vous ayez envie de suivre un cours de maths sup avant une journée de roulage sur piste ! Je ne vous donne donc qu'une seule formule, pour avoir une vision des paramètres qui influent sur les transferts de charge. Le transfert de charge longitudinal s'exprime ainsi :

Transfert de charge = M × γ × h / E

• M : la masse ;
• γ : l'accélération ou la décélération (exprimée en g) ;
• h : la hauteur du centre de gravité ;
• E : l'empattement.

On comprend facilement qu'une Formule 1, même si elle a une masse faible et un centre de gravité très bas, subit un transfert de charge important du fait de ses capacités d'accélération et de décélération très fortes ! Une voiture de série, au hasard un Scénic, subit une décélération maximale d'environ 1 g en freinage d'urgence avec des pneus de série. Sur une Formule 1, avec des pneus slicks et de l'appui aérodynamique, ça peut monter jusqu'à 4 g. Vous imaginez donc l'importance des transferts de charge, même s'ils sont très peu perceptibles de l'extérieur.

Ces transferts de charge, nous allons chercher à les exploiter dans notre pilotage. Vous allez me dire : facile, je freine plus tard que tout le monde, je reste à fond sur les freins en entrée, j'aurai un énorme transfert de charge et je rentrerai parfaitement dans mon virage avec de la vitesse. Mais ce n'est pas pour rien que la maîtrise des transferts de charge est le point le plus difficile à apprendre en pilotage automobile...

Le cercle d'adhérence du pneu

Avant de pouvoir exploiter les transferts de charge, il faut prendre en compte notre environnement : pneumatiques, état de la piste, météo... Il est assez facile de comprendre que l'on ne va pas pouvoir solliciter les liaisons au sol de la même manière par beau temps, avec des pneus slicks sur un revêtement parfaitement lisse, que sous la pluie avec des pneus de route usés. On pourra se permettre de charger davantage le train avant (grosse pression sur les freins) avec une forte adhérence, alors qu'il faudra être plus vigilant lorsqu'il y a moins de grip. La météo et le revêtement sont des paramètres sur lesquels nous ne pouvons pas intervenir (sauf si vous êtes sacrément riche !) : c'est à nous, pilotes, de nous adapter. Nous serons principalement limités par nos pneumatiques qui, à un certain moment, n'accepteront plus la contrainte et glisseront. Cette limite peut être repoussée en améliorant la qualité des pneus ou en ajoutant de l'appui aérodynamique, par exemple, mais il y aura toujours un moment où le pneu arrivera à saturation.

Prenons l'exemple d'une Formule 1, en slicks sur une piste parfaitement sèche, dont le pilote a le volant braqué et les roues bloquées. La combinaison angle au volant / pression sur les freins est au-delà de ce que peut encaisser le pneumatique : les roues bloquent et la voiture tire tout droit. Même au plus haut niveau, le matériel ne fait pas tout et il faut respecter certaines règles.

On imagine très bien la situation grâce à un graphique que l'on nomme le cercle d'adhérence du pneu (ou cercle de Kamm), qui n'est en fait pas un cercle mais plutôt une ellipse. Il permet de modéliser l'effort que l'on peut demander à un pneu en fonction de l'accélération et de l'angle au volant. Il représente la limite d'adhérence : à l'intérieur, ça adhère ; en dehors, ça glisse. On voit clairement que les efforts longitudinaux sont mieux encaissés par le pneu que les efforts transversaux. Selon le type de pneumatique, ce "cercle" varie : plus ou moins haut, plus ou moins large.

Le travail de l'ABS

Lorsqu'on est en ligne droite et que l'on freine, on essaie de se situer au point A : on freine fort, jusqu'à la limite d'adhérence du pneumatique mais sans la dépasser, sinon les roues sont bloquées. Si l'on tourne les roues, on est obligé de réduire sa pression de freinage pour ne pas sortir du cercle et garder de l'adhérence.

C'est exactement le rôle de l'ABS lors d'un freinage d'urgence : il soulage la pression sur les freins pour que vous restiez dans le cercle d'adhérence et gardiez ainsi du pouvoir directionnel. Sans ABS, lorsque les roues sont bloquées, vous avez beau les tourner, il ne se passe pas grand-chose et vous tirez tout droit !

Pilotage

Intéressons-nous maintenant à notre pilotage à l'approche d'un virage. Je suis au point A (sur le cercle d'adhérence), roues droites, et je viens de faire le meilleur freinage de ma vie : tard, fort et sans bloquer les roues ! Je vais devoir braquer mes roues jusqu'au point B (dans cet exemple, je tourne à droite). Il faut que je suive la ligne du cercle qui va de A à B. En pratique, cela se traduit par le fait de relâcher la pression sur la pédale de frein au fur et à mesure que je tourne le volant. On nomme ce type de freinage le freinage dégressif, qui respecte la règle suivante : plus je braque, moins je freine. Il existe un lien permanent entre ce que vous faites au volant et ce que vous faites aux pédales.

Vous allez me demander : "C'est bien gentil, mais quand est-ce que j'arrête de freiner ?" Je vous renvoie à l'article sur les trajectoires du numéro 1 de Racer's, qui indique qu'il n'est possible de réaccélérer dans un virage que si la voiture est orientée vers la sortie. Il n'y a pas de vérité universelle au sujet du point de fin de freinage. Dans un virage serré, à rayon variable, il est souvent proche du point de corde, mais chaque virage a ses propres caractéristiques. Pour le déterminer, il faudra prendre en compte votre environnement : voiture utilisée, revêtement, pneumatiques, météo... Mais retenez toujours que ce qui importe, c'est de préparer la sortie de virage.

Et la réaccélération ?

Une fois la voiture orientée vers la sortie de virage, je vais pouvoir songer à réaccélérer. Mais si j'accélère trop fort avec les roues braquées, je vais sortir du cercle... La pression sur l'accélérateur doit donc être l'exact opposé de celle exercée pendant le freinage dégressif. On parle d'accélération progressive : plus j'ouvre le volant, plus je peux accélérer...

Cet article est issu du numéro 2 de Racer's, le magazine de Marc Peraldi. Merci Marc !