Pourquoi les moteurs turbo consomment moins ?

Plan de l'article :

Compression accrue
Régimes moins élevés ?
Dilatation de l'air ?!
Permet le downsizing ? Réduit la consommation sur cycle normalisé WLTP ?
Un moteur turbo peut consommer plus qu'un atmosphérique ?

C'est une tendance irrémédiable, les moteurs modernes sont systématiquement équipés de turbocompresseur afin de réduire leur consommation lors des tests d'homologation de type WLTP.
Mais pourquoi l'ajout d'un turbo permet de réduire la consommation ? Et cette réduction est-elle toujours valable ou y -t-il des contextes où le moteur turbo pourrait à l'inverse faire surconsommer ?
Tentons de comprendre le pourquoi du comment en étudiant plusieurs aspects et conséquences de la présence d'un dispositif de suralimentation (ici turbocompresseur, le compresseur étant bien plus rare et moins efficient).

Compression accrue

Avant toute chose, il faut savoir qu'un taux de compression élevé (différentiel entre PMB et PMH, qui va plus ou moins comprimer l'air) permet d'accroître le rendement d'un moteur (plus de puissance pour une même dose de carburant injectée). Il y a toutefois une limite puisqu'à partir d'un certain stade les contraintes peuvent venir pénaliser la fiabilité et la pérennité du moteur. On cherche alors à augmenter le plus possible le taux de compression dans la limite du tolérable (il faut aussi savoir qu'à haut régime un taux de compression important devient très dangereux pour la mécanique).

Si j'ajoute un turbo, je vais accroître encore davantage la compression dans le moteur puisque le turbo va gaver encore plus les cylindres en comburant. Pour éviter d'atteindre des valeurs trop importantes, je vais compenser en ayant un moteur qui a un taux de compression moins élevé à la base (bien distinguer le taux de compression qui est le différentiel entre PMB et PMH de la compression qui inclut aussi le gavage par le turbo).
L'important à retenir ici est qu'au final j'aurais dans mes cylindres plus de compression quand le turbo va s'activer (à partir d'un certain régime et selon la soupape de décharge), et donc cela induit un meilleur rendement moteur.
Meilleur rendement = consommation moindre

Régimes moins élevés ?

Avoir un turbo induit aussi que votre régime moyen sera moins élevé par rapport au régime moyen d'un moteur atmosphérique. En effet, le turbo permet d'avoir plus de puissance dans les bas régimes, on va donc avoir moins besoin d'aller chercher le haut du compte tour pour obtenir la puissance désirée. Et qui dit régime moyen moins élevé induit un nombre d'injections moins important. Moins je vais injecter, moins je vais consommer ...

En résumer, on peut dire que si le turbo permet de gaver plus les cylindres à chaque cycle (ce qui accroît la consommation au final), en contrepartie j'ai tellement moins besoin de monter dans les tours que je m'y retrouve à l'arrivée.
Exemple, si le turbo induit que j'injecte (je dis des chiffres complètement au hasard, mais c'est pour comprendre) 15% de carburant en plus à chaque cycle du cylindre, si en revanche cela me permet de réduire en moyenne mon régime moteur (et donc le nombre d'injections) de 25% je serai gagnant.

Dilatation de l'air ?!

Le turbo exploite aussi une énergie qui est habituellement perdue sur un moteur thermique. En effet, la majorité de l'énergie d'un moteur est dépensée en chaleur et non pas pour produire un mouvement.
Cette chaleur, le turbo arrive à en récupérer une partie ...
Voici l'explication : l'air qui entre dans le moteur via l'admission est froid (d'autant plus si vous avez un échangeur/Intercooler) tandis que celui qui en ressort est chaud. L'air chaud étant plus dilaté que l'air froid, l'entraînement de la turbine (turbo) côté échappement sera d'autant plus animée.
Plus simplement, le "gonflement" du gaz à l'échappement anime quasi gratuitement la turbine de l'échappement (qui est reliée à la turbine d'admission dont le rôle est de compresser l'air entrant pour gaver le moteur).

Permet le downsizing ? Réduit la consommation sur cycle normalisé WLTP ?

Plus un moteur est gros en cylindrée, plus il me faut de carburant et comburant pour le "nourrir". Et en plus un gros moteur induit un rendement très moyen à bas régime (d'où l'apparition des moteurs à compressions variable) ... Réduire sa taille permet donc d'économiser puisqu'on pourra y mettre moins de carburant ! Génial mais plus on réduit la cylindrée plus on perd en puissance, puisque justement on peut y mettre moins de carburant !
Pour compenser, il suffit d'installer un turbo, en gavant d'air les cylindres on peut alors se mettre à injecter plus de carburant et obtenir la même puissance qu'un moteur plus gros.

Cette solution est absolument parfaite pour optimiser les consommations sur banc de test, à savoir le cycle WLTP et anciennement le NEDC (si polémique). En effet, dans ce cadre, avec des accélérations lentes et des vitesses modestes, le turbo ne s'activera que très peu. Et en gros, si un moteur développe 110 ch l'épreuve ne va lui en demander qu'une petite partie (cf courbe de puissance moteur), et c'est comme si j'avais un petit moteur de seulement 60 ch (parfait, 60 ch demande moins d'énergie que 90 par exemple). On aura alors des régimes modestes qui n'impliquent pas un gavage par le turbo, et la consommation restera modeste (seulement des petits cylindres à remplir). En revanche, dans la réalité, je vais probablement exploiter les 110 ch de mon auto, en l'utilisant normalement (avec des accélérations plus intenses que sur les tests normalisés), et là la consommation va exploser.
Grosso modo, plus je réduis le moteur plus je vais devoir compenser avec une suralimentation importante (qui comblera donc le déficit de la cylindrée en compressant de l'air), et donc plus il y aura d'écart entre ce qui est annoncé et ce que je consomme en vrai. Il a été constaté que les moteurs de 1.0 litre et moins ont un écart moyen de 35% tandis que les moteurs de 2.0 à 3.0 litres n'ont que 15% d'écart (entre cycle normalisé et réalité je rappelle). Voila pourquoi il y a de plus en plus de 1.0 litre, ils passent à merveille les cycles d'homologation ... Mais au final vous allez déchanter à la pompe dans la "vie réelle" !

A lire aussi : le downsizing est-il efficace ?

Un moteur turbo peut consommer plus qu'un atmosphérique ?

OUI ... Si en utilisation "normale" de l'auto la consommation sera abaissée avec un moteur turbo (régime moyen inférieur), vous allez en revanche induire l'inverse si vous exploitez toute la puissance moteur.
Comme le turbo permet de gaver les cylindres en air (au delà de ce qu'il pourrait assimiler avec une aspiration naturelle), on peut alors se retrouver avec un moteur de 1.5 litres qui peut engloutir plus de carburant et comburant qu'un moteur de 2.0 litres. Donc oui, un moteur turbo peut être plus vorace qu'un moteur atmosphérique de même puissance mais en moyenne (car on ne conduit pas sur le Nurburgring tous les jours) vous gagnerez à avoir un moteur turbo. Attention toutefois, si il s'agit d'un moteur trop petit et trop peu puissant vous devrez solliciter la suralimentation pour obtenir la puissance voulue, et vous pourrez donc vous retrouver avec un moteur de 90 ch qui consomme comme un moteur de 180 ch plus gros ... Beaucoup de gens en sont même abasourdis par les consommations induites par leur petit moteur essence turbocompressé, il fallait éviter de croire les pancartes et surtout éviter les tous petits moteurs : sous 1.5 litres (mais il faut avouer que le choix est de plus en plus restreint).

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