Le circuit de refroidissement d'une voiture moderne

Plan de l'article :

Exemple de circuit de refroidissement moderne
Composants d'un circuit de refroidissement moderne
Plusieurs thermostats / calorstats ?
Différences avec les anciens systèmes de refroidissement

Le circuit de refroidissement d’une voiture moderne est devenu un réseau complexe qui se destine à réguler de manière précise la température du moteur pour assurer un rendement optimal et donc ainsi réduire les émissions de polluants (efficience = moins de pollution, bien que parfois ça ne soit pas le cas). En effet, un moteur fonctionne de manière optimale quand il est chaud qui permettent une meilleure compression. A froid l'objectif est de faire chauffer le plus vite possible le moteur (et son huile ...), et à chaud il faut réguler sa température le plus finement possible. De plus, certains organes ne fonctionnent bien qu'à haute température, comme le catalyseur (hélas, il ne se réchauffe pas plus vite grâce au circuit de refroidissement car il est "géographiquement" indépendant et donc délocalisé par rapport au circuit d'eau).

Le circuit de refroidissement ne se limite donc plus à refroidir uniquement le moteur, mais intervient dans la gestion thermique de plusieurs organes qui influent sur la performance et la consommation de carburant. Contrairement aux anciens systèmes purement mécaniques et basiques, les systèmes modernes utilisent des composants électriques et électroniques permettant une régulation plus fine, plus ciblée et plus efficace des flux thermiques.

A lire : le fonctionnement schématique et simplifié du circuit de refroidissement

Exemple de circuit de refroidissement moderne

Sur les véhicules actuels, chaque organe du circuit de refroidissement joue un rôle bien précis, optimisé pour répondre aux besoins en temps réel de manière dynamique et pilotée par le calculateur.

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Composants d'un circuit de refroidissement moderne

Voici les principaux éléments présents sur le schéma de gestion thermique moderne :

(Cliquez sur les liens pour approfondir le sujet)

Vase d’expansion : Il compense les variations de volume du liquide de refroidissement et empêche la formation de bulles d’air et limite le risque de cavitation dans la pompe à eau. En effet, l'eau transformée en gaz (quand elle entre en ébullition) et toute poche est ici renvoyée vers le vase d'expansion via des durites qui sont en gris sur le schéma. Notrz qu'il existe des LDR qui empêche la dilatation et la production de gaz.
Radiateur principal : Placé à l’avant du véhicule, il sert à dissiper la chaleur accumulée dans le liquide de refroidissement. Le transfert thermique est maximisé grâce à un flux d’air traversant le faisceau du radiateur. Sur les modèles récents, un ventilateur électrique régulé électroniquement vient compléter cette dissipation en cas de faible vitesse ou d’arrêt prolongé.
Volet de radiateur : de plus en plus démocratisés, il s'agit d'obturer plus ou moins le radiateur afin de faire monter plus rapidement la température de l'eau (permettant presque de se passer d'un calorstat). Il permet aussi d'améliorer l'aérodynamisme en réduisant la résistance à l'ait (trainée)
Pompe(s) à eau électrique(s) : Les pompes à eau électriques remplacent les pompes à eau entrainées mécaniquement par le moteur via une chaîne dédiée généralement. Elles permettent une gestion plus fine du débit de liquide en fonction des besoins et du contexte moteur. Elle est pilotée par le calculateur moteur.
Boîte à eau : La boîte à eau est généralement fixée à la culasse. Son rôle est de répartir et diriger le liquide de refroidissement vers différentes parties du moteur (une sorte de "routeur" / "aiguilleur" d'eau) afin d'assurer un refroidissement pour d'autres organes. Elle sert aussi de collecteur pour le liquide revenant du moteur avant son passage dans le radiateur. Selon les conceptions, elle peut être en métal ou en plastique et peut contenir des sondes de température ou des capteurs pour surveiller le système de refroidissement. Certaines boîtes à eau intègrent une vanne thermostatique / calorstat, qui régule la circulation du liquide de refroidissement en fonction de la température de l'eau.
Sondes de températures : Elles informent le calculateur de la température de l'eau dans divers emplacements du circuit, car il y a en général plusieurs sondes de température sur les moteurs modernes. Elles sont souvnet situées au niveau de la culasse / sortie du moteur et du radiateur (entrée et/ou sortie pour comparer les valeurs dans le but de vérifier l'efficacité du radiateur).
Capteur de niveau d'eau : il permet d'alerter le conducteur d'un manque d'eau et se situe sur le bocal. C'est soit un contact électrique placé à bonne hauteur qui se sert de l'eau pour transmettre le courant (si eau trop basse, pas de contact = alerte) soit un flotteur doté d'un contact électrique qui est fermé ou ouvert selon la position du flotteur
Calorstat / thermostat : c'est un dispositif qui régule la circulation du liquide de refroidissement en fonction de la température du moteur. Il reste fermé au démarrage pour accélérer la montée en température, puis s'ouvre progressivement pour laisser le liquide circuler vers le radiateur une fois la température optimale atteinte. Il y a aussi souvent plusieurs calorstats, on y revient dans un paragraphe dédié plus bas.
Vannes de régulation : Ce dispositif qui ressemble à un calorstat permet d'interrompre (ou de moduler le flux) temporairement certaines zones, c'est donc une banale vanne qui module le débit vers certaines zones.
Refroidisseur d'admission Intercooler : Il s'agit ici d'un échangeur air/air qui refroidit l'air admis dans le moteur. Il existe principalement quand il y a un turbo, car en compressant l'air il le chauffe et le dilate (il faut donc le refroidir et le condenser pour gagner en rendement)
Échangeur huile-eau (Engine Oil Cooler) : La température de l’huile moteur joue un rôle crucial dans la lubrification et la réduction des frottements internes. Un échangeur thermique huile-eau permet de stabiliser la température de l’huile en évitant les surchauffes, tout en assurant un fonctionnement optimal du moteur.
Système de récupération de chaleur des gaz d’échappement : Il capte la chaleur des gaz d’échappement pour réchauffer le moteur plus rapidement et optimiser l’efficacité thermique. Ce système est particulièrement utile pour améliorer la montée en température en hiver et réduire le temps nécessaire pour atteindre des conditions optimales de fonctionnement.
Refroidisseur de vanne EGR : Ce dispositif abaisse la température des gaz d’échappement réinjectés dans l’admission afin de réduire la formation d’oxydes d’azote (NOx).
Refroidisseur d'huile : L'huile moteur est ici réchauffée ou refroidie par l'eau via un échangeur eau / huile dans lequel passe le liquide de refroidissement.
Pompe à huile refroidie par eau : loin d'être systématique
Refroidissement de la boîte de vitesses : Il permet de stabiliser la température de l’huile de transmission, évitant ainsi les surchauffes et assurant un fonctionnement fluide et durable des composants internes.
Circuit de chauffage de l’habitacle : Il récupère la chaleur du liquide de refroidissement pour réchauffer l'air soufflé dans l’habitacle. Ce système est particulièrement efficace en hiver et participe à la récupération d’énergie thermique issue du moteur.

A lire : le refroidissement de la combustion par injection d'eau ?

Plusieurs thermostats / calorstats ?

Sur les véhicules modernes, l’utilisation de plusieurs thermostats permet une gestion thermique encore plus précise et efficace. Ces dispositifs peuvent fonctionner de manière indépendante pour réguler différentes zones du moteur et de ses périphériques. Par exemple, un thermostat peut être dédié au bloc moteur principal tandis qu’un autre gère la température du circuit de refroidissement auxiliaire, comme le turbo ou l’échangeur thermique huile-eau. Parfois il y a même un thermostat pour le bloc et un autre pour la culasse ... Cette modularité permet de chauffer plus rapidement certaines parties du moteur tout en maintenant d’autres à une température optimale. Ca contribue à améliorer le rendement thermique global du moteur mais aussi à limiter l’usure prématurée de certains matériaux en évitant des variations de température trop brutales.

Différences avec les anciens systèmes de refroidissement

Autrefois, les circuits de refroidissement étaient essentiellement mécaniques et bien plus rudimentaires. La pompe à eau était entraînée par une courroie ou chaîne reliée au moteur, tandis que le ventilateur du radiateur fonctionnait souvent en prise directe sur la courroie d’accessoires (il tournait en continue et au rythme du moteur). Le calorstat utilisait un élément en cire qui fondait à une température précise, ouvrant progressivement l'accès au radiateur. Cette approche, bien que simple et efficace, n'offrait qu'une régulation approximative de la température.

Sur les très vielles voitures il n'y avait même pas de vase d'expansion, on faisait l'appoint via le bouchon de radiateur et l'eau se perdait par évaporation (il fallait continuellement le surveiller). Il y avait un thermomètre placé sur le bouchon pour voir si le moteur surchauffait. A cette époque le moteur se démarrait via une manivelle ... Et si cela peut paraître désuet, cette mécanique très simple rendait toutefois les gens indépendants et autonomes en termes d'entretien et de réparation.

Aujourd’hui, la régulation thermique repose sur une gestion électronique avancée intégrant plusieurs capteurs, tels que les sondes de température du liquide de refroidissement, de l’huile moteur et des gaz d’échappement. Ces capteurs permettent d’ajuster précisément les débits et la circulation du liquide de refroidissement grâce aux actionneurs électriques et aux vannes de contrôle. De plus, la présence de volets de radiateur permet de moduler l’aérodynamisme et de restreindre le refroidissement lorsque cela n’est pas nécessaire, optimisant ainsi la montée en température et la consommation.

Une gestion fine du refroidissement, combinée à l’électrification des composants, permet d’améliorer l'efficience énergétique du moteur, réduisant ainsi la consommation de carburant de 5 à 10 % en fonction des conditions de conduite..

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