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L’Instant Méca #13 : Les Transmissions Intégrales

Après l’Instant Méca sur les différentiels, nous ne pouvions pas ne pas vous proposer une explication vulgarisée des transmissions intégrales. Nous avons bien dit « vulgarisée », car il existe tellement de sortes de systèmes insérées dans un tas de véhicules divers et variés avec des technologies plus ou moins présentes et avancées. Faisons donc le point, pour que vous puissiez maîtriser cet autre aspect compliqué de la mécanique !

La base des transmissions intégrales

Le principe est assez simple. Il s’agit de prendre une voiture avec une transmission aux roues avant ou arrière, et d’y insérer des organes supplémentaires afin de motoriser un essieu supplémentaire. Malgré l’espace que cela peut demander, il n’est pas spécialement obligatoire d’augmenter la garde au sol du véhicule. C’est par contre nécessaire quand le constructeur souhaite que le véhicule puisse faire un poil de franchissement, ce qui n’est pas donné à tout le monde (CC. Audi RS6 Sportback). Mais, vous saurez très bientôt que des 4×4 ne servent pas juste à monter aux arbres. Ce n’était absolument pas l’idée de Ferdinand Porsche qui, fin des années 1800, a créé le premier véhicule à transmission intégrale. Il s’agit de la Porsche Lohner, qui avait la particularité de posséder 4 moteurs électriques, chacun logés dans les moyeux des roues. Le poids de l’engin à vocation sportive était très élevé, les batteries pesant à presque 2 tonnes à elles-seules.

La Porsche Lohner, première voiture à transmission intégrale (et 100% électrique)

En 1940, une légende du tout-terrain est venue au monde. La fameuse Jeep Willys était prévue, à la base, pour arpenter les chemins pendant les temps de guerre. La demande s’est, par après, amplifiée, et l’offre s’est donc diversifiée. En 1972, Subaru est le premier constructeur a proposer un véhicule « classique » avec une transmission intégrale. La Leone vu le jour, et devint un des breaks les plus sûrs du marché, en proposant une adhérence optimale en permanence. La vente de véhicules 4 roues motrices aurait pu augmenter avec la croissance du SUV, mais l’augmentation de la consommation et des rejets de CO2 en ont décidé autrement. Les transmissions intégrale ont pourtant de l’avenir, sur des véhicules performants, ou électriques, ou les deux.

La Jeep Willys, figure emblématique du tout-terrain pendant la Seconde Guerre Mondiale

Pour simple rappel, nous parlerons principalement de véhicules à 4 roues. Brabus, préparateur de Mercedes-Benz, avait fait une énième déclinaison du fameux Classe G, avec 6 roues motrices. Le principe est le même, excepté le fait qu’on prolonge l’arbre de transmission.

Les organes nécessaires à une transmission intégrale

Quand on prend place dans un vieux tout-terrain, on peut facilement prendre peur de voir deux leviers de vitesse. Pourtant, c’est assez simple au fond. A la base, on ajoute une boite de transfert à la boite de vitesse. Cette dernière servira à répartir le couple développé par le moteur sur les différents essieux du véhicule. Les premières boites de transfert étaient manuelles et pouvaient proposer diverses gammes. C’est donc pour cela que les pick-ups et autres anciens franchisseurs étaient proposés avec un levier avec des inscriptions comme 2H (2 roues motrices, gamme « High »), 4H (4 roues motrices, gamme « High ») et 4L (4 roues motrices, gamme « Low »). Le changement de position se fait à l’arrêt au point mort. On peut choisir d’enclencher le second essieu motorisé (généralement, l’avant) avec une gamme de rapports de boite normale ou courte. Cette dernière, à basse vitesse, sert à se sortir de terrains plus compliqués, en utilisant uniquement le couple du moteur à basse vitesse pour éviter tout patinage et tout calage du moteur. L’idéal pour les amateurs de balades en dehors des sentiers battus. Enfin, certains 4×4 contemporains utilisent une molette à la place du levier, plus facile d’utilisation.

Le Suzuki Jimny 2018 possède encore un levier physique pour commander sa boîte de transfert.

Le couple du moteur est donc envoyé aux essieux moteurs via un arbre de transmission. Ce dernier, afin de pouvoir subir des torsions provoquées par des freinages et accélérations, n’est pas d’une seule pièce. Un coulisseau lui permettrait d’avoir un jeu longitudinal, tandis qu’un croisillon lui permettra d’avoir un jeu vertical. S’il n’en était pas équipé, l’arbre de transmission (pouvant mesurer jusqu’à 2 mètres au total) pourrait casser de par son poids et de sa rotation presque continue.

Un arbre de transmission sur un moteur transversal peut se diviser en plusieurs parties, afin d’éviter toute rupture.

Au bout de sa course, l’arbre de transmission entre dans le différentiel d’essieu. Ce dernier, entre autres, répartira le couple entre les deux roues de l’essieu que ce soit à l’avant ou à l’arrière. Sur un véhicule à 4 roues motrices, il y a donc au moins deux différentiels. Un troisième peut venir se loger entre les essieux avant et arrière, dans le seul but de transmettre plus ou moins de couple moteur sur l’un ou l’autre essieu. C’est grâce à un différentiel que l’on peut piloter électroniquement une transmission intégrale, pour que n’importe qui puisse profiter des avantages d’un véhicule à 4 roues motrices.

Voici à quoi ressemble la mécanique de la transmission 4Matic du Mercedes GLB 2019.

Les types de transmissions intégrales

Au nombre de trois, les différents types de transmissions intégrales auront une cible de véhicules et de conducteurs bien précis. Les premiers 4×4 étaient enclenchables, soit tout ce qu’il y a de plus rustique. Il n’y a (presque) pas de recours à la technologie car tout se fait mécaniquement. Pour les puristes, rien ne remplacera jamais ces genres de tout-terrains. Les Toyota Land Cruiser et autres Land Rover Defender étaient de vrais franchisseurs, à condition que celui qui conduisait s’y connaisse un minimum en roues boueuses. De base, tous les véhicules montés avec une transmission intégrale enclenchable sont des propulsions, à la base. Il y a donc un autre arbre de transmission partant vers le différentiel de l’essieu avant. Les transmissions intégrales enclenchables avec commande manuelle sont dépourvue d’un différentiel central.

Une des dernières versions du « vrai » Land Rover Defender, à transmission intégrale enclenchable

A mi-chemin entre le 4×4 rustique et la transmission intégrale automatisée, il existe la transmission intégrale semi-permanente. Son utilisation est assez maigre sur le marché actuel, mais certains SUV (Nissan X-Trail, Peugeot 4008, …) proposent une petite molette pour choisir le mode de transmission que nous souhaitons utiliser. Sur certains modèles, on peut choisir de rester sur un strict 2 roues motrices. D’autres proposent directement un mode « 4WD AUTO », qui donnera du couple à l’essieu supplémentaire dès que le manque d’adhérence s’en ressentira. On pourra aussi bloquer ce mode 4×4, afin de sortir des sentiers battus aisément. On se rapproche donc des capacités d’un vrai tout-terrain, sans les ennuis, mais avec certaines limites.

Nissan veut encore proposer un semblant d’ADN 4×4 dans son grand SUV, le X-Trail.

Enfin, une transmission intégrale permanente est ce que nous retrouverons le plus souvent dans les véhicules « classiques » en 4 roues motrices. Les termes « quattro », « xDrive », « AWD » ou « 4Motion » doivent vous dire quelque chose, et ce n’est pas pour rien. Ces systèmes de 4×4 permanents sont le plus souvent gérés électroniquement et ne donnent aucun contrôle au conducteur. Les modules dédiés vont s’occuper de se relayer des informations importantes comme la vitesse de chaque roue, la position de l’accélérateur ou encore la position verticale du véhicule (capteur de lacet, nécessaire au fonctionnement de l’ESP). Ainsi, le couple pourra être envoyé indépendamment à chaque roue afin de maximiser au plus l’adhérence et le grip. Cela ouvre beaucoup de porte, mais cela en ferme aussi d’autres. En effet, les capacités de franchissement sont presque nulles, mais la sécurité sur route est au sommet. De plus, le monde des véhicules sportifs peut se servir de cette technologie afin de transmettre le total de la puissance du moteur au sol.

L’Audi RS3 (bientôt remplacée ?) arbore fièrement l’inscription « quattro » sur son bouclier avant.

D’autres moyens de fonctionner qu’avec un différentiel ?

Nous avons vu plus haut qu’une transmission intégrale permanente était d’office composée de trois différentiels. En fait, ce n’est pas vraiment vrai. En 1992, un groupe nommé Haldex décide de lancer un système de transmission intégrale semi-permanente géré électroniquement sans différentiel central. Un embrayage multidisques se place donc entre les deux essieux et sera piloté en fonction de la demande. Du coup, dès que l’essieu avant ne trouve plus le maximum d’adhérence, un piston présent dans le mécanisme pousse tous les disques d’embrayage plus ou moins fort afin de passer plus ou moins de couple à l’essieu arrière. Le conducteur n’a rien à faire. Si le système Haldex est venu au monde, c’est parce qu’un constructeur (Volkswagen) en avait besoin. Le principe est donc très avantageux car il permet de rester en 4×2. La conséquence directe est une baisse de la consommation de carburant. Aussi, ce système permet une excellente compatibilité avec des moteurs transversaux.

Le coupleur de pont Haldex est utilisé sur la majorité des transmissions intégrales Volkswagen

De ce fait, Volkswagen a proposé à Audi d’utiliser l’Haldex. La TT a été le premier modèle à en bénéficier. Cependant, l’ADN Premium du constructeur aux anneaux voulait que ses moteurs soient placés en position longitudinale, même si leur base était en traction. De plus, quitte à avoir une transmission intégrale, autant proposer un peu plus de couple à l’essieu arrière. Malheureusement, le système Haldex ne pouvait pas aller plus haut qu’un rapport 50/50 entre les deux essieux. Audi s’est donc désintéressé de ce principe, tout en le conservant sur des modèles « économiques » comme, dernièrement, l’A1, l’A3 ou le Q3, par exemple (moteur transversal). Audi est cependant revenu sur ses pas avec les systèmes « Quattro Ultra ». L’idée est de proposer une transmission intégrale consommant le moins possible. L’Haldex n’est pas utilisé, mais le même principe est repris.

Chez BMW, le principe des xDrive sur moteur longitudinal est le même que le Quattro d’Audi.

L’utilité d’une transmission intégrale ailleurs que dans les bois

Outre les capacités à quitter la route pour aller s’amuser dans les bois ou dans le sable (parfois même dans l’eau), une transmission intégrale rassemble une masse de caractéristiques qui expliquent pourquoi elles sont utilisées sur d’autres types de véhicules. Tout d’abord, l’aspect sécurisant est toujours mis en avant sur les voitures particuliers. Sur route sèche ou détrempée, avec un peu de neige ou quelques gravillons, une transmission intégrale assurera toujours une excellente motricité, meilleure que tout système d’aide à la traction et au contrôle de stabilité. Aussi, grâce à l’avancée technologique, l’impact est presque nul sur l’habitabilité intérieure. Tous les composants étant plus réduits, voire même supprimés dans certains cas, l’espace à bord du véhicule peut être conservé.

Subaru a fait de la transmission intégrale son crédo. Même son break Levorg est d’office en AWD.

Beaucoup de constructeurs utilisent une transmission intégrale sur des modèles sportifs. Pourtant, l’ennemi d’un véhicule performant est le poids, et un système à 4 roues motrices pèse d’office plus lourd. On compensera donc par plus de chevaux ! En effet, la puissance passera évidemment beaucoup plus facilement par 4 roues que par 2 seulement. C’est notamment le cas de toute la gamme Audi RS, mais aussi de la Bugatti Chiron ou du Lamborghini Urus. Le patinage est, lui aussi, presque évité, ce qui fait gagner de précieux dixièmes de secondes au 0 à 100 km/h. Même la BMW M5, stricte propulsion à l’époque, n’a pas su résister à l’ajout de cette technique. Cependant, celui-ci propose une déconnexion totale du train avant pour garder l’ADN-type d’une BMW.

A l’inverse, la Bugatti Chiron doit se doter d’une transmission intégrale pour passer ses 1 500 chevaux au sol

Des dispositifs spécifiques pour les sportives

Une référence en matière de compacte sportive est, sans conteste, la Ford Focus RS. La dernière génération, née en 2016, a elle aussi succombé à la transmission intégrale. En effet, passer 350 chevaux aux seules roues avant n’était plus possible quand le but ultime est de faire des temps sur circuit. Un Launch Control est disponible et fera d’office appel aux 4 roues motrices afin de se lancer le plus rapidement possible. Une autre fonctionnalité, nommée le contrôle du vecteur dynamique de couple, permettra une stabilité optimale en virages, et, surtout, un redémarrage plus rapide. La vitesse de la roue extérieure est augmentée, au contraire de celle de la roue intérieure. Aussi, le mode Drift permet de bloquer la transmission du couple à 70% sur l’essieu arrière (seuil maximal). L’essieu avant reçoit donc un peu de couple afin de pouvoir inscrire correctement le véhicule dans une courbe et de pouvoir le contrôler plus simplement lors de la dérive. Le couple sera balancé d’une roue à l’autre de l’essieu arrière dans le but de continuer le drift aussi longtemps que le conducteur appuiera sur la pédale d’accélérateur. A l’exception de ce mode, toutes les fonctionnalités décrites ici sont disponibles chez d’autres constructeurs.

La Ford Focus RS est une des compactes les plus dynamiques, grâce notamment à sa transmission intégrale.

Transmissions intégrales : une conséquence et non pas une envie

Il y a seulement quelques années, nous avons pu voir la naissance de véhicules proposant une transmission intégrale non pas par volonté de sécurité et d’adhérence, mais pour tout à fait autre chose. Ce constructeur « contemporain » se prénomme Tesla et est le premier constructeur à avoir proposé une double motorisation sur un véhicule de grande série, la Model S. Le principe est simple : un moteur est placé sur chaque essieu et s’occupe donc de lui transmettre plus ou moins de puissance en fonction du besoin de couple. En plus de permettre une augmentation de la puissance, une transmission intégrale est donc possible sur un véhicule électrique.

L’inscription « Dual Motor » signifie bien que la Tesla Model 3 ci-présente a deux moteurs.

Cela a donc permis à d’autres solutions électrifiées d’exister. A titre d’exemple, le Peugeot 3008 obtient donc une transmission intégrale uniquement grâce à sa déclinaison hybride rechargeable. Oui, à votre grand désespoir, le « Grip Control » n’est pas une solution vraiment 4×4… Reprenant le nom « Hybrid4 », le 1.6 PureTech se fait épauler par deux motorisations électriques. L’une se place sur le train avant, près du moteur thermique. L’autre est directement placé sur l’essieu arrière. Cela permet donc d’obtenir, là aussi, 4 roues motrices. L’avantage du moteur électrique étant que le couple est d’office maximal, l’essieu arrière peut venir vaillamment en aide aux roues avant, même si la puissance du second moteur n’est pas très élevée.

Le Peugeot 3008 Hybrid4 propose deux modes de transmission intégrale : soit entièrement grâce à l’électrique, soit en hybride.

Au milieu des avantages, quelques inconvénients

Evidemment, en automobile, tout est une question de compromis. Dès lors, une transmission intégrale fera consommer plus fort votre véhicule. Même si certaines solutions permettent de réduire cet écart face à une simple 2 roues motrices, le poids supérieur vous trahira. En plus, le réservoir peut être modifié et donc amputé de quelques précieux litres de capacité, étant donné que l’arbre de roue doit passer par là.

Si vous payez plus en carburant, vous paierez aussi plus cher en pièces de rechange. Déjà, le prix du véhicule à l’achat sera plus élevé. Ensuite, certaines transmissions intégrales demandent des remplacement d’huile de boite de transfert à des intervalles réguliers. Le coût de l’entretien peut donc monter. Ajoutons à cela que les pneus s’usent plus rapidement sur l’essieu où la motorisation a été ajoutée. Donc, il faudra remplacer les pneus un peu plus souvent.

En conclusion, Monsieur et Madame Tout-le-monde peuvent acheter une voiture à 4 roues motrices. Cela dit, il faut qu’ils puissent en avoir la vraie utilité. L’augmentation du prix peut ne pas en valoir la chandelle, mais l’électronique embarquée (ABS/ESP, TCR, …) s’occupe déjà bien de la stabilité et de l’adhérence du véhicule. La vente de véhicules à transmission intégrale se concentre le plus souvent sur des zones où les altitudes sont élevées. En effet, même si avoir un véhicule 4 roues motrices ne dispense pas d’avoir de bons pneus hiver, la traction sera améliorée et il y aura moins de chances de se retrouver coincés dans un col de montagne…

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Etienne Deketele-Kestens

De la Smart à la Bentayga, je peux dire que je suis complètement obsédé par le monde automobile. Intégrer l'équipe de PDLV et pourvoir donner ma vision des nouveautés chaque jour est quelque chose de génial pour moi. Ma "carrière" de blogueur a débuté il y a quelques années, et ceci, cumulé à mes études en mécanique auto, me permettront de vous proposer un contenu de qualité, tout en gardant le côté décalé cher à PDLV. Je roule en Peugeot 308 HDI 92.

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