Cette science est née à la fin du XIX siècle, avec l’arrivée des premiers vols plus lourds que l’air. On connaissait déjà les vols plus légers que l’air avec par exemple la montgolfière dont le premier vol habité remonte à 1783. Les vols plus lourds que l’air nécessitaient la découverte et la maîtrise de nouvelles forces notamment la portance et la traînée (pour les aéronefs).
En 1899 Camille Jenatzy créa La Jamais Contente ci-contre. C’est la première voiture dont la carrosserie a été profilée de façon a obtenir de meilleures performances aérodynamiques. Elle est aussi, l’année de sa création la première voiture à franchir la barre des 100 km/h à Achères.
Le début du XX siècle voit en effet naître les balbutiements de l’aérodynamique automobile. Mais l’apparition de l’aérodynamique automobile se fait réellement à partir des années 30 et encore plus fortement dans les années 70, en s’appuyant sur les crises et le choc pétrolier pour se développer, l’aérodynamique automobile est étroitement liée à la consommation de carburant ou encore au design et au marketing.
Introduction du Cx
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Schéma des forces s’appliquant a un avion en vol
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Formule de la traînée
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Soit un solide se déplaçant dans un fluide. La traînée est la force qui s’oppose au déplacement de ce solide, notée Fx.
Elle dépend de la masse volumique de l’air, de la vitesse de l’objet, de la surface de référence (c’est-à-dire la surface frontale la plus grande) et d’un certain Cx (coefficient de traînée). Cette force de traînée s’applique dans l’aérodynamique automobile et chaque voiture a un Cx qui lui est propre car le coefficient de traînée dépend essentiellement de la forme de la voiture. Pour le mesurer on effectue des tests en soufflerie. On peut noter que dans cette formule, toutes les valeurs sont des facteurs donc quand l’une de ces valeurs augmente, la traînée augmente. La valeur du Cx va donc être déterminante pour les performances du véhicule puisque la traînée s’opposant au mouvement de la voiture fera augmenter la consommation de carburant.
En automobile, on cherche donc à minimiser la valeur du Cx. Depuis le début du XX siècle, les constructeurs cherchent constamment la plus petite valeur de Cx pour leurs véhicules. À titre d’exemple, une copie miniature de La Jamais Contente citée précédemment avait un Cx de 0.758 puis l’Audi 100 C3 était, à son époque en 1982, la voiture de série ayant le Cx le plus faible, avec seulement 0.28.
La carrosserie est l’un des éléments principaux qui contribuent à l’aérodynamisme automobile. En effet c’est la carrosserie, la « caisse », de la voiture qui crée la forme de celle-ci. Cela a une influence sur la traînée expliquée précédemment en jouant sur les formes de la voiture. Il y a plusieurs types de carrosseries qui donnent un Cx plus ou moins performant car l’air crée plus ou moins de turbulences aux passages de la voiture.
L'arrière de la carrosserie
L’arrière de la carrosserie influence le Cx par les turbulences créées. Il existe plusieurs formes de carrosserie arrière :
L'arrière de la carrosserie
L’avant de la voiture est très important, c’est la première partie du véhicule qui pénètre dans l’air. Les prises d’air pour le refroidissement du moteur augmentent le Cx mais elles sont essentielles au bon fonctionnement de la voiture. Les parois du radiateur et les sorties d’air participent à cette hausse de Cx. Les rétroviseurs eux aussi ne participent pas à la réduction de la traînée. Les constructeurs doivent donc pour cela être imaginatifs.
Les ailerons
Les ailerons permettent de créer un appui aérodynamique qui plaque les roues au sol. Cette force, à l’inverse de la portance appliquée aux avions, est appelée la déportance. Les ailerons sont des ailes d’avions inversées en quelque sorte. Contrairement aux ailes des avions l’écoulement de l’air est facilité sous l’aileron et rendu plus difficile au-dessus de celui-ci. Il y a plus d’air au-dessus qu’en dessous de l’aileron donc la voiture est plaquée au sol.
Les ailerons arrière sont les plus connus mais il existe aussi des ailerons avant installés sur le pare-chocs. Le but étant de plaquer les roues avant et les roues arrière. Les voitures de sports peuvent avoir des ailerons arrière qui se déploient ou pas en fonction de la vitesse du véhicule. On peut aussi faciliter le freinage de véhicule grâce à des aérofreins : l’aileron arrière est plus fortement incliné créant une résistance à l’air et freinant la voiture qui perd ainsi une partie de ses performances aérodynamiques. En compétition les ailerons arrière sont aussi utilisés pour créer une force de pression due à l’air à l’arrière de la voiture pour propulser celle-ci. L’aileron arrière placé à l’extrémité du coffre, la pression s’effectue derrière les roues arrières ce qui permet de “pousser” la voiture.
Nous venons de voir que le design était lié à l'aérodynamisme et aux performances d'un véhicule. Mais ces exemples sont aussi révélateurs. Des courbes, des lignes, agressives ou non, un style qui se fait voir… Tout ceci est fait pour que les clients achètent les véhicules et pour faire rêver les personnes n’ayant peut-être pas les moyens. Il y a donc aussi un lien avec l’esthétique.
Les constructeurs automobiles sont aussi des commerciaux. Des voitures avec un Cx très faible n’ont pas forcément de belles formes et le Cx n’ai pas une donnée que le client prend en compte. L’esthétique, la première impression, l’effet visuel produit, cela est la première chose qui rentre en ligne de mire chez les consommateurs.
Toutes les voitures du marché ont non seulement été travaillées en fonction de leur visuel mais aussi en fonction de leur aérodynamisme. Pour vendre ces deux domaines doivent être étudier ensemble. Une voiture consommant énormément de carburant ou une voiture n’étant pas du tout esthétique ne satisferont pas le consommateur.
