Depuis le début de l'été, on entend de nouveau la petite musique qu'il faudrait abaisser la limitation autoroutière à 110 km/h au lieu de 130 km/h pour des raisons environnementales et économiques.
Mais combien économise-t-on réellement en baissant sa vitesse ?
Physiquement, quand une voiture avance en ligne droite sur une route horizontale, trois forces s'opposent à son avancée libre : le frottement des pneus sur la route, les frottements mécaniques, et la résistance de l'air. D'un point de vue variation par rapport à la vitesse, la résistance au roulement par les pneus et les frottements mécaniques ne varient pas. La force de résistance au roulement des pneus par exemple dépend du coefficient de frottement (on considère que les pneus d'une voiture ont un coefficient de résistance de 0,01), de l'accélération de pesanteur (9,81 m.s-2 environ) et de la masse du véhicule, mais pas de sa vitesse. Surtout, ces forces de résistance au roulement vont très rapidement se faire dépasser par la résistance de l'air.
Donc, concentrons-nous sur cette résistance de l'air. Elle va dépendre de la forme du véhicule, de la surface frontale, du coefficient de traînée (traînée de forme, traînée de frottement, traînée de turbulence et traînée interne) alias le Cx, mais aussi, et c'est là le problème du carré de la vitesse. Pour faire avancer un véhicule, à partir d'une certaine vitesse, c'est principalement cette résistance à l'air qu'il va falloir vaincre. C'est elle qui conditionne la dépense d'énergie (donc de carburant ou de kWh électriques) nécessaire.
Ainsi, avec ce fichu carré de la vitesse, passer de 50 à 60 km/h ajoute bien moins énergie à dépenser que de passer de 100 à 110 km/h. Revenons-en au sujet du jour. Passer de 130 km/h à 110 km/h fait économise combien de carburant ? On va raisonner en pourcentage de consommation. 110 km/h représente 84,6% de 130 km/h. La différence d'énergie de la résistance de l'air (toujours à cause du carré de la vitesse) sera donc de 28,4%.
En théorie, il faut donc 28% d'énergie en moins pour rouler à 110 km/h que pour rouler à 130 km/h avec la même voiture, dans les mêmes conditions. Evidemment, c'est une approximation et d'autres phénomènes entrent en jeu comme le régime moteur qui ne va pas être le même, et des phénomènes aérodynamiques qui peuvent varier (des turbulences par exemple). La déformation des carcasses des pneumatiques ne sera pas tout à fait la même et donc la résistance au roulement non plus. Mais, globalement, on aura cet ordre de grandeur. Avec certains véhicules électriques, le calcul est aussi faussé par un étagement du réducteur qui peut mettre le moteur électrique "en bout de course" ce qui fait d'autant plus exploser la consommation électrique.
Surtout, on a négligé les frottements autres que l'air. A "haute" vitesse, 80 à 90% de l'énergie nécessaire sera due à la résistance de l'air. Une baisse de 28,4% de cette résistance représente grosso-modo une baisse de 25% de l'énergie nécessaire pour faire avancer le véhicule (90% de 28,4%).
Et en baissant sa vitesse de 15%, le trajet dure...15% de plus (là en revanche c'est proportionnel à la vitesse). 25% d'un côté, 15% de l'autre. Sur une voiture qui consommerait 6 litres de gazole aux 100 km à 130 km/h, cela donne 1,5 l/100 km de moins à 110 km/h. Avec les prix des carburants actuels, ce n'est pas loin de 3€ par 100 km, pour 8 minutes 25 de plus pour parcourir les 100 km. Maintenant, charge à vous de savoir si ces 8 minutes valent environ 3 € (ou plus si vous voulez dans un véhicule essence qui consomme plus de 6 l/100 km sur autoroute).
Evidemment, pour ces calculs, nous avons fait quelques approximations toutes physiques car nous nous sommes placés à plus de 110 km/h. Le calcul pour une vitesse qui passerait de 50 km/h à 42,5 km/h (soit -15%) ne donnerait absolument pas la même variation de consommation. La composante massique des frottements a, à ces basses vitesses, bien plus d'importance que la résistance de l'air.
Le même raisonnement par rapport au poids peut se tenir. Mais, là, on ne varie pas par rapport à son carré. Surtout, le poids intervient dans la résistance au roulement, mais aussi l'énergie de pesanteur quand on est sur une pente. Un véhicule de même forme, pesant 50% de poids en plus, aura une force de résistance au roulement 50% plus importante. Cependant, il ne consommera pas 50% de plus, la résistance de l'air prenant "rapidement" le pas sur cette résistance au roulement des pneumatiques.
Le problème principal des SUV n'est donc pas leur poids (contrairement à ce que le malus au poids veut nous faire croire), mais la surface frontale plus importante et un coefficient de traînée souvent aussi plus grand. Le SCx (la surface frontale multipliée par le Coefficient de traînée) pourrait être l'outil de mesure du malus plutôt que le poids.
La résistance de l'air variant en fonction du carré de la vitesse d'un véhicule, rouler à 110 km/h au lieu de 130 km/h peut faire économiser jusqu'à 28% de carburant.
Un calcul à faire par rapport au temps supplémentaire pour effectuer le trajet, mais un ordre d'idée qu'il est important de rappeler.
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