Couple moteur : qu'est-ce que c'est et comment il affecte les performances de votre moteur

Quand on voit la publicité que les différentes marques font de leurs voitures dans les médias, on s'aperçoit que, sur le plan technique, elles affichent généralement une série de chiffres liés à la vitesse, la consommation, l'accélération... bref, des chiffres froids qu'un pourcentage élevé de pilotes ne pourra jamais rivaliser. Cependant, il y a un fait physique que tous les conducteurs apprécient, qui est rarement médiatisé et auquel on accordait il y a peu d'années une certaine importance : le couple moteur.

Il n'y a pas si longtemps, lorsque les voitures n'avaient pas encore subi l'escalade de puissance actuelle, le reprise de la voiture comme la capacité qu'elle avait à prendre de la vitesse. Cette affirmation populaire, bien que lorsqu'il s'agit d'interpréter ce qu'est reprís est correcte, comprendre ce qu'est le couple c'est un peu court ou plutôt inexact

Qu'est-ce que le couple ?

Le couple moteur, également appelé couple, est un grandeur physique qui mesure le moment de force à appliquer à un axe qui tourne sur lui-même à une certaine vitesse. Appliquée au monde de l'automobile et expliquée d'une manière compréhensible pour tous, elle peut être définie comme la force nécessaire pour que le vilebrequin du moteur tourne et, par conséquent, être capable de transmettre ledit mouvement au reste des éléments mécaniques nécessaires pour déplacer le véhicule.

Et c'est là que nous observons la première différence entre la réalité et la coutume ; Quand on se réfère au couple moteur pour exprimer la capacité d'accélération d'un véhicule, on ne définit pas vraiment ce qu'est le couple moteur, on ne décrit qu'une de ses applications. En effet, le couple d'un moteur mesure la puissance nécessaire au moteur pour tourner un certain nombre de tours mais ne tient pas compte de la puissance supplémentaire qu'il faut appliquer pour modifier la vitesse angulaire de l'arbre ou du vilebrequin.

Un peu de physique pour expliquer le couple

Pour vous expliquer ce qu'est le couple moteur, fuyant les principes physiques, je vais vous expliquer la fonction du vilebrequin et les forces qui agissent sur lui.

Un moteur thermique génère puissance dans les cylindres. Concrètement, c'est dans le chambres de combustion où le mélange carburant-air explose. C'est l'énergie dégagée par cette explosion qui génère un mouvement linéaire en poussant le piston dans le sens opposé à celui de la culasse. Les pistons des différents cylindres sont fixés sur le vilebrequin par manivelles et c'est juste dans l'union de ceux-ci avec le vilebrequin que le mouvement linéaire se transforme en mouvement rotatif.

Il convient de mentionner à ce stade la construction exceptionnelle du moteurs rotatifs, dans lequel les chambres circulaires des "cylindres" entourent directement un axe central qui tourne sur lui-même mû par les explosions produites dans les chambres, de sorte que dans ce cas le mouvement rotatif. Dans tous les cas, les principes physiques qui agissent sur le couple moteur sont les mêmes.

Même sans entrer dans une étude excessive, pour simplifier l'idée de transformation d'énergie, on pourrait dire que les blocs tournants génèrent du couple au lieu de la puissance. Aucune confiance ne peut être faite à cet égard car ni les chambres ni le rotor des moteurs rotatifs ne sont exactement circulaires et l'allumage du carburant se produit dans une partie de la chambre, contrairement aux moteurs à cylindres classiques dans lesquels le mélange air-carburant occupe tout son volume .

Pour en revenir à l'explication physique, la force exercée par le piston sur le vilebrequin n'est pas constante tout au long du processus d'expansion. En effet, dans chaque cylindre, la valeur maximale de puissance est générée au moment de l'allumage du carburant. Et avec ces moments de puissance maximale viennent des moments de couple maximal.

Le délai entre le moment où la puissance maximale est générée dans le cylindre et le maximum appliqué au vilebrequin n'est pas facilement calculable. En effet, les pistons n'effectuent pas un mouvement purement linéaire mais plutôt, du fait que le vilebrequin n'est pas non plus complètement droit, ils effectuent un mouvement qui combine l'effet linéaire du piston avec l'effet circulaire des coussinets de bielle.

Cependant, ces moments de puissance maximale et de couple maximal sont d'une grande importance en termes de perception de douceur dans le fonctionnement du moteur.

Plus le véhicule a de cylindres, plus il y aura de fois par minute ce moment de force maximale et plus homogène sera la perception par le conducteur du bon fonctionnement du moteur.

Cela est dû au fait que dans un moteur à 2 cylindres, il y aura un seul moment de force maximale tous les 360º de rotation du vilebrequin, dans un moteur à trois cylindres, cela se produira tous les 240º, dans un des six tous les 120º et bientôt. Bien sûr, cela doit être interprété comme de la pure théorie car aujourd'hui les constructeurs s'efforcent de rendre leurs moteurs aussi fluides que possible dans leur fonctionnement.

Ce facteur influence également le fait qu'au ralenti un moteur génère plus de vibrations et qu'ils sont aussi plus perceptibles : à 1.000 2.000 tours par minute, il y a moitié moins de moments de force maximale qu'à 850 XNUMX tours. Par exemple, à partir d'un ralenti moyen de XNUMX tours par minute, un moteur à trois cylindres générera moins de dix moments de force par seconde, alors qu'un bloc à six cylindres en générera près de vingt.

Si l'on tient compte du fait que l'humain "normal", face à une force intermittente d'application continue, reconnaît mieux les intervalles supérieurs au dixième de seconde que ceux inférieurs à, voilà l'explication banale par laquelle le grand public reconnaît les vibrations de les moteurs de deux ou trois cylindres : parce que l'intervalle entre les instants de maximum à l'extérieur est supérieur à un dixième de seconde.

Quel couple délivre ton moteur ?

Dans de nombreuses publications sur le monde automobile, on mesure généralement le couple que "délivre" le moteur d'un véhicule. Cette affirmation, par définition, n'est pas correcte tant que nous comprenons que la paire est un force appliquée et pas un force résultante. Cependant, également en raison du principe physique d'action-réaction, lorsqu'un moment de force est appliqué à un axe qui tourne sur lui-même, un autre moment de force est automatiquement généré avec la même intensité et la même direction mais dans la direction opposée à l'original (La troisième loi de Newton).

Comment calculer le couple du moteur - Charge du moteur

Le couple moteur peut être mesuré mais son calcul est extrêmement compliqué et presque impossible pour les mortels, il est donc plus facile de le laisser à des professionnels capables de manipuler des machines modernes et des programmes informatiques très complexes, même si à première vue on ne voit qu'un banc de rouleaux.

Comme il ressort de sa définition, dans un moteur à combustion le couple est une variable qui dépend de la puissance générée dans les chambres du cylindre et du nombre de tours auxquels le moteur tourne à ce moment particulier, sa valeur pourrait donc être calculée à partir de la formule P = T · ω où P est la puissance exprimée en watts ou watts , T est le couple exprimé en Newton mètres et ω est la vitesse radiale de rotation exprimée en radians par seconde.

Cependant, il existe d'autres facteurs qui affectent les valeurs théoriques qui pourraient être obtenues à partir de l'application directe de la formule, comme le frottement interne du moteur. Ces frottements internes signifient qu'une partie de la puissance obtenue par le moteur ne peut pas être utilisée à l'extérieur mais est plutôt "perdue" dans le même processus de mouvement du moteur, normalement sous forme de chaleur. Rappelez-vous que l'énergie n'est ni créée ni créée ni détruite, elle ne fait que transformer.

Il y a aussi facteurs externes qui peuvent affecter la puissance générée par un moteur, même dans des situations qui pourraient être comparables en interne. Par exemple, le même moteur tournant à une vitesse constante de 2.000 XNUMX tours par minute générera plus de puissance lors de la conduite sur une route plate que lors de la descente d'une côte. Bien que le nombre de tours soit constant, et donc aussi la vitesse angulaire du vilebrequin, la valeur différente de la puissance générée à chaque instant se traduit également par une valeur différente du couple appliqué au vilebrequin.

Beaucoup d'entre vous se demanderont comment cela peut être et l'explication est très simple. Comme nous le savons tous, le mouvement est généré grâce à l'allumage du mélange stoechiométrique de carburant-air dans les chambres du cylindre et si moins de puissance est nécessaire, la solution est d'injecter un mélange plus pauvre en carburant et plus riche en air. C'est aussi la raison pour laquelle les ordinateurs de nos voitures marquent une consommation instantanée inférieure voire nulle lorsque nous baissons un port.

Tous ces paramètres qui modifient le fonctionnement et les résultats théoriques d'un mécanisme sont appelés charge moteur, qui peut être défini comme la quantité de couple qu'un moteur doit produire pour surmonter les résistances qui s'opposent à son mouvement.

Comme nous l'avons vu, la charge du moteur dépend à la fois de causes internes au moteur, telles que le frottement de ses différentes pièces mobiles, et d'agents externes tels que le frottement des pneus ou l'aérodynamisme propre de la voiture. J'ai donné ces deux exemples totalement extérieurs à la mécanique du véhicule car dans les deux cas ils génèrent des forces contraires et constamment variables au mouvement du véhicule, ce qui a également des répercussions sur la valeur de charge du moteur sera aussi un paramètre constamment variable.

La charge du moteur nous affecte également pendant la conduite d'une manière très claire que tous les conducteurs apprécient. Si on continue avec le même exemple d'un véhicule roulant à vitesse constante et à régime moteur constant, pourquoi la voiture a-t-elle plus de mal à prendre de la vitesse en montée qu'en descente ? Eh bien, en raison de la variation de la charge du moteur.

Entrant encore dans un monde théorique, lorsqu'une voiture circule à vitesse constante sur une route plate, elle a deux forces extérieures qui s'opposent à son mouvement : aérodynamique et traînée. Lorsque le véhicule commence à circuler sur un tronçon ascendant, si l'on maintient la vitesse constante, on peut considérer que la force aérodynamique contraire au mouvement est maintenue, mais le frottement est modifié dans le sens où c'est une force gravitationnelle et à l'instant que le véhicule commence à monter, il y aura une partie du frottement qui "tire" la voiture vers l'arrière.

Si on veut filer très finement, on peut aussi mettre en jeu énergie cinétique et énergie potentielle. L'énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse du véhicule et l'énergie potentielle de la masse et de la hauteur. Au fur et à mesure que la hauteur augmente, par le principe de conservation de l'énergie, l'énergie cinétique sera transformée en énergie potentielle.

Dans ce cas de route en montée, en additionnant l'ensemble des forces extérieures qui s'opposent au mouvement, on peut dire que la charge du moteur augmente et donc, la quantité de couple "utilisable" du moteur diminue, et plusieurs situations peuvent être observées :

• Si nous maintenir une rotation constante du moteur nous devons exiger plus de puissance en appuyant plus fort sur l'accélérateur pour injecter un mélange de carburant plus riche dans les chambres du cylindre.
• Si l'inclinaison de la route augmente, il peut arriver que le véhicule commence à perdre de la vitesse. Ceci est dû au fait que la charge du moteur (forces contraires au mouvement) est supérieure au couple susceptible d'être généré dans le moteur (forces positives au mouvement).

• en restant puissance et couple constants, et l'augmentation de la charge du moteur, moins de puissance sera disponible pour augmenter la vitesse du véhicule car l'accélération est proportionnelle à la force appliquée : moins de puissance signifie moins de puissance d'accélération.

Couple moteur et boîte de vitesses

Cependant, la physique est aussi capable de modifier le comportement des corps soumis à différentes forces, et dans le cas du vilebrequin du moteur de notre voiture, on peut dire qu'il est capable de envoyer le couple qu'il reçoit des cylindres à d'autres pièces du véhicule, comme la boîte de vitesses.

Le couple provient du moteur vers la boîte de vitesses sous la forme d'un mouvement de rotation à travers l'arbre d'entrée. C'est pourquoi lorsqu'un constructeur parle de son catalogue d'évolutions, il parle toujours de limitations de couple et non de puissance. À l'intérieur de la boîte de vitesses, il y a un transformation du couple en force tangentielle et retour au couple. Comment?

À l'intérieur de la boîte de vitesses, il y a un certain nombre de roues dentées qui se transmettent le mouvement entre elles simplement par l'engrènement des dents entre elles. Ces couronnes dentées, qui font référence au nombre de vitesses que possède la transmission, ont une taille ou "rapport de vitesse" différent, c'est pourquoi on peut parfois lire qu'une transmission a x vitesses ou x rapports ; c'est le même.

Dans tous les cas, cette taille différente des couronnes dentées est ce qui fait varier le couple d'entrée et de sortie également par le principe physique de la conservation de l'énergie: Lorsque deux roues tournent en prise (théoriquement), elles conservent de l'énergie, donc le produit du couple par la vitesse angulaire doit être maintenu constant.

Expliquant le principe de base qui affecte le couple, les vitesses inférieures ont des pignons plus grands que ceux des vitesses supérieures et sa logique physique est très facile à comprendre avec un exemple car c'est quelque chose que tous les conducteurs perçoivent et savent tirer parti, nous continuons donc avec la même voiture circulant à 2.000 XNUMX tours par minute, générant une puissance et un couple constants.

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circulant dans première vitesse, l'arbre d'entrée d'entrée couple la boîte de vitesses avec une vitesse angulaire donnée mais est en prise. couronne plus grande qui tournera à une vitesse inférieure à celle de l'arbre d'entrée. Comme la puissance reste constante dans le rapport, Lorsque la vitesse angulaire de rotation diminue, le couple augmente..

Si, au contraire, on circule dans le rapport le plus élevé, avec la couronne dentée encore plus petite que celle de l'arbre d'entrée primaire, c'est exactement l'inverse qui se produira : la couronne dentée du rapport le plus élevé tournera à une vitesse supérieure et donc la le couple de sortie diminuera. .

Cette variation de couple face à une constance théorique à la fois de l'efficacité du bloc et de la charge moteur est responsable du comportement différent que l'on peut observer dans la voiture lors de la prise de vitesse. Car tout le monde sait qu'en roulant à vitesse constante, il est plus facile d'augmenter le régime du moteur dans un rapport bas que dans un rapport long, même si la puissance et le couple générés dans le moteur sont les mêmes.

La raison est que dans un rapport supérieur, moins de couple atteint les roues motrices. La raison en est qu'au même régime, les pneus patineront plus vite plus le rapport sera élevé. C'est pourquoi parfois on peut gravir une rampe assez raide en première vitesse à 1.500 tours minute et d'autres fois, en roulant en 5ème ou 6ème, la moindre pente nous fait réduire une vitesse pour ne pas perdre de vitesse même si nous roulons à une vitesse supérieure régime des révolutions.

Logiquement, nous sommes à nouveau dans un monde théorique car, en pratique, à mesure que la vitesse augmente, la force aérodynamique qui tend à ralentir la voiture augmente également, la pertes d'énergie par exemple, en raison de l'échauffement plus important des pneus... Bref, une série d'agents extérieurs qui génèrent des forces contraires au mouvement et qu'il vaut simplement la peine qu'ils vous semblent un peu familiers pour mieux comprendre le couple moteur.

Couple dans les moteurs électriques

Comme dans les moteurs rotatifs, moteurs électriques générer directement mouvement rotatif et donc couple au lieu de puissance entendue comme telle. En effet, le principe de fonctionnement d'un moteur électrique repose sur une principe de base du magnétisme où les charges de même signe se repoussent et les charges de signe opposé s'attirent.

La base constructive d'un moteur électrique, expliqué en gros, pour être un cylindre aimanté traversé par un rotor qui tourne sur lui-même grâce aux changements constants de charge du cylindre extérieur. L'exemple le plus basique serait celui de la boussole : si on ne la touche pas elle pointe vers le nord magnétique de la terre, mais si on rapproche un aimant et qu'on le fait tourner en mouvements circulaires autour de la boussole, son aiguille va tourner sur elle-même à la vitesse à laquelle nous déplaçons l'aimant.

Il y a une différence fondamentale en ce qui concerne la qualité du paire obtenue: es cas constante. Alors que dans un moteur thermique le couple peut varier en fonction du nombre de tours auquel le bloc tourne, dans un moteur électrique le couple est cas constant. Cela est dû au principe de fonctionnement de base de ces types de moteurs et la technologie appliquée aujourd'hui.

Comme je l'ai mentionné, la rotation du rotor d'un moteur électrique est due à la polarisation continue du stator qui devient un petit champ magnétique capable de faire tourner le rotor par l'alternance des forces d'attraction et des forces de répulsion et c'est à ce point que les progrès techniques actuels permettent aux forces gravitationnelles générées dans le rotor d'avoir un couple maximal quasi constant.

Couple du moteur électrique vs. couple moteur thermique

J'ai commenté que la paire est cas constante pour un détail bien précis et qui explique d'une certaine manière les limites des voitures électriques sur autoroutes ou voies rapides mais aussi leurs avantages en circulation urbaine. Contrairement à un moteur thermique, les moteurs électriques génèrent couple moteur depuis le début du virage et ils le maintiennent constant jusqu'à ce que le niveau de puissance maximum soit atteint, moment auquel le couple diminue. Pour citer un exemple, le BMW i3 offre une puissance maximale 170cv et un couple maximal de 250 Nm, mais voyons comment il est distribué :

• Le moteur électrique de la BMW i3 offre un couple constant de 250 Nm de presque 0 tour moteur à environ 4.500 XNUMX tours moteur par minute.
• Dans cet intervalle de 0 à 4.500 0 tours par minute, la puissance passe de 170 à 127 chevaux (XNUMX kW).
• À partir de 4.500 XNUMX tours par minute, le couple et la puissance commencent à diminuer.
• À 8.000 3 tours par minute, le moteur de la BMW i150 offre environ 125 chevaux et un couple de XNUMX Nm.

Quelle lecture peut-on faire de ces chiffres ? Eh bien, dans le cas du moteur BMW i3, on peut dire qu'il est équipé d'un moteur très joyeux jusqu'à 4.500 XNUMX tr/min, ce qui rend cette voiture très rapide à l'accélération à basse vitesse. En effet, il atteint les 100 km/h en partant d'un arrêt en seulement 7 secondes, ce qui lui permet de se défier face à face avec la BMW 120i.

Toutefois, à partir de 4.500 XNUMX tours La puissance et le couple commencent à diminuer et affectent négativement à la fois la capacité d'accélération et la consommation, qui peuvent doubler par rapport aux chiffres approuvés. C'est aussi pourquoi de nombreuses voitures électriques ont un "Mode écologique ce qui limite sa vitesse de pointe à 90 ou 100km/h, juste au moment où une voiture comme la BMW 120i pouvait obtenir, en maintenant la vitesse constante, une très faible consommation.

Soit dit en passant, il y a un autre avantage très frappant et intéressant des voitures équipées de moteurs électriques : elles montrent moins sensible à la conduite sportive ou à la circulation urbaine et l'augmentation de la consommation d'énergie n'est pas aussi prononcée que dans un véhicule à moteur thermique équivalent. En effet, en offrant un couple aussi élevé et relativement constant, on peut dire que le moteur a plus facile d'augmenter la vitesse de rotation du moteur ou qui demande moins d'augmentation de couple pour augmenter sa vitesse de rotation.

Couple essence vs. couple diesel vs. couple de suralimentation

Dans cette section il est déconseillé d'aller trop loin car les différences entre le couple obtenu d'un bloc alimenté à l'essence et d'un autre alimenté au diesel sont dues à la caractéristiques de construction particulières l'un de l'autre et le énergie libérée par l'allumage de leurs carburants respectifs.

Si l'on s'en tient à une lecture classique de ces chiffres, comprenant comme telle une comparaison entre des blocs atmosphériques alimentés par injection ou ce qui serait plus ou moins un saut vers le 80 ans, les blocs alimentés au diesel offraient plus de couple et à un régime inférieur par rapport aux blocs d'essence, mais aux yeux d'aujourd'hui, ses niveaux de puissance pourraient même être ridicules.

A ce propos on peut retenir le début de l'article où j'expliquais que la puissance théorique du véhicule est proportionnelle au couple et à la vitesse angulaire de rotation. Un véhicule à essence atmosphérique a un marge d'utilisation réelle environ entre 1.000 5.500 et 1.000 4.000 tours par minute et un diesel atmosphérique entre XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX tours par minute. Dans le monde réel, le marge pratique d'utilisation Elle oscille entre 2.000 4.000 et 1.500 3.000 tours par minute pour les moteurs essence et entre XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX tours pour les mécaniques diesel.

Si nous laissons une des variables constante, par exemple le tour à 2.000 XNUMX tours par minute, nous obtiendrons moins de puissance dans le moteur diesel mais en même temps il nous offrira plus de couple. Ca parle de quoi? Et bien c'est simple, le couple moteur est provoqué par le mouvement linéaire des pistons en fonction de l'allumage du carburant dans les chambres des cylindres et la puissance qui est générée selon que l'on brûle de l'essence ou du diesel est différente. Cependant, l'explication mécanique est valable pour les deux cas.

Électronique et suralimentation

A ce jour, ce que je viens de vous expliquer reste pour la mémoire des plus nostalgiques. En effet, plusieurs d'entre vous auront remarqué que parfois un constructeur propose des véhicules avec différentes valeurs de couple et de puissance extraites du même bloc moteur. Ou même un véhicule qui a un "Mode écologique capable de modifier ces chiffres par simple pression sur un bouton, comme c'est le cas, par exemple, avec le Fiat Panda Cross Twin Air: en mode normal il offre 90cv et 145Nm et en mode « ECO » il reste à 78cv et 100Nm.

Cela est dû à Avancées techniques et surtout l'électronique appliquée au monde automobile. Aujourd'hui, nous ne sommes plus surpris d'entendre parler du variateur de phase pour les véhicules à têtes multisoupapes, les moteurs diesel et à essence avec le même taux de compression ou même les moteurs à compression variable, mais s'il y a quelque chose qui a représenté un pas de géant en ce qui concerne le les chiffres de couple et de puissance d'un véhicule est le suralimentation.

Bien que son explication mécanique puisse devenir très compliquée, la bases de la suralimentation est très simple: augmenter la pression à l'intérieur des chambres du cylindre pour augmenter la force générée lors de l'allumage du carburant, ce qui rend les pistons descendre avec plus de force et, par conséquent, plus de couple atteint le vilebrequin.

Comme prévu, sa mise en œuvre mécanique est un peu plus compliquée et demande beaucoup d'étude de son emplacement correct à l'intérieur du capot d'une voiture, de nouveaux collecteurs d'admission et de sortie, des renforts spécifiques dans les pistons, les bielles, le vilebrequin... mais le principe de base est de augmenter la pression à l'intérieur de la chambre du cylindre et c'est ce qui compte pour la rapporter au couple d'un moteur.

La suralimentation peut être entraînée directement par la rotation du moteur ou par la pression des gaz d'échappement. De nos jours, l'électronique a également atteint la suralimentation et le nouveau Audi TDI SQ7 a créé le premier turbo électrique du marché et les résultats ne pourraient pas être plus spectaculaires : 435cv constante entre 3.750 5.000 et XNUMX XNUMX tours par minute et 900 Nm constante entre 1.000 3.250 et XNUMX XNUMX tours par minute.

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Le couple d'hier et d'aujourd'hui

Jusqu'à il y a peu d'années, seuls les plus avertis savaient qu'une voiture avec des cylindres carrés (diamètre = course) était la plus équilibrée à conduire, que si la course était inférieure au diamètre, ce serait une voiture puissante mais avec un couple modeste. et que si la course était supérieure au diamètre, ce serait tout le contraire, plus silencieux et avec plus de couple.

De nos jours, la plupart des moteurs appartiennent à familles modulaires, qui permet aux constructeurs de proposer des blocs avec plus ou moins de cylindres et de l'essence ou du diesel avec une relative facilité et des changements minimes, les variations de couple et de puissance sont données par l'utilisation et la combinaison de différentes applications techniques et électroniques que le constructeur souhaite utiliser.

Malgré tout ce que j'ai expliqué dans cet article, la réalité dépasse la théorie à tous égards. Sur le marché actuel, nous pouvons trouver des moteurs à six cylindres avec la puissance de l'un des huit moteurs à trois cylindres aussi doux ou plus que d'autres moteurs à quatre cylindres de capacité similaire ou même des moteurs diesel avec le même taux de compression que ceux à essence et qui est Aujourd'hui tout est possible.

La Raison fondamentale de cet article était d'expliquer de manière compréhensible ce qu'est le couple moteur ou le couple moteur, que vous puissiez reconnaître comment cela affecte la conduite quotidienne et que vous vous rendiez compte que la puissance d'une voiture, si elle n'est pas liée au couple moteur, Ce n'est pas une valeur très indicative de son comportement. J'espère avoir réussi.