Boîte de vitesses : bien sous tous rapports

Démarrer, accélérer, grimper des côtes, rouler des heures à vitesse de croisière. Une mission rapidement impossible pour un moteur qui n’a qu’une plage de fonctionnement réduite. Les machines-outils apportent la solution et permettent de trouver l’équation magique pour changer la démultiplication entre le moteur et la roue (au centre, le brevet Peugeot pour un « système de mécanisme pour changement de vitesse »). En mettant en relation des chaînes d’engrenages, les premières boîtes de vitesses demandent aux conducteurs de synchroniser à l’oreille les vitesses relatives du moteur et de la transmission pour que l’opération se passe sans craquements.

Dans les années 1920, l’introduction des synchronisateurs, qui pré-accélèrent les pignons lors du changement de rapport, simplifie l’opération.
Une autre révolution arrive des États-Unis dans les années 1940 avec l’apparition d’un coupleur hydraulique qui remplace l’embrayage entre le moteur et la boîte, et permet de changer de rapport sans débrayer. L’étape suivante est logiquement d’assurer le changement de rapport de manière automatique. C’est une fois encore des États-Unis que l’innovation arrive avec la première boîte totalement automatique de General Motors. Elle ne comprend que deux rapports, mais le couple des moteurs américains et les faibles vitesses atteintes n’en demandent pas plus. Accélérer et freiner sont désormais les seules tâches requises de la part du conducteur, au prix d’une surconsommation notoire et d’un comportement plutôt lymphatique. Les mêmes critiques sont apportées aux transmissions à variation continue, basées sur le principe du variateur que l’on trouve sur les cyclomoteurs. Les améliorations apportées au système par Ford puis Mercedes s’avèreront insuffisantes pour palier un défaut intrinsèque du système, le mauvais rendement d’une transmission basée sur le glissement et le frottement.

Dans les années 1980, l’automatisation du changement de rapport suit des voies diverses. Les défauts des premières boîtes automatiques sont successivement gommés par le verrouillage de la liaison moteur boîte en roulage, supprimant ainsi le glissement du convertisseur et la surconsommation qu’il implique.
Ensuite, on voit arriver l’augmentation graduelle du nombre de rapports qui permet au moteur de travailler dans une plage de régime favorisant accélération ou économie, en fonction des desideratas du conducteur. Puis débarque la boîte à commande robotisée, suivi de la technologie du double embrayage favorisant des changements de rapports rapides et sans interruption de l’accélération. Adoptée par les constructeurs de voitures de sport, la boite automatique devient enfin sportive !

L’avènement du moteur électrique est pourtant le signe de la fin de cette évolution. Disposant d’une très large plage d’utilisation, le moteur électrique permet de passer de l’arrêt à la vitesse maxi sans changer de rapport. Fermez le ban, ou plutôt… la boîte!

Pour en savoir plus :  l’intégralité des contenus est disponible dans le N° Hors Série de la Revue « Ingénieurs de l’Automobile »