D’énergie, de travail… et de puissance
Il est plutôt ironique de penser qu’un bon nombre d’entre nous se baladent en moto pour oublier les soucis de la vie quotidienne, notamment le travail, alors que nos randonnées sont rendues possibles strictement grâce au travail, soit celui du moteur de notre engin.
Travail = transformation d’énergie
Peu importe leur configuration ou leur nombre de cylindres, tous les moteurs sont conçus pour une seule et unique raison : travailler. Si notre perception du travail est habituellement plus orientée vers des tâches plutôt « industrielles », tel le déplacement de sable par un camion ou le déneigement par une niveleuse, il n’en reste pas moins que la propulsion d’une moto est, en effet, du travail.
Le grand bon sens et notre expérience de vie personnelle nous disent que l’accomplissement de travail exige de l’énergie. Il va de soi, donc, qu’un moteur est un outil de transformation d’énergie. Tout comme notre corps qui, lui, transforme l’énergie chimique dans les aliments que nous consommons en énergie mécanique et cinétique (et thermique, bien sûr), un moteur en fait de même, s’alimentant de carburant. Il est important de noter que l’énergie ne peut ni se créer ni se détruire (principe de la conservation de l’énergie), mais uniquement se transformer d’une forme à une autre. Dans les faits, un moteur nous permet de libérer l’énergie potentielle entreposée dans le carburant et de la transformer en une forme d’énergie qui nous est plus utile.
Force et couple
Le dictionnaire Larousse définit la force comme étant « l’intensité de l’action d’un agent ou d’un phénomène physique, son degré de puissance ou de violence ». Dans le cas d’un moteur, l’expansion des gaz qui suit l’allumage du carburant dans la chambre de combustion produit un mouvement linéaire (vers le bas) du piston dans le cylindre. Ce mouvement entraîne à son tour une rotation du vilebrequin, transformant ainsi une force linéaire en force rotative nettement plus désirable et utile. De façon plus concrète, cette interaction produit du couple, soit une force en torsion. La magnitude du couple dépend de deux facteurs : la force appliquée et la longueur du levier sur laquelle la force est appliquée (note : l’angle entre les deux est aussi un facteur, mais pour les besoins de cet article, nous le traiterons comme un facteur constant). Donc, compte tenu les deux facteurs mentionnés, il n’est pas surprenant de constater que l’unité de mesure du couple comporte un élément de force et un autre de longueur (par exemple lb-pi ou Nm). Il va sans dire que plus le couple est élevé, plus la force de torsion est puissante. Comme le couple est le résultat direct de l’action de la pression de combustion moyennée par la course dans un moteur, nous constatons que le facteur déterminant le plus important pour le couple d’un moteur est sans aucun doute la cylindrée, bien que d’autres éléments (le taux de compression, l’efficacité du design de la chambre de combustion, l’allumage, l’efficacité de l’écoulement de l’air, etc.) jouent aussi un rôle important.
La puissance
Pour réaliser un travail, la force est un des deux éléments requis, l’autre étant le mouvement. Pour mieux visualiser, pensez à l’acte de déplacer un frigo, par exemple. Une personne peut forcer à la limite de ses capacités, mais jusqu’à ce que le frigo soit déplacé, techniquement il n’y a eu aucun travail d’accompli. Donc, alors que le couple est une mesure absolue de la force générée par un moteur, la puissance, quant à elle, est une mesure de sa capacité à effectuer un travail dans un laps de temps donné. Donc, il va de soi que la puissance est une fonction de la force (le couple) avec laquelle le travail est entrepris, ainsi que la vitesse. Pour illustrer le propos, pensez à une tâche (un travail) à effectuer, comme de déplacer un tas de sable. Supposons que le volume de sable à déplacer est de 100 m3 et que la tâche doit être accomplie dans un laps de temps de 100 secondes. Dans un tel cas, on pourrait déplacer 1 m3 de sable par seconde (pour 100 secondes) pour accomplir ce travail. On arriverait aussi au même résultat en choisissant une plus grosse pelle (l’équivalent d’augmenter la force) et en ralentissant la cadence (l’équivalent de diminuer la vitesse), ou encore, en utilisant une plus petite pelle (l’équivalent de diminuer la force) tout en augmentant la vitesse. Ainsi, la puissance (ou la capacité de travail) d’un moteur peut être augmentée, soit par une hausse du couple, soit par une augmentation de la vitesse. Il est évident qu’à couple égal, un moteur qui tourne plus rapidement est plus puissant et, inversement, à vitesse égale, un moteur produisant davantage de couple est plus puissant.
