La précharge d’un ressort, c’est le genre de notion qu’on a vite fait de mal comprendre.
Et franchement, il y a pas mal de raisons de se tromper. On ne peut pas vraiment en vouloir à ceux qui se font avoir.
Après tout, ça s’appelle « précharge ».
Ah, forcément… Qu’est-ce qu’on est censé comprendre d’autre ? Rien que le nom, c’est presque un piège !
…Vous voyez ce que je veux dire ?
L’autre jour, en faisant quelques recherches, je suis tombé sur un article qui reprenait une idée fausse assez répandue sur la précharge.
Ce qui m’a frappé, c’est que le raisonnement semblait parfaitement logique à première vue. En le lisant, je me suis dit : « Cette personne a vraiment dû passer du temps à se renseigner. »
L’article expliquait que, pour être tout à fait précis, la raideur d’un ressort n’est pas nécessairement constante du tout début à la toute fin de sa course.
Ainsi, même deux ressorts affichant la même raideur peuvent présenter de légères différences selon leur fabricant ou leur conception.
Par exemple, les caractéristiques de raideur en début de course peuvent différer entre un ressort à extrémités ouvertes et un ressort à extrémités fermées.
De même, en fin de course, lorsque les spires sont proches de se toucher, la raideur peut varier légèrement selon la conception du ressort.
Bon, jusque-là, tout se tient.
« Donc, quand on ajoute de la précharge, le ressort utilise davantage de sa course, ce qui modifie la plage de débattement disponible. Et c’est pour ça que le comportement de la voiture change ! »
Ouh là…
Tout allait si bien jusque-là. Comment on en est arrivé là ?
En fait, je me dis que pour avoir poussé le raisonnement aussi loin, cette personne doit être plutôt intelligente.
C’est justement pour ça qu’avec un peu de recul, elle devrait pouvoir se rendre compte que quelque chose ne colle pas.
C’est probablement le mot « précharge » qui induit en erreur.
Prenons un instant pour réfléchir.
Imaginez un ressort de raideur 10 N/mm dont les spires arrivent en contact après 150 mm de compression.
Si vous lui appliquez une précharge de 50 mm, est-ce qu’il arrivera maintenant en spires jointives sous une force de 1 000 N ?
Non.
Pour comprimer un ressort de 10 N/mm de 150 mm, il faut toujours 1 500 N.
Ce n’est pas parce qu’on lui applique 50 mm de précharge, soit 500 N, qu’il va soudain arriver en spires jointives sous seulement 1 000 N.
Et avec 10 mm de précharge, il se comprimerait maintenant de 110 mm ? Avec 20 mm, de 120 mm ?
Ce n’est pas comme ça qu’un ressort fonctionne.
Prenez le ressort d’un stylo à bille et essayez de le comprimer entre vos doigts.
Peu importe à quel point il était comprimé auparavant : sa compression dépend de la force qui s’exerce sur lui à cet instant.
Pour le dire autrement, la précharge, c’est essentiellement le fait que l’amortisseur empêche le ressort de se détendre.
En réglant la distance entre la fixation supérieure de l’amortisseur et la coupelle inférieure du ressort à une valeur inférieure à la longueur libre de celui-ci, on l’empêche de retrouver sa longueur libre.
Mais cela ne veut pas dire que le ressort garde une force supplémentaire en réserve. C’est simplement l’amortisseur qui le maintient comprimé.
Par exemple, prenez un amortisseur dont le ressort est fortement préchargé. Si vous coupez sa tige à la meuleuse, le ressort va se détendre brutalement jusqu’à retrouver sa longueur libre, dans un grand « bang ! ».
Ceux qui ont déjà démonté un amortisseur d’origine voient probablement très bien de quoi je parle.
C’est l’amortisseur qui empêche le ressort de se détendre, en le maintenant comprimé de la valeur correspondant à la précharge.
Mais imaginons maintenant quelqu’un doté d’une force surhumaine, capable de saisir les deux extrémités de l’amortisseur et de le comprimer à mains nues.
Que se passe-t-il ?
Si cette personne comprime l’amortisseur au-delà de la position imposée par la précharge initiale, ce n’est plus la tige qui retient le ressort.
À ce moment-là, même si on coupait la tige à la meuleuse, le ressort ne se détendrait pas brusquement.
Pourquoi ? Parce que ce sont désormais les mains de notre super-héros qui le maintiennent comprimé !
Que la précharge soit de 20 ou de 50 mm, dès que la force exercée par ses mains dépasse la force de précharge, celle-ci n’a absolument plus aucune influence sur le ressort.
Une fois l’amortisseur installé sur la voiture, c’est le poids du véhicule qui le comprime.
Ainsi, tant que la voiture repose sur ses roues, l’amortisseur est normalement comprimé davantage que ne l’impose la précharge seule.
Dans cette situation, la précharge n’a aucun effet sur le ressort lui-même.
Alors, qu’est-ce qui change quand on augmente la précharge ?
Mais voilà : quand on règle la précharge, il y a bien quelque chose qui change, non ?
Ce qui change, ce n’est pas la course du ressort, mais la position du corps de l’amortisseur par rapport à la carrosserie.
Ce n’est probablement pas évident à visualiser avec des mots seulement, alors regardons ça en images.
En général, quand on parle d’« ajouter de la précharge », on parle tout simplement de tourner la coupelle inférieure du ressort alors que la voiture est levée au cric.
Quand une voiture est sur chandelles, la situation est un peu particulière : les roues ne touchent plus le sol et la suspension est en détente maximale.
Mais quand vous conduisez, vos pneus ne passent pas leur temps en l’air, n’est-ce pas ?
…Ah, pardon, vous êtes pilote de WRC ? Toutes mes excuses ! Je ne savais pas que vous passiez la moitié de votre temps dans les airs !
Bon, bon… Revenons à nos moutons.
Regardons maintenant ce qui se passe lorsqu’on augmente la précharge dans des conditions normales de conduite, avec tout le poids du véhicule qui s’exerce sur la suspension.
Une petite animation sera plus parlante.
Pour faciliter la compréhension, la carrosserie reste fixe dans l’animation : c’est le sol qui se déplace.
Regardons maintenant l’amortisseur de plus près. Rendons son corps transparent pour voir ce qui se passe à l’intérieur.
Vous voyez ce qui se passe ?
Imaginez qu’on fixe une caméra à l’intérieur du passage de roue.
On commence avec 1 mm de précharge. On redescend la voiture du cric et on prend une photo.
Ensuite, on soulève à nouveau la voiture, on ajoute encore 1 mm de précharge, on la redescend et on reprend une photo depuis exactement le même endroit.
On répète l’opération, puis on assemble dix photos pour obtenir une animation.
C’est en gros ce que vous voyez ici.
Et comme vous pouvez le constater, la distance entre la fixation supérieure et le corps de l’amortisseur augmente.
La position du piston à l’intérieur du corps de l’amortisseur change donc elle aussi. Autrement dit, la répartition du débattement change.
Si l’on prend maintenant le sol comme référence, la coupelle inférieure, sur laquelle repose le ressort, remonte. La hauteur de caisse augmente donc.
Et voilà. C’est tout ce qui change.
Puisqu’on ne fait que déplacer le corps de l’amortisseur, les seuls changements sont la hauteur de caisse et la répartition du débattement.
Le point essentiel, c’est qu’en tournant la coupelle inférieure, on ne « comprime » même pas réellement le ressort.
Quand la voiture est levée au cric, on peut en avoir l’impression, bien sûr. Mais c’est simplement parce que le poids du véhicule ne s’exerce plus sur la suspension.
Quand la voiture repose normalement sur ses roues, avec tout son poids sur la suspension, augmenter la précharge ne change que la hauteur de caisse et la répartition du débattement.
Mais il y a une expression qui complique un peu les choses.
On entend parfois dire qu’en modifiant la répartition du débattement, on « change la partie du ressort qu’on utilise ».
Ce n’est pas faux. En fait, c’est même tout à fait juste.
Mais cette façon de le dire peut facilement prêter à confusion. Encore un piège !
Un ingénieur de Team Le Mans, une équipe qui s’est notamment illustrée en Super Formula et en Super GT, a expliqué la précharge de cette manière.
(Source : Damper Lecture No.101)
— La précharge a-t-elle une influence sur le système masse-ressort ?
Modifier la précharge ne change rien au ressort lui-même, tant qu’il n’arrive ni en détente maximale ni en butée, comme le montre le schéma. Le ressort oscille simplement autour du point d’équilibre correspondant au poids du véhicule.
Il ne devient ni plus raide ni plus souple. Seule change la partie du ressort que l’on utilise.
Vous voyez ce qu’il dit ? « Seule change la partie du ressort que l’on utilise. »
C’est probablement là que beaucoup de gens se trompent.
Ils comprennent ça comme : « Ah, donc si j’ajoute 10 mm de précharge, le ressort va se comprimer de 10 mm de plus ? Et avec 20 mm de précharge, de 20 mm de plus ? »
Mais ce n’est pas du tout ce que cela signifie.
Et ce qui est intéressant, c’est que plus loin dans le même article, cet ingénieur précise :
— Même lorsqu’on soumet le système à des sollicitations sur un banc d’essai à sept vérins, rien ne change.
Il arrive même que des gens du milieu de la course viennent nous voir sur ce banc en demandant : « Je pensais ajouter un peu de précharge. Qu’est-ce que vous en pensez ? »
Et nous leur répondons : « Vous pouvez la modifier si vous voulez, mais tant que le ressort n’arrive pas en détente maximale, cela ne changera rien sur le banc. »
La précharge n’est rien d’autre qu’un réglage de hauteur de caisse qui modifie la répartition du débattement. Rien de plus.
Voilà. Tout est là.
Au passage, un banc à sept vérins, c’est une machine d’essai, une sorte de simulateur de route extrêmement sophistiqué qui permet de reproduire et d’analyser le comportement d’un véhicule dans des conditions contrôlées.
La précharge n’est qu’un « réglage de hauteur de caisse qui modifie la répartition du débattement ».
Rien de plus.
En fait, pour être vraiment précis, la précharge n’entraîne pas nécessairement de changement de hauteur de caisse.
Fondamentalement, elle ne sert qu’à régler la répartition du débattement de l’amortisseur.
Si on associe généralement le réglage de précharge à une modification de la hauteur de caisse, c’est tout simplement parce que le plus simple, c’est de tourner la coupelle inférieure.
On pourrait par exemple déposer l’amortisseur, retirer une entretoise de 10 mm située sous la fixation supérieure, puis remonter le tout sans toucher à la position de la coupelle inférieure.
On aurait alors ajouté 10 mm de précharge sans modifier la hauteur de caisse.
Autrement dit, la précharge est fondamentalement un simple réglage de la répartition du débattement.
Dans la pratique, modifier cette répartition peut avoir des conséquences, par exemple sur la compression de la butée en caoutchouc.
Et si la hauteur de caisse change, le parallélisme des roues et la position du centre de roulis peuvent également changer.
Alors forcément, on comprend que certains se disent : « Waouh, j’ai changé la précharge et la voiture se comporte complètement différemment ! Ça doit être sacrément efficace de comprimer le ressort à l’avance ! »
Si la hauteur de caisse change, bien sûr que le comportement de la voiture peut changer radicalement.
Modifier la géométrie des trains roulants ou la position du centre de roulis a naturellement des conséquences sur le comportement de la voiture.
Mais ce n’est pas un effet de la précharge elle-même.
Le ressort ne se met pas à fonctionner différemment simplement parce qu’on l’a comprimé à l’avance.
Si vous êtes persuadé qu’ajouter de la précharge permet au ressort de se comprimer davantage, d’une valeur égale à cette précharge, vous risquez d’avoir une mauvaise surprise le jour où vous réglerez une voiture dont les ressorts sont déjà très proches d’arriver en spires jointives.
Ce qui se passera réellement ne correspondra pas à ce que vous aviez prévu.
À proprement parler, la précharge ne consiste donc pas vraiment à « comprimer le ressort à l’avance ».
Elle consiste à « modifier la répartition du débattement » ou à « empêcher le ressort de se détendre ».
Voilà ce qu’elle fait.
Mais bon… Ça s’appelle quand même « précharge » !
Alors franchement, difficile d’en vouloir à ceux qui se trompent.
C’est exactement ce que je voulais dire au début avec mon « Vous voyez ce que je veux dire ? »
On n’y peut pas grand-chose, mais j’ai toujours trouvé que ce terme était un peu piégeux. Il rend la notion plus difficile à comprendre qu’elle ne devrait l’être.