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L'instant Méca #5 : les différents types de châssis

L'instant Méca #5 : les différents types de châssis

Le cinquième volet de l'Instant Méca va vous expliquer un sujet que Monsieur et Madame Tout-le-Monde ont tendance à banaliser lors de l'achat d'un nouveau véhicule. Vous avez lu le titre, nous allons parler des châssis. Que ce soit leur type ou leur matériaux de fabrication, nous allons vous dévoiler tous les secrets de la base d'une voiture.


Je peux vous promettre que, même vous, vous ne savez pas tout du châssis automobile. Commençons par le commencement. Le châssis, c'est une grande pièce qui sert de base de fixation à toutes les autres composantes liant votre voiture au sol. Chaque châssis a donc le rôle de joindre le train avant et le train arrière. Évidemment, il y a plusieurs types de véhicules, et ils ont donc besoin de différents types de châssis. Les matériaux utilisés pour créer ceux-ci sont choisis pour leurs différentes propriétés, comme la légèreté ou la rigidité.

LE CHÂSSIS POUTRE : Une vieille bonne solution

Commençons la classification par un bon vieux châssis poutre. Son appellation est spéciale, car, en effet, la plupart des châssis sont à poutres. Sauf que, celui qui nous intéresse n'en possède qu'une seule : elle est grosse et centrée. Comme on peut le voir sur la photo ci-dessous, le train avant est relié au train arrière via un grand tube très épais. Le châssis illustré en bas est celui d'une Alpine Berlinette des années '60. Le moteur est donc placé à l'arrière. La carrosserie, elle, vient se fixer autour de ce châssis.

Au niveau de la sécurité, les chocs frontaux sont très très biens amortis. Pour reprendre la petite bombinette française, elle était sortie du crash test frontal en roulant, même si la poutre central avait subit pas mal de dégâts. Toute la force du châssis se trouve au centre, du coup, il n'y a que très peu de déformation sur les parties frontales, avant ou arrière. Cependant, cette même voiture a un point faible logique : les chocs latéraux.

Toyota, avec sa 2000GT, utilisait aussi un châssis poutre, avec une forme originale en X. Moteur à l'avant, boîte de vitesses au centre et pont à l'arrière, les japonais se vantaient que ce type de châssis amenait aussi une répartition des masses idéale (51/49%). Le choix de la boîte de vitesses de la 2000GT a été problématique. En effet, le châssis ne laissait que très peu de place pour la boîte. Toyota a dû se servir d'une base de 4 rapports, en ajoutant une cinquième et une marche arrière sur le bout du fil. Il en résulte que la boîte de vitesse est un peu bruyante, ce qui ne gêne pas spécialement. Le poids de la voiture, lui, est fortement limité grâce à la faible utilisation de matériaux pour créer la base. Les coûts de fabrication se trouvent, eux aussi, réduits. Enfin, si nous ajoutons Lotus à la liste des exploitants de cette architecture, nous aurons vite compris que le châssis poutre pouvait être destiné à la course. Il a été abandonné de la grande série.

LE CHÂSSIS POUTRE

C'EST CHOUETTE C'EST POURRI
• Amortissement des chocs frontaux excellente
• Répartition des masses proche du 50/50
• Châssis de voitures sportives
• Poids réduit car peu de matériaux
• Fragilité des parties latérales du châssis
• Peu de place pour caser l'ensemble moteur/boîte/pont
• La poutre prend tous les dégâts
La DMC De Lorean possédait un châssis poutre, d'où sa bonne résistance face aux chocs des années traversées !

La DMC De Lorean possédait un châssis poutre, d'où sa bonne résistance face aux chocs des années traversées !

LE CHÂSSIS EN ÉCHELLE / EN H : Pour les vrais durs !

Le châssis en échelle est connu pour se placer sur les modèles utilitaires. Il est toujours utilisé à l'heure actuelle et à toujours son succès, comme pour le dernier Suzuki Jimny. Il est appelé comme tel parce que, quand on le regarde, il ressemble tout simplement à une échelle. Deux longerons se placent de chaque côté latéral du châssis, et elles sont reliées par des traverses en différents endroits, servant à maintenir le bon écart entre les deux longerons. A une époque, on le retrouvait sur beaucoup d'automobiles. Notons par exemple le Land Rover Defender, Mercedes Classe G, Toyota BJ, et bien d'autres. En attendant, la Saab 9-3 X possédait un châssis échelle. La dernière génération du Toyota Land Cruiser et le pick-up Hilux en sont toujours équipé, tandis que le Classe G est toujours commercialisé ! Pire ! Les Morgan, ces voitures totalement décalées, ont des châssis échelles ! La base n'est pas en bois, comme la rumeur le veut, mais bien en acier ; le bois est juste le support de la carrosserie. Revenons-en à nos moutons : mais comment autant de rusticité fonctionne encore ?

Parce que c'est SOLIDE ! Le châssis échelle, c'est fait pour les gros durs. C'est bien trop solide, en réalité. Il a été abandonné par les voitures de série parce qu'il en devenait dangereux. Soit la carrosserie n'était pas reliée au châssis, et c'est ce dernier qui ne prenait aucun dégât en cas de choc contre un obstacle indéformable, laissant les passagers dans un piteux état, soit tout était lié, et rien ne bougeait, mais les passagers mourraient en cas de décélération trop brutale (nous ne sommes pas faits pour subir de tels chocs). Cependant, il vaut mieux être passager de la vieille bagnole en châssis échelle en cas de choc frontal contre un obstacle déformable, telle une voiture. En effet, votre tout-terrain ne laissera que très peu de chance à vos voisins d'en face...

Châssis du nouveau Suzuki Jimny

Châssis du nouveau Suzuki Jimny

Son avantage est de donc bien encaisser les chocs. Il cache un autre atout qui fait qu'il est apprécié dans le monde utilitaire, c'est qu'il subit tout aussi bien les lourdes charges. Mais, lorsque l'on roule dans un utilitaire, ce n'est pas le grand confort. Le dernier Jimny le prouve : la moindre déformation sur la route est totalement ressentie dans l'habitacle, parce que tout bouge. La tenue de route n'est pas non plus le point fort de ce châssis, nous parlerons de "convenable" sur les modèles les plus évolués. Pour finir sur ses défauts, le châssis échelle impose un plancher d'habitacle au-dessus de lui. Vous avez déjà remarqué des marches-pieds pour rentrer dans un vrai franchisseur. Ce qui veut dire aussi que la voiture accusera une hauteur supérieure. Enfin, plus la voiture est haute, plus elle subira du roulis (dû au transfert des masses), une consommation plus élevée (due à une aérodynamique d'armoire Normande) et, aussi, de prise au vent latéral !

LE CHÂSSIS ECHELLE

C'EST CHOUETTE C'EST POURRI
• Le châssis viril : solidité excellente
• Capacités en tout-terrain
• Robustesse (trop ?) exemplaire lors de chocs
• Grande capacité de chargement, idéale pour les utilitaires
• Dangereux s'il est mal conçu
• Véhicule haut obligatoire
• Comportement routier médiocre sur les utilitaires
• Toutes les déformations de la route sont ressenties
La Morgan 4+, qui ne possède pas de châssis en bois, mais bien un châssis échelle métallique

La Morgan 4+, qui ne possède pas de châssis en bois, mais bien un châssis échelle métallique

LE CHÂSSIS PLATEFORME : L'échelle plus plate

Le châssis plateforme n'est qu'une évolution du châssis échelle. La base reste la même : deux longerons de part et d'autre du véhicule, mais, à la place d'avoir plusieurs traverses positionnés aux points stratégiques, c'est une coque entière qui vient prendre place. Cette coque peut se permettre d'être créée avec des couches de métaux plus fines, ce qui apporte plus de légèreté, mais aussi la possibilité de faire de cette coque, le plancher de l'habitacle. Ainsi, la Renault 4L, ou encore les Citroën 2CV ou Méhari propose cette structure. Nous ne prouverons plus la tenue de route de la deuche, mais sa solidité ne fait pas défaut. Volkswagen a aussi fait ce choix à ses débuts, avec la Coccinelle.

LE CHÂSSIS PLATEFORME

C'EST CHOUETTE C'EST POURRI
• Meilleure tenue de route
• Plus habitable à l'intérieur
• Toujours aussi solide qu'un châssis échelle
• Moins bonnes capacités hors-pistes
• Capacités de chargement plus restreintes
• Manque de rigidité du châssis
Châssis plate-forme d'une Citroën 2CV

Châssis plate-forme d'une Citroën 2CV

LE CHÂSSIS TUBULAIRE : La compet' dans le sang !

Le châssis tubulaire porte, lui aussi, bien son nom. Ce sont en effet une multitude de tubes qui composent la structure du châssis. Cependant, ces tubes ne se sont pas seulement disposés au sol. Lorsqu'ils sont assemblés, on retrouve bien le dessin (vulgaire, oui) d'une voiture. J'ai dit vulgaire, parce qu'au final, c'est peut-être le châssis le plus simple qui puisse exister. Bientôt, notre mécano préféré (j'ai nommé Anthony, évidemment) pourra s'adonner à créer son propre châssis. Ce n'est, au final, qu'un assemblage de tubes ronds soudés les uns aux autres. Le plus technique reste de faire de bonnes soudures !

En fait, beaucoup de passionnés de course automobile se sont déjà essayé à la création de leur propre châssis. Et le genre de voitures qu'ils créent sert uniquement pour la compétition. L'avantage de ce châssis tubulaire est d'être particulièrement léger (car il est essentiellement composé de vide) et très rigide. C'est normal, étant donné que les tubes sont la carrosserie, et que le centre de gravité est implanté bas, le véhicule au châssis tubulaire prendra ses virages à plat, ce qui est un bon point pour la course. En plus, il se trouve que les coups sont assez bien absorbés, surtout latéraux. Mais il reste le problème de l'homologation, qui est purement impossible. La photo que vous trouverez ci-dessous représente le véhicule quasi terminé : il ne reste plus que le moteur, la boite, le pont, le volant et les roues ! Aucun élément de carrosserie ne vient par dessus. Aussi, un châssis tubulaire est fait de manière artisanale, il n'y a donc pas de production en grande série !

Attention ! Les voitures homologuées en rallye n'ont pas de châssis tubulaires, mais bien un châssis autoporteur, avec des arceaux pour les renforcements. A lire ci-dessous !

LE CHÂSSIS TUBULAIRE

C'EST CHOUETTE C'EST POURRI
• Légèreté de l'ensemble
• Châssis ultra-rigide
• Simplicité d'assemblage
• Comportement sur piste : le pied !
• Homologation impossible
• Introuvable sur des véhicules de série
• Pilotes en environnement hostiles !
Un châssis tubulaire dans un paysage ressemblant à tout sauf une usine de montage...

Un châssis tubulaire dans un paysage ressemblant à tout sauf une usine de montage...

LE CHÂSSIS AUTOPORTEUR / COQUE : Vous l'avez !

Voici le châssis qui est le plus répandu dans le monde automobile actuel. Il équipe une très grande partie du marché, laissant aux châssis échelle les utilitaires. Il est appelé autoporteur ou coque, parce qu'il fait tout. En effet, la base est comme celle du châssis échelle, au final, mais le contour de la caisse est fixé à la base, et le tout forme une voiture classique : il ne reste plus qu'à poser les panneaux de carrosserie. Il y a une raison pour laquelle c'est the châssis : il est intelligemment pensé. C'est donc grâce à l'expérience qu'ils ont eu dans l'automobile que les constructeurs ont pu développer la coque autoporteuse, qui est la plus sûre.

Il fallait donc un châssis qui réponde parfaitement à tous les caprices des automobilistes contemporains : une voiture sécurisante et amusante à conduire, qui reste confortable (déformations de la route, et bruit). Pas évident, quand on sait que les deux n'ont jamais su être associés sur des châssis homologables. C'est donc la coque autoporteuse qui va instaurer le mélange de rigidité et de solidité de la caisse. En plus, elle ne vibre pas comme tous les autres types ! Évidemment, chaque constructeur joue avec les matériaux et les points de fixation pour que la voiture tienne la route. C'est par exemple le cas entre les châssis Peugeot et Citroën : ce sont les mêmes, mais Peugeot rigidifie les siens pour obtenir une meilleure sensation de conduite.

Saurez-vous reconnaître ce châssis ?

Saurez-vous reconnaître ce châssis ?

Pour ce qui est de la sécurité, la coque autoporteuse est vraiment au point. Plusieurs zones existent, allant de très déformables à très peu déformables. Ainsi, l'habitacle sera donc protégé, comme le montre les éléments en rouge sur la photo ci-dessous. La partie du capot moteur ainsi que le coffre sont plus sensibles, et c'est fait exprès. Un choc est parfois inévitable, alors, autant le dévier vers des zones moins "importantes". Sur le modèle que nous avons en image, en cas de choc latéral, les déformations seront orientées vers l'avant et l'arrière, via des glissières. En plus, en parlant de glissière, il en existe aussi derrière le moteur. Celles-ci permettront, en cas de choc frontal violent, d'orienter la course du moteur vers le dessous de la voiture. Cela évitera donc de se retrouver incarcéré à bord de l'auto, sans pouvoir en sortir parce que le moteur vous coince les jambes ! Pas folle, la guêpe ! En attendant, si vous avez un choc un peu trop violent, votre châssis est touché, et le tout ira à la casse, malheureusement...

Les zones en rouge sont les zones renforcées, et les zones en bleu sont les zones fragilisées.

Les zones en rouge sont les zones renforcées, et les zones en bleu sont les zones fragilisées.

Nous en parlions dans les châssis tubulaires, mais les voitures de série, possédant une homologation compétition (Hyundai i20 WRC, Mini Countryman Dakar, Audi R8 GT3, ...) sont munies d'un tas de tubes dans le cockpit. Cela n'en fait pas un châssis tubulaire, pas du tout ! En fait, c'est le châssis de base du véhicule avec, il est peut-être vrai, quelques points améliorés. Et les tubes, à l'intérieur, ce sont des arceaux qui permettent de rigidifier la structure. Notre ami Anthony (encore une fois) a déjà essayé de poser une barre anti-rapprochement, il a (malgré lui) réussi à obtenir une meilleure tenue de route sur sa chère et tendre 206 Diesel ! Là, c'est le même principe, sauf que tout est à l'intérieur. Pour ça, on vide l'habitacle (donc, on gagne du poids), et on fixe des tubes à des points stratégiques, afin de rigidifier la caisse à des endroits où elle a besoin de l'être. Oui, cela devient de la physique pure, et là, vous m'avez définitivement perdus...

Une Ford Fiesta WRC, vue de l'intérieure grâce à une découpe du toit

Une Ford Fiesta WRC, vue de l'intérieure grâce à une découpe du toit

Dernier petit problème des coques autoporteuses : les cabriolets. Vous avez pu le remarquer, le châssis coque est toute la voiture, le toit y compris. Mais alors, que se passe-t-il lorsqu'il n'y a plus de toit, comme dans le cas d'une décapotable ? Si rien n'avait été modifié, le châssis se serait tordu au premier freinage violent, ou au premier virage. Mais les ingénieurs ont prévu le coup. Si vous regardez sous un cabriolet, vous pourrez voir des barres croisées dans le soubassement de la voiture. Le poids augmente donc, mais il faut bien cela pour palier à la perte du toit quand le soleil brille...

Les cabriolets, comme cette Mégane CC, doivent être renforcés dans le soubassement

Les cabriolets, comme cette Mégane CC, doivent être renforcés dans le soubassement

À la quête du plus léger

Évidemment, avec les contraintes des normes antipollution, les constructeurs automobiles sont contraints de faire de plus en plus de recherches pour que leurs véhicules consomment moins. Seulement, les technologies doivent aussi prendre un certain temps pour se développer. Donc, il faut chercher hors du moteur pour diminuer les polluants. On améliore donc l'aérodynamique, mais on créée des SUV à la pelle... Il faut donc alléger les châssis !

De base, c'est l'acier qui est le plus utilisé. Seulement, cela pèse lourd sur la balance. L'aluminium a donc été appelé à la barre pour prester. Il est beaucoup plus léger, et son utilisation commence à s'étendre aux constructeurs généralistes. Au départ, ce sont les véhicules haut de gamme qui employaient l'aluminium, comme Audi, BMW, et même Ferrari. En attendant, les groupes comme PSA, ou encore Volkswagen intègre l'aluminium tout doucement à leurs châssis. Cela provoque donc un gain de poids. Mais l'aluminium a aussi des défauts. Il n'est, par exemple, pas évident de réparer une structure en aluminium, car les soudures sont encore bien plus techniques que sur l'acier. De plus, l'acier doit être placé en plusieurs couches pour égaler la solidité de l'acier. Si on arrive toujours à gagner du poids, cela coûte plus cher !

Ceci est ni plus ni moins que le châssis d'une 458 Italia Spider

Ceci est ni plus ni moins que le châssis d'une 458 Italia Spider

Un dernier matériau, encore plus rare, fait son apparition dans les plus sportives. Nous pensons à McLaren, qui ne fait plus de voiture sans utiliser la fibre de carbone ! Le carbone allie tout ce que le monde du sport automobile demande : de la légèreté et de la rigidité. Évidemment, le carbone est très très cher, et va carrément se briser en cas de choc. Demandez donc à la McLaren P1 pourquoi elle coûte si cher...

La Koenigsegg Regera possède un châssis et une carrosserie en fibre de carbone. 2 000 000 €.

La Koenigsegg Regera possède un châssis et une carrosserie en fibre de carbone. 2 000 000 €.

Le moins de dépenses possibles !

D'accord, la course au poids, elle est bien belle. En attendant, les constructeurs automobiles généralistes grattent les fonds de tiroirs pour pouvoir payer leurs homologations. Il faut donc toujours dépenser moins. C'est pour cela qu'ils ont mis au point des plateformes modulaires. Ainsi, ils créent un châssis, et ils équipent plusieurs modèles avec une seule plateforme ! Toyota a sorti, il y a 3 ans, une nouvelle plateforme, nommée TNGA. A l'heure actuelle, elle couvre pas moins de 9 modèles, comme les Toyota CH-R, Corolla, Prius, RAV4, mais aussi les Lexus UX, LS, LC et bien d'autres en Amérique et au Japon. Le groupe PSA possède la fameuse EMP2 de la 308, le groupe VAG avec sa plateforme MQB (Golf VII, ...) ou MLB (Audi, Porsche, ...), et Renault avec la CMF.

Les plateformes modulaires sont, comme leur nom l'indique, modulable. On les allonge, on les rétrécit, on les élargit, tout ça en ajoutant ou en retirant des plateformes. On joue sur l'empattement aussi facilement que cela, c'est pour cela que, chez BMW, par exemple, la plateforme CLAR couvre les Série 3, 5 et 7, en passant par les X3 et X5. Actuellement, beaucoup de constructeurs sont en train de retravailler leurs plateformes modulaires afin de pouvoir les rendre aptes à recevoir un pack de batterie, afin de rendre les véhicules hybrides ou 100% électriques.

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Peugeot 308 Etienne PDLV
 

De la Smart à la Bentayga, je peux dire que je suis complètement obsédé par le monde de l'automobile. Intégrer l'équipe de PDLV et pouvoir vous donner ma vision des nouveautés chaque jour est quelque chose de génial pour moi. Ma "carrière" de blogueur a débuté il y a quelques années, et ceci, cumulé à mes études en mécanique auto, me permettront de vous proposer un contenu de qualité, tout en gardant le côté décalé cher à PDLV.

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Etienne Deketele-Kestens

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