Toutes les autres boites vues jusqu’ici dans cette serie — manuelle, automatique a convertisseur de couple — fonctionnent avec un jeu fixe de rapports que l’on parcourt un a un. La CVT (Continuously Variable Transmission, transmission a variation continue) renverse totalement cette logique : pas de vitesses a enclencher, aucun rapport discret. A la place, une courroie ou une chaine glisse entre deux poulies coniques dont le diametre effectif change en continu, ce qui signifie que la transmission peut, en principe, choisir litteralement n’importe quel rapport entre son minimum et son maximum et le maintenir exactement la ou le moteur est le plus efficace. Sur le papier, cela semble plus simple qu’une boite a engrenages. La faire survivre au couple reel d’un moteur sans glisser ni dechiqueter la courroie, voila ce qui a ete difficile.
Deux cones et une courroie qui ne peut pas s’etirer
Le coeur de presque toutes les CVT automobiles est le variateur : deux poulies, chacune formee de deux demi-cones que l’on peut rapprocher ou ecarter hydrauliquement, reliees par une courroie ou une chaine qui circule dans la gorge en V entre elles. Si l’on rapproche les demi-cones de la poulie d’entree, la courroie est contrainte de remonter plus haut sur le cone, augmentant le diametre effectif autour duquel elle s’enroule ; en faisant l’inverse sur la poulie de sortie au meme moment, le rapport change de maniere continue, sans aucun palier. En elargissant la poulie d’entree et en resserrant celle de sortie, le rapport s’inverse — ainsi le meme mecanisme couvre tout, du rapport court pour demarrer a l’arret jusqu’au rapport long et economique sur autoroute, sans le moindre point de passage de vitesse discret.
Pourquoi une courroie en caoutchouc ne suffit pas
Une courroie trapezoidale en caoutchouc classique se detruirait presque instantanement sous la force de serrage et le couple exiges par une boite de voiture ; les CVT routieres utilisent donc une courroie push-belt en acier : des centaines de fines bandes d’acier a haute resistance empilees pour former une boucle, maintenant ensemble des dizaines d’elements trapezoidaux en acier qui se poussent effectivement les uns contre les autres autour des poulies en compression, plutot que d’etre tires en tension comme une courroie normale. Ce concept a ete developpe par l’ingenieur neerlandais Hub van Doorne et est encore produit aujourd’hui par la division transmissions de Bosch sous la marque Van Doorne, concedee sous licence a la plupart des constructeurs utilisant la CVT. Certaines CVT, surtout sur les applications a couple plus eleve, utilisent une chaine metallique a la place de la push-belt : plus etroite et capable de transmettre plus de couple a largeur egale, au prix d’une perte par frottement legerement superieure. Dans les deux cas, la force de serrage doit etre enorme et geree en permanence par voie hydraulique : serrer trop peu et la courroie glisse et brule en quelques secondes ; serrer plus que necessaire et l’on gaspille de la puissance moteur et du carburant en frottement superflu.
La seule chose qu’un variateur ne peut pas faire : demarrer a l’arret
Un variateur a courroie et poulies ne peut pas multiplier le couple comme le fait la premiere vitesse d’une boite a engrenages, et il ne peut rien faire d’utile a vitesse de sortie nulle — chaque CVT a donc besoin d’autre chose pour gerer le demarrage a l’arret. La plupart utilisent un convertisseur de couple, exactement comme une automatique classique, mais dimensionne plus petit puisqu’il ne doit couvrir que l’extremite basse de la plage de vitesses avant que le variateur ne prenne le relais. D’autres utilisent a la place un embrayage multidisque en bain d’huile, plus leger et donnant une sensation de conduite plus directe, moins “cotonneuse”, mais exigeant un controle electronique plus precis pour eviter des demarrages saccades ou des glissements. Ces deux solutions existent precisement pour couvrir la seule tache que le variateur lui-meme est structurellement incapable d’accomplir.
L'”effet elastique” et pourquoi les constructeurs japonais l’ont quand meme adopte
Puisqu’une CVT peut maintenir n’importe quel rapport a sa guise, l’astuce preferee du logiciel de controle en acceleration franche consiste a amener immediatement le moteur au regime de puissance maximale et a l’y maintenir pendant que la vitesse augmente — ce qui est exactement ce qui rend une CVT si efficace pour delivrer l’acceleration, et exactement ce qui lui a valu le surnom d’“effet elastique” : le regime moteur monte d’un coup et reste plat et bourdonnant tandis que la voiture continue de gagner de la vitesse en dessous, sans le rythme de montee et de descente typique d’une boite a rapports fixes. Les conducteurs habitues aux boites a engrenages interpretent souvent ce comportement comme une lenteur de la voiture ou un patinage de la transmission, alors meme qu’elle fait la chose mecaniquement optimale. C’est la raison principale pour laquelle la CVT souffre d’un probleme d’image sur les marches habitues aux boites manuelles et a double embrayage, meme si la technologie elle-meme est solide ; Toyota, Honda, Nissan et Subaru, tous gros utilisateurs de CVT, ont passe deux decennies a peaufiner des logiciels simulant des “changements de vitesse” par paliers, uniquement pour rendre la sensation plus familiere, au prix d’un leger cout en efficacite.
Pourquoi cela fonctionne si bien justement avec l’hybride
Un variateur CVT s’associe de maniere particulierement efficace a une motorisation hybride, raison pour laquelle l’Hybrid Synergy Drive de Toyota et la plupart des autres systemes hybrides utilisent une variante de ce principe : au lieu d’un variateur a courroie et poulies, ils utilisent generalement un train epicycloidal a repartition de puissance — a variation continue electronique plutot que mecanique — qui permet au logiciel de controle de melanger le couple du moteur thermique et du moteur electrique et de maintenir le moteur thermique a son unique regime de rendement maximal quelle que soit la vitesse de la voiture, exactement la meme logique d’efficacite qu’une CVT a courroie mais realisee electroniquement plutot qu’hydrauliquement. C’est un mecanisme different qui atteint le meme objectif fondamental : decoupler completement le regime moteur de la vitesse du vehicule.
La recherche europeenne pour faire passer plus de couple sur la CVT
Les CVT a courroie et poulies ont historiquement ete limitees a des moteurs plus petits et moins coupleux, car la push-belt en acier ne peut transmettre qu’une certaine force avant de glisser ; c’est exactement cette limite que le projet europeen TRUFUS (“MAZARO’s innovative transmissions for unrivalled electricity and fuel savings in transport”, Horizon 2020, SME Instrument Phase 2, coordonne par MAZARO NV en Belgique, €2,08M, 2017-2020) s’est propose de repousser. L’approche de MAZARO utilise une geometrie de variateur toroidal a disques, plutot qu’un design classique a courroie et poulies, visant un saut net dans la densite de couple et de puissance qu’une CVT peut gerer sans la penalite d’encombrement et de poids qu’impliquerait le simple fait d’agrandir une unite a push-belt — ouvrant la voie a des CVT sur des vehicules plus grands et plus coupleux, la ou dominent aujourd’hui les boites automatiques a rapports fixes et a double embrayage.
Mais la CVT est-elle vraiment plus efficace ?
En principe, oui : en maintenant toujours le moteur a son point de fonctionnement le plus efficace plutot qu’au regime impose par le rapport engage a l’instant, une CVT bien calibree peut battre une automatique a rapports fixes en consommation, en particulier dans la conduite urbaine saccadee et dans la marche a allure basse et a ouverture de gaz legere qui domine les cycles de test de type WLTP — raison pour laquelle la CVT est si repandue sur les hybrides orientes efficacite et les citadines. Le compromis se voit a l’autre extremite de la cartographie moteur : en acceleration franche, le bourdonnement prolonge a haut regime et la legere perte par frottement supplementaire inherente a un design a courroie et poulies font qu’une CVT gagne rarement une comparaison de performances pures face a une boite a double embrayage bien calibree — raison pour laquelle la CVT domine les segments orientes efficacite tandis que les boites a rapports fixes dominent encore ceux orientes performance.
Photo : © Car-Shooters