Pratiques pour la réduction de la traînée aérodynamique - Transports Canada

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Pratiques pour la réduction de la traînée aérodynamique

Des pratiques aérodynamiques simples, qui demandent peu ou aucun investissement, pourraient entraîner des économies de carburant considérables.

D’importants obstacles se dressent contre l’adoption de technologies innovatrices. Une des barrières principales est le manque d’information pratique provenant des sources indépendantes. L’objectif de ces fiches techniques est d’informer l’industrie du camionnage au sujet des technologies récentes et émergentes qui ont été testées dans le cadre du programme Energotest (organisé par FPInnovations) et qui pourraient aider à améliorer l’efficacité en carburant tout en réduisant les impacts environnementaux du transport de marchandises au Canada.

Description

La traînée aérodynamique augmente de façon significative la consommation de carburant : il a été estimé qu’une diminution de 2 % de la traînée peut améliorer d’approximativement 1 % l’économie de carburant. Les essais de FPInnovations ont confirmé le potentiel de dispositifs aérodynamiques ajoutés tels que déflecteurs arrière de remorque et jupes de remorques, lesquels ont montré des améliorations de la consommation allant jusqu’à 5,6 % et 7,2 %, respectivement.

Comparaison d’ensembles routiers : tracteur avec semi-remorque à rideaux latéraux, tracteur-transconteneur et tracteur avec semi-remorque fourgon
 Comparaison d’ensembles routiers : tracteur avec semi-remorque à rideaux latéraux, tracteur-transconteneur et tracteur avec semi-remorque fourgon

En plus des dispositifs aérodynamiques ajoutés et intégrés, il existe aussi des pratiques simples demandant peu ou pas d’investissement, mais qui pourraient apporter des économies considérables de carburant.

Réduire la vitesse

L’approche la plus facile et la plus rentable pour réduire la traînée aérodynamique et augmenter le rendement en carburant est de réduire la vitesse sur route. Une vitesse excessive est le facteur à lui seul le plus important dans la réduction du rendement en carburant parce que la résistance de l’air aux vitesses élevées représente la majeure partie de la demande de puissance. La règle empirique concernant l’influence de la vitesse sur la consommation de carburant indique que pour chaque 10 km/h au-delà de 90 km/h, on utilise à peu près 10 % plus de carburant. L’impact de la vitesse sur la consommation de carburant a été évalué par deux essais sur piste de FPInnovations : comparativement à l’étape de base à 98 km/h, les étapes d’essai ont montré une économie de carburant de 2,0 % pour la vitesse constante de 95 km/h, et de 5,1 % pour la vitesse constante de 92 km/h. Par conséquent, les résultats des essais confirment la règle empirique mentionnée ci-dessus.

Limiteurs de vitesse

Les limiteurs de vitesse restreignent électroniquement la vitesse de route maximale et sont un équipement normalisé sur la majorité des camions lourds. Leur activation par le module de commande électronique (ECM) est relativement simple, mais requiert un logiciel du manufacturier et est parfois protégée par un mot de passe. Une observation opérationnelle menée par FPInnovations a montré une réduction de 6,3 % de la consommation de carburant pour un ensemble routier équipé de limiteurs de vitesse, de pneus à faible résistance au roulement et de jupes de remorque latérales, lors du transport d’un chargement partiel (CP). Le limiteur de vitesse dans l’ECM Detroit Diesel était activé de façon à limiter la vitesse maximale à 100,6 km/h.

Transconteneurs comparé aux fourgons

Soit à cause d’importations d‘outremer accrues ou simplement de changements dans les pratiques d’expédition, les compagnies de transport utilisent de plus en plus de transconteneurs depuis quelques années. Avec leurs parois ondulées construites pour assurer la durabilité et un entretien facile, on s’attendrait à ce que leur performance aérodynamique soit moins bonne que celle des fourgons à paroi lisse. Des résultats EnergotestMC sur piste d’essai ont confirmé que les transconteneurs sont beaucoup moins efficaces que les semi-remorques fourgons. Avec une augmentation de 15 % de la consommation de carburant, les transconteneurs ne représentent pas une alternative efficace en carburant pour le transport routier, même s’ils offrent des avantages dans le transport ferroviaire et maritime. Les transporteurs pourraient tenir compte de cette information quand ils réévaluent leurs pratiques. Ainsi, pour le transport longue distance, il vaudrait peut-être la peine de transférer la marchandise depuis les conteneurs à des semi-remorques fourgons, le coût additionnel étant récupéré par l’économie de carburant. Une autre solution pourrait être d’établir des taux différents pour les transconteneurs et les semi-remorques fourgons. Des essais sur piste EnergotestMC ont aussi été menés sur des semi-remorques fourgons et des semi-remorques à rideaux latéraux avec charges utiles comparables, et aucune différence significative n’a été mesurée dans la consommation de carburant.

Systèmes de bâche

FPInnovations a mené des essais sur piste pour évaluer l’influence sur la consommation de carburant de camions à benne et de tracteurs tirant des semi-remorques à benne, non chargés, quand les boîtes vides sont scellées par un système de bâche. Le fait de sceller le dessus de la boîte améliore la forme aérodynamique de la remorque et empêche l’air d’être forcé contre le hayon arrière de la remorque, réduisant ainsi la résistance au mouvement et la traînée aérodynamique. Les essais ont montré des économies de carburant de 8,8 % pour le camion, de 13,8 % pour une semi-remorque à benne de 44 pi, et de 14,9 % pour une semi-remorque à benne de 53 pi.

Champ d’application

Les limiteurs de vitesse et les stratégies de réduction de la vitesse peuvent être utilisés sur tout véhicule commercial. L’installation de systèmes de bâche sur des camions et des remorques à benne vides et le transfert des marchandises depuis les conteneurs à des semi-remorques fourgons seraient plus efficaces pour des voyages plus longs et des vitesses moyennes plus élevées.

Rendement du capital investi

L’impact économique des diverses mesures d’économie de carburant est évalué d’après le délai de récupération du capital investi, lequel est calculé en divisant le coût additionnel total d’une modification par les économies annuelles nettes qu’elle procure.

Le délai de récupération pour les limiteurs de vitesse et les stratégies de réduction de la vitesse est instantané parce qu’il n’y a pratiquement aucun investissement nécessaire (excepté le temps de la main-d’œuvre pour modifier les réglages de l’ECM), mais l’exercice de calcul en vaut la peine pour déterminer les économies à réaliser.

Voici un exemple de calcul d’un délai de récupération pour la réduction de vitesse :

  • Le kilométrage annuel du tracteur est de 200 000 km et nous supposons que les résultats de l’essai sur piste s’appliqueraient uniquement dans des conditions similaires, soit des voyages effectués sur des routes où la vitesse maximale affichée est de 80 km/h ou plus : 80 % du kilométrage annuel, résultant en 160 000 kilomètres applicables.
  • Les économies de carburant certifiées sur piste d’essai sont de 5 %, obtenues à vitesse élevée constante quand on réduit la vitesse de 6 km/h, par exemple de 105 km/h à 99 km/h.
  • Nous supposons une consommation moyenne de carburant avant-implantation de 34 L/100 km.
  • Les économies annuelles de carburant seraient de 2 720 L :
     Ã©quation
  • À un coût de 1,10 $/L de carburant diesel, les économies annuelles seraient :
    2720 L x 1,10 $/L = 2 992 $.

Déterminer la faisabilité économique du transfert de charges depuis des conteneurs à des semi-remorques fourgons est plus complexe, parce qu’il faut tenir compte du coût pour décharger la marchandise du conteneur et la recharger dans une semi-remorque fourgon.

Un système de bâche est obligatoire pour satisfaire aux exigences de sécurité pour les camions à gravier ou les véhicules à toit ouvert servant au transport en vrac. Par conséquent, le coût additionnel de chacun des deux systèmes mécanisés de bâche comparativement à un système de bâche ordinaire doit être considéré, tant pour le camion que pour la semi-remorque.

Voici un exemple du calcul du délai de récupération pour les deux systèmes mécanisés :

  • Les économies de carburant certifiées par l’essai sur piste sont de 8,8 % pour un camion à benne et de 14,9 % pour une semi-remorque à benne de 53 pi, obtenues à vitesse élevée constante.
  • Nous considérons un kilométrage annuel de 100 000 km tant pour le camion à benne que pour le tracteur avec semi-remorque à benne, et de plus un tracteur utilisant toujours la même semi-remorque.
  • Nous considérons seulement les voyages à vide sur des routes où la vitesse maximale affichée est de 80 km/h ou plus: la moitié de 80 % du kilométrage annuel, ce qui donne 40 000 km.
  • Nous supposons une consommation moyenne de carburant à vide de 42 L/100 km pour le camion à benne et de 41 L/100 km pour le tracteur et semi-remorque à benne, avec systèmes réguliers de bâche (d’après les mesures sur piste d’essai).
  • Les économies annuelles de carburant seraient alors :
    équation 

Où      S% = les économies de carburant certifiées sur piste d’essai
L = le taux de consommation de carburant

          Ã€ un coût de 1,10 $/L de carburant diesel, le délai de récupération serait :
Système de bâche Consommation de carburant de base (L/100 km) Coût additionnel ($) Économies annuelles Délai de récupération
% L $ Années Mois
Pour le camion à benne 42 2800 8,8 1478 1626 1,72 21
Pour la semi-remorque de 53 pi/p> 41 3500 14,9 2444 2688 1,30 16

Considérations relatives aux spécifications

Il n’y a pas de point important de comparaison au point de vue spécification des limiteurs électroniques de vitesse. L’impact sur la durée du cycle est généralement minimal. Tel que mentionné, leur activation par l’ECM est relativement simple : la vitesse maximale d’un véhicule peut être préréglée par le manufacturier, le vendeur, le mécanicien ou le propriétaire, au moyen d’un dispositif électronique portable qui est raccordé à un port dédié. Cette opération ne prend que quelques minutes.

Système de bâche sur un camion à benne
 Système de bâche sur un camion à benne

Les systèmes de bâche devraient être mécanisés pour sceller rapidement et efficacement le dessus de la boîte. Il est difficile, sinon impossible, d’obtenir une surface aérodynamiquement serrée et lisse, avec une fixation manuelle de la bâche. Les systèmes que nous avons testés étaient actionnés par des moteurs électriques, et les calculs ci-dessus du moteurs électriques, et les calculs ci-dessus du rendement de l’investissement sont basés sur le coût réel de ces systèmes. Pour augmenter la durée de service du dispositif, informez-vous des enduits protecteurs, de la composition des matériaux, ainsi que des moyens d’attache : des dispositifs métalliques peuvent rouiller et des dispositifs non métalliques peuvent se détériorer par suite de l’exposition à l’environnement.

Réglementation

Depuis le 1er janvier 2009, les véhicules commerciaux assemblés en 1995 ou après, ayant un poids nominal brut de 11 794 kg (26 000 lb) et plus, circulant en Ontario et au Québec—peu importe où ils sont immatriculés—doivent utiliser des limiteurs électroniques qui restreignent leur vitesse à 105 km/h. Néanmoins, il y a encore d’importantes économies à réaliser en opérant à des vitesses plus basses que les limites établies.

Système de bâche sur une semi-remorque à benne de 53 pi durant l’essai sur piste
 Système de bâche sur une semi-remorque à benne de 53 pi durant l’essai sur piste

Un système de bâche est obligatoire pour satisfaire aux exigences de sécurité lors du transport de charges avec des remorques et des camions à benne.

Entretien

Vous devriez activer le limiteur de vitesse lors de l’achat d’un nouveau véhicule du manufacturier.

Pour les systèmes de bâche, vérifiez régulièrement que les dispositifs n’ont pas été endommagés et sont bien fixés. Durant l’hiver, vérifiez s’il ne s’est pas accumulé de glace ou de neige sur le dispositif, car son efficacité aérodynamique serait diminuée et le poids de la glace elle-même pourrait l’endommager.

Références

Browand, F. 2005. Reducing aerodynamic drag and fuel consumption. Advanced Transportation Workshop, October 10-11, 2005, Stanford University, CA.

Kenworth Truck Company. 2008. White paper on fuel economy.

Surcel, M.-D. 2009. Essais pour l'évaluation des technologies potentiellement écoénergétiques : Energotest 2009, édition automne. FPInnovations, Pointe-Claire, QC. Rapport interne RI-2009-11-24. 77 p.

Surcel, M.-D. 2010. Energotest 2010: Essais pour l'évaluation des technologies potentiellement écoénergétiques. FPInnovations, Pointe-Claire, QC. Rapport interne IR-2010-10-28. 95 p.

Surcel, M.-D.; Provencher, Y.; Michaelsen, J. 2009. Fuel consumption track tests for tractor-trailer fuel saving technologies. Paper no. 2009-01-2891. SAE 2009 Commercial Vehicle Engineering Congress & Exhibition, October 6–8, 2009, Rosemont – Chicago, IL.

Transports Canada. 2008. Rapport sommaire - Évaluation de l'imposition au canada d'une exigence consistant à équiper les camions lourds d'un limiteur de vitesse. Ottawa, ON. TP 14808.

Date de modification :
2012-03-09