Moteur à plat

Un moteur à plat (en anglais : « flat ») est un moteur à pistons dans lequel les cylindres et pistons (de 2 à 16 cylindres) sont sur un même plan (généralement horizontal) et disposés de part et d'autre du vilebrequin. Il existe deux types de moteurs à plat : les moteur boxer et moteur en V à 180°.

Pour un article plus général, voir Architecture des moteurs à pistons.

Moteur flat-twin boxer
Deux types de moteurs à plat : moteur boxer (en haut) et moteur en V à 180° (en bas).
Vue coupée de moteur 6-cylindres à plat boxer Porsche

Ce moteur est inventé et breveté en 1896 par l'ingénieur allemand Carl Benz, et repris entre autres en 1938 par Ferdinand Porsche (PDG fondateur de Daimler-Mercedes-Benz, Porsche et Volkswagen) pour ses mythiques Coccinelle 4-cylindres, Porsche 356 4-cylindres, et Porsche 911 6-cylindres. Il est également utilisé dans le monde de la moto, de l'aviation légère, et des voitures de sport telles que les Ferrari Berlinetta Boxer et Ferrari Testarossa à moteur Ferrari 12 cylindres à plat en V à 180° des années 1970-1980...

Histoire et application

XIXe siècle

En 1885, l'inventeur allemand Carl Benz (PDG fondateur de Benz & Cie) conçoit et développe ses premiers Tricycle Benz 1 à moteur deux temps monocylindre horizontal (première voiture à moteur à essence de série de l'histoire de l'automobile, avec les véhicules à moteur Daimler Type P V2 de Daimler, qui révolutionne le monde d'alors)[1]. Son second moteur Kontra-Motor (« moteur contre ») 2-cylindres à plat (développé avec August Horch) motorise ses Benz Ideal de 1894, et modèles suivants jusqu'aux premiers 4-cylindres en ligne du début des années 1900[2],[3].

Anecdote historique de dépôt de brevet de propriété industrielle : lorsque Carl Benz dépose en 1894 son brevet de moteur bicylindre « à plat » (variante du brevet de moteur Daimler Type P V2 Daimler de 1887) d'autres inventeurs déposent des brevets pour des variantes de cette invention révolutionnaire[1], dont De Dion-Bouton qui dépose un brevet de prototype de « moteur à cylindres opposés » le [4], Armand Peugeot avec son moteur horizontal Peugeot de 1896 (2-cylindres en ligne horizontal), et Henry Ford aux États-Unis avec le 2-cylindres en ligne horizontal de sa Ford Quadricycle de 1896.

XXe siècle
Moteur flat-twin boxer

En France, Gnome et Rhône propose un bicylindre à plat culbuté (technique encore très peu employée dans le civil) sur sa moto ABC en 1919, d'autres suivront dans les années 1930 : 500 V2 (à soupapes latérales), 500 CV2 (culbuté), 750 X (culbuté) ainsi que les militaires 750 XA (culbuté) et enfin 800 AX2 (à soupapes latérales).

En 1938-39 en France, Citroën étudie pour la TPV qui deviendra la 2 CV en 1939, un flat-twin maison , tout d'abord à refroidissement liquide pour plus de 200 2cv de présérie de 1939 (jamais commercialisées du fait de la guerre), puis un moteur simplifié à refroidissement par air qui sera commercialisé de 1948 à 1990. Évoluant au fil du temps, il sera monté aussi sur les Ami 6, Dyane, Méhari, Ami 8, LN et pour son ultime évolution en 652 cm3 sur LNA et Visa. Après le rachat de Panhard, un 4-cylindres à plat Citroën sera développé pour la Citroën GS puis GSA, il équipera également la Ami super et l'Axel.

Panhard avait fait du bicylindre à plat une de ces spécificités : DB coach, Panhard Dyna X, Dyna Z, PL 17, 24, CD, Junior, et le déclina sur des engins de combat en 12-cylindres (flat-12) EBR et AML.

Moteur 6 cylindres à plat vertical de rotor d'hélicoptère Franklin O-335 (en), et de Tucker '48.

BMW s'est fait spécialiste du bicylindre à plat sur ses motos depuis le début des années 1920.

À partir de 1938 l'inventeur allemand Ferdinand Porsche (PDG fondateur de Daimler-Mercedes-Benz, Porsche, et Volkswagen) conçoit et commercialise sa mythique Volkswagen Coccinelle (« voiture du peuple » en allemand) à moteur 4-cylindres à plat Benz refroidi par air, à la demande du chancelier du Reich Adolf Hitler, produite après guerre à plus de vingt millions d’exemplaires. Ce moteur motorise également des Buggy, Volkswagen Combi, Volkswagen SP, Volkswagen Karmann Ghia, Type 3 et Type 4, a noter que la Coccinelle est quasiment la copie conforme de la Tatra 570 de 1933 Tatra ...

À partir de 1939, Ferdinand Porsche et son fils Ferry Porsche motorisent leurs voitures de sport Porsche avec leurs célèbres moteurs 4 puis 6-cylindres à plat (Porsche Type 64 quatre-cylindres de 1939, Porsche 356 quatre-cylindres de 1948, Porsche 912 4 cylindres, Porsche 911 six-cylindres de 1959 Porsche 914 4 et 6 cylindres, Porsche Boxster de 1996, Lykan HyperSport, et nombreuses variantes. Ils sont également utilisés en compétition en 6, 12, voire 16-cylindres, pour motoriser, entre autres, des Porsche 360 Cisitalia douze-cylindres 1947, Porsche 917 douze et seize-cylindres de 1970, et Porsche 962 six-cylindres de 1984.

Entre les années 1960 et années 1980 Ferrari développe ses célèbres moteurs boxer 12-cylindres à plat pour ses Ferrari 312 T, Ferrari Pinin, Ferrari 312 B, et Ferrari Berlinetta Boxer, Ferrari 365 GT4 BB, Ferrari 512 BB, et Ferrari Testarossa.

Depuis la fin des années 1950 et jusqu'à aujourd'hui, presque tous les moteurs du constructeur japonais Subaru sont de type Boxer.

Aviation légère
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Beaucoup d'avions légers sont équipés de moteurs à plat refroidis par air (le vent apparent généré par l'hélice), car cette disposition bénéficie d'un faible maître couple frontal qui est favorable en termes de traînée aérodynamique : on peut citer les moteurs Textron-Lycoming (quatre et six cylindres à plat) qui furent également installés sur l'automobile Tucker, le moteur Renault SMA 4-cylindres à plat Diesel, les moteurs Rotax très appréciés sur les ULM....et même le moteur de la Coccinelle VW qui fut installé dans les avions légers dus à l'ingénieur constructeur Fournier.

Quelques modèles et constructeurs

Les moteurs à plat motorisent de nombreuses motos dont les Honda Gold Wing (4- et 6-cylindres), Ratier, CEMEC, BMW Motorrad (BMW R 12, BMW R 32, BMW R 42, BMW R 47, BMW R 75/5, BMW R 1200 R, BMW GS), Chang-Jiang, Douglas, Harley-Davidson, Indian, Magnat-Debon (avec un vilebrequin transversal, entouré d'un cylindre devant et l'autre derrière).

En aéronautique, ils motorisent de très nombreux avions légers : Demoiselle (avion), Blériot XI, Lycoming Engines, Continental Motors, Rotax, Hiller UH-12 Raven, Cessna (Cessna O-2, Cessna 152, Cessna 170, Cessna 172, Cessna 182, Cessna 340), Mudry Cap 10, Mudry CAP 230, Extra 300.

Moteurs à plat boxer et en V à 180°

Le moteur dit « boxer » est un sous-genre de moteur à plat. Le terme « boxer » fait référence aux mouvements des pistons, semblables à ceux des poings d'un boxeur[5]. La principale particularité du moteur boxer par rapport aux autres moteurs à plat est que, lorsqu'un piston se dirige vers la droite, son opposé direct se déplace vers la gauche de façon synchronisée (comme sur l'animation), alors que dans le cas d'un moteur en V à 180° (autre sous-genre), lorsqu'un piston se dirige vers la droite, son opposé direct se dirige également vers la droite de façon synchronisée. Le terme « boxer » est donc indépendant du nombre de cylindres[6].

  • Différence entre moteur boxer et en V à 180°
  • Moteur flat-twin boxer.
  • Moteur boxer (en haut) et en V à 180°(en bas).
  • En V à 180° (à gauche), boxer (à droite).
  • Moteur avec cylindres en H.

Les Porsche 911, Subaru Impreza[7], Alfasud, Citroën GS et GSA, et Citroën 2 CV[8] sont des véhicules à moteur à plat boxer tandis que, contrairement à ce que son nom semble indiquer, la Ferrari Berlinetta Boxer est un véhicule à moteur 12-cylindres à plat non-boxer, aussi appelé « moteur V12 à 180° » (Ferrari flat-12 engine).

Technique

Ces moteurs refroidis par air sont populaires et reconnus pour leurs simplicité, petites tailles, et centres de gravité très bas. Lorsque le nombre de cylindres est élevé, peu de différences subsistent entre l'équilibrage d'un moteur en ligne, en « V » ou à plat[2],[9].

Avantages

La conception même du moteur à plat lui confère un avantage indéniable, sur le plan du comportement dynamique du véhicule, face aux moteurs en ligne et aux moteurs en V. Les pistons étant placés horizontalement, le moteur est installé très bas sur le châssis, participant ainsi à abaisser sensiblement le centre de gravité, ce qui améliore la tenue de route théorique. Par cette caractéristique, l'accessibilité mécanique est excellente sur une moto, mais délicate sur une automobile car, à cause de la disposition des conduits d'admission et d'échappement, il y a un risque d'interférence avec les éléments de suspension[2].

Cette motorisation offre par ailleurs un bon équilibre puisque les forces d'inertie d'un piston sont automatiquement équilibrées par celles de l'autre piston (à ceci près que les pistons ne sont pas rigoureusement opposés) ce qui permet aussi d'éliminer presque toute vibration, notamment celles dites « de second ordre »[2].

Inconvénients

Les couples d'inertie ne sont pas équilibrés[2], ce qui est surtout sensible lors des changements rapides de régime moteur.

Ces moteurs étant souvent refroidis à l'air, leur refroidissement et leur lubrification demandent plus de soin que sur les moteurs à refroidissement à eau. L'entretien n'est pas facilité en cas de déculassage (nécessité de retirer le moteur) voire pour simplement changer les bougies (si l'on n'utilise pas la clé à bougies adéquate, par exemple clé Facom B14 R2).

Notes et références
  1. « Le brebet Benz de 1988 » [PDF], UNESCO.
  2. « Le moteur boxer », Motorlegend, (consulté le ).
  3. « Karl Benz - Fondateur de Mercedes », RSI Auto (consulté le ).
  4. (it) Federico Robutti, L'importanza dei brevetti De Dion nella storia dell'automobile, Quattroruote, .
  5. « Le moteur boxer », Motorlegend.com, (consulté le ).
  6. (de) « Geschichte des Boxermotors », Boxermotor.com (consulté le ).
  7. « Subaru Boxer & Boxer Diesel », Subaru.fr.
  8. « Boxermotor - 2 CV », Boxermotor.com.
  9. « Les moteurs à plat », Méca Rétro (consulté le ).

Annexes

Articles connexes

Liens externes
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