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Dynamique du châssis — article 7

Amortisseurs : vitesse lente et vitesse rapide

Un ressort répond à un déplacement, un amortisseur à une vitesse. Tout le réglage tient dans cette différence — et dans le fait que deux familles de mouvements très différentes traversent la même tige.

Deux articles de cette série s'arrêtaient au même endroit. Le premier disait que les amortisseurs « gouvernent entièrement la transitoire » sans dire comment, le quatrième les citait comme limite de son modèle. Voici la dette.

01Ce qu'un amortisseur ne fait pas

Il ne porte pas la machine — c'est le ressort. Il ne modifie pas le transfert de masse total — celui-ci ne dépend que de la masse, du centre de gravité, de la voie et de l'empattement. Et il ne change pas l'équilibre en régime établi : à mi-virage, à charge constante, son influence est nulle.

Ce qu'il fait, c'est décider en combien de temps tout cela s'installe. Rien de plus, et c'est déjà considérable : la quasi-totalité de ce qu'un pilote ressent en entrée et en sortie de virage se joue là.

02La grandeur qui compte

C'est la différence fondamentale avec le ressort, et tout le reste en découle.

Les deux lois ressort :     F = k × déplacement
amortisseur : F = c × vitesse Un ressort ignore la vitesse : comprimé de deux centimètres, il pousse pareil qu'on l'ait fait lentement ou d'un coup. Un amortisseur ignore la position : il ne sait pas où il en est de sa course, il ne sait qu'à quelle vitesse sa tige bouge.

Or les vitesses de tige rencontrées en piste ne se répartissent pas au hasard : elles se regroupent en deux familles, séparées par un ordre de grandeur. C'est ce qui fonde toute la logique des réglages séparés.

03La vitesse lente : les mouvements de caisse

Quand la machine s'inscrit en virage, plonge au freinage ou se cabre à l'accélération, la caisse entière se déplace. Ces mouvements sont amples mais lents : la suspension travaille à quelques dizaines de millimètres par seconde.

C'est le domaine où se règle le comportement transitoire : la vivacité à l'inscription, la tenue d'assiette au freinage, la façon dont l'appui s'établit. C'est aussi là que se joue l'équilibre en entrée de virage, celui que la raideur de roulis ne suffit pas à expliquer.

04La vitesse rapide : le sol

Une bosse, une ornière, une réception de saut imposent à la roue une vitesse verticale sans commune mesure avec celle d'un mouvement de caisse — couramment dix à vingt fois plus élevée.

Ici l'enjeu n'est plus l'équilibre, c'est le maintien du contact au sol. Si l'amortisseur oppose trop de force à cette vitesse, la roue ne peut pas monter assez vite pour épouser l'obstacle : c'est la caisse qui encaisse, et le pneu qui décolle. On perd du grip en ayant cru en gagner.

C'est la raison pour laquelle « plus dur » n'est pas une direction de réglage. Dur en basse vitesse et dur en haute vitesse produisent des effets opposés sur l'adhérence.

05La courbe force-vitesse

Un amortisseur se décrit par sa courbe force-vitesse. Et cette courbe n'est pas une droite : elle présente un genou, un changement de pente qui sépare précisément les deux domaines.

Courbe force-vitesse d'un amortisseur. La pente est forte en basse vitesse de tige, puis s'infléchit au-delà du genou. La compression est tracée au-dessus de l'axe, la détente en dessous. force vitesse de tige genou compression détente vitesse lente roulis, plongée, cabrage vitesse rapide bosses, ornières, réceptions
Figure 1. Sous le genou, la pente est forte : c'est ce qui tient la caisse. Au-delà, elle s'infléchit pour laisser la roue suivre le sol. Un amortisseur à réglages séparés agit sur l'une ou l'autre partie de la courbe.

Un réglage de basse vitesse déplace la portion sous le genou et laisse la suite presque intacte ; un réglage de haute vitesse fait l'inverse. Sur un amortisseur à réglage unique, le même clic agit partout — ce qui explique qu'on y cherche souvent longtemps un compromis qui n'existe pas.

06Quelles vitesses atteint-on réellement ?

C'est le calcul qui rend le reste concret, et presque personne ne le fait.

Estimation de la vitesse de tige

Le rapport de levier est le rapport entre la course de l'amortisseur et la course de roue correspondante. Il vaut 1 pour un amortisseur monté directement sur le porte-moyeu, moins quand il est déporté vers l'intérieur.

Mise en appui — la caisse prend son roulis

Irrégularité du sol — la roue franchit un obstacle

Mise en appui —

Franchissement —

Rapport entre les deux —

Ordre de grandeur qui sépare les deux domaines

L'écart obtenu est la justification de tout l'article. Ce ne sont pas deux réglages du même phénomène à des intensités différentes : ce sont deux phénomènes distincts, qui empruntent le même corps d'amortisseur.

07Le packing

Un défaut qui ne se voit dans aucune courbe et qui se sent immédiatement.

Sur une succession rapide d'obstacles, si la détente est trop forte, la roue n'a pas le temps de redescendre entre deux impacts. Elle repart vers le haut alors qu'elle n'est pas revenue à sa position : la suspension se tasse d'impact en impact, et la caisse s'affaisse progressivement.

Sur une succession d'obstacles, une détente trop forte empêche la roue de revenir à sa position entre deux impacts. La caisse descend d'impact en impact. hauteur de caisse la caisse descend d'impact en impact hauteur initiale la roue n'a pas le temps de revenir à sa position avant l'obstacle suivant
Figure 2. Le packing est cumulatif : chaque obstacle aggrave le précédent. En fin de séquence la suspension n'a plus de course, la machine talonne et perd toute motricité.

Le symptôme est reconnaissable : la machine paraît correcte sur un obstacle isolé et devient inutilisable sur une portion hachée. La correction se fait sur la détente, pas sur la compression.

08Réservoir intégré ou externe

Quand la tige entre dans le corps, elle occupe un volume que l'huile doit céder quelque part. Il faut donc un volume de gaz compressible — et la façon dont il cohabite avec l'huile distingue trois familles.

Trois architectures : émulsion sans séparation, réservoir intégré avec piston flottant, et bonbonne externe déportée. Émulsion gaz et huile mélangés Réservoir intégré piston flottant dans le corps piston flottant gaz Bonbonne externe réservoir déporté
Figure 3. En bleu clair, le volume de gaz. L'émulsion le laisse se mêler à l'huile ; les deux autres l'en séparent par un piston flottant.

Avant de les comparer, une précision sur le rôle du gaz. Compenser le volume de tige qui entre dans le corps n'est que sa fonction la plus visible. La première est d'empêcher la cavitation : quand le piston se déplace vite, la pression chute brutalement derrière les clapets, et une huile non pressurisée se met à bouillir localement. Les bulles ainsi formées sont compressibles — l'amortisseur traverse alors sa course sans rien amortir, puis reprend d'un coup quand elles se recondensent. Maintenir l'huile sous quelques dizaines de bars repousse ce seuil hors du domaine d'utilisation.

L'émulsion laisse gaz et huile se mélanger. C'est simple, léger et peu cher, mais l'huile se charge de bulles à l'usage : l'amortissement devient mou et irrégulier au fil d'une manche, et il faut laisser reposer pour retrouver le comportement initial.

Le réservoir intégré sépare les deux par un piston flottant logé dans le corps. Plus de foisonnement, un comportement stable, et un encombrement qui reste celui d'un amortisseur classique. Le volume d'huile reste en revanche modeste, donc la montée en température est rapide.

La bonbonne externe déporte ce réservoir. Elle apporte trois choses qui comptent : un volume d'huile plus important, donc une inertie thermique bien supérieure ; un volume de gaz plus grand, donc une pression qui monte moins quand la tige s'enfonce ; et de la place pour loger des réglages séparés, souvent celui de haute vitesse.

Son prix se paie ailleurs : encombrement, cheminement de la durite ou orientation du raccord, un point de fuite supplémentaire, et une exposition aux projections dont il faut tenir compte au montage sur une machine de terre.

Le critère de choix le plus concret n'est pas la performance à froid — les trois se valent sur un tour — mais la stabilité sur la durée d'une manche. C'est là que l'écart se creuse, et c'est ce qu'un essai de quelques minutes ne montre jamais.

09La butée hydraulique

En fin de course de compression, il faut bien arrêter la roue. La question est de savoir comment.

Une butée élastomère est un ressort : elle emmagasine l'énergie et la restitue. Sur une grosse compression, elle renvoie la machine — ce qui peut la déséquilibrer au pire moment, en réception de saut par exemple.

Une butée hydraulique est un amortisseur secondaire qui n'entre en action que dans la dernière partie de la course. Elle ne restitue rien : elle dissipe. La fin de course devient progressive au lieu d'être un mur, et la machine ne rebondit pas.

Force en fonction de la course de compression. La butée hydraulique n'entre en action qu'au-delà d'un point d'engagement réglable, et la force monte alors très vite. force course de compression amortisseur seul butée hydraulique point d'engagement élastomère le point d'engagement se règle : c'est la part de course laissée à l'amortisseur seul
Figure 4. Au-delà du point d'engagement, la force monte beaucoup plus vite qu'avec un élastomère — mais cette énergie est dissipée, pas rendue.

Deux paramètres se règlent : le point d'engagement, c'est-à-dire la part de course laissée à l'amortisseur seul, et la force développée ensuite. Un engagement trop précoce raidit la machine sur les compressions courantes et gâche du débattement utile ; trop tardif, il ne laisse pas le temps d'absorber et on retrouve le talonnage.

C'est aussi ce qui permet de conserver une part courante souple — donc du grip sur les petites irrégularités — sans payer le prix du talonnage sur les grosses. Les deux exigences sont contradictoires avec un ressort seul ; elles cessent de l'être dès qu'on découple la fin de course.

10Lire un symptôme

Ce que tu ressensDomaine à regarder
La machine s'inscrit mollement, l'appui met du temps à venirCompression lente du train extérieur,
et détente lente du train intérieur — l'arrière surtout
La caisse continue de bouger après une bosse, elle flotteDétente lente
Ça tape sur les bosses, la roue décolleCompression rapide, trop forte
Correct sur une bosse isolée, inutilisable sur une portion hachéeDétente trop forte — packing
Talonnage en réception, la machine rebonditFin de course : butée

Un seul paramètre à la fois, un seul domaine à la fois, et toujours contre un repère reproductible — un chronomètre ou une portion de tracé identifiée. Deux réglages changés ensemble ne s'interprètent pas.

11Les limites

  1. Le rapport de levier est traité comme constant. Il varie en réalité avec le débattement, parfois beaucoup, ce qui rend la loi vue à la roue différente de celle mesurée au banc.
  2. La température est ignorée. L'huile chaude amortit moins. C'est justement l'argument du volume d'huile, traité en section 8, mais aucun calcul ici n'en tient compte.
  3. Le frottement n'apparaît pas. Joints et guidages ajoutent une force qui ne dépend pas de la vitesse et qui domine aux très petits débattements.
  4. L'estimation de vitesse de tige est un ordre de grandeur. Elle suppose un profil de rampe linéaire et ignore l'écrasement du pneu, qui filtre une partie de l'obstacle.

La série « Dynamique du châssis »

  1. Le transfert de masse : ce que les ressorts ne changent pas
  2. Le centre de gravité : le trouver sur sa propre machine
  3. Peser aux quatre roues : lire et corriger la répartition
  4. Raideur de roulis : d'où viennent le sous-virage et le survirage
  5. Centre de roulis et axe de roulis
  6. Épure de Jeantaud : la géométrie de direction
  7. Amortisseurs : vitesse lente et vitesse rapide — cet article
  8. Barre antiroulis réglable : raideur, réglage et précontrainte

Note sur les valeurs

Aucun réglage type, aucune valeur de genou et aucune architecture ne sont recommandés ici. Les valeurs pré-remplies dans le calcul sont arbitraires et servent uniquement à montrer les ordres de grandeur. Les besoins varient trop d'une catégorie, d'un tracé et d'une machine à l'autre pour qu'une valeur générale ait un sens.