Technique : La commande desmodromique

le 28/07/2005

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De tout temps, les phases d'admission et d'échappement ont été parmi les plus complexes qu'aient eu à traiter les ingénieurs motoristes. Pendant les premiers balbutiements de l'automobile, de nombreuses solutions furent essayées : soupapes à tiroir, lumières découpées dans la chemise, soupapes automatiques à disques obturateurs.... Elles présentaient toutes des avantages mais aussi beaucoup d' inconvénients. Certes la fabrication en était souvent simple et la diminution du nombre d'organes en mouvement le gage d'une certaine fiabilité mais toutes se heurtaient à l'impossibilité de régimes de rotation élevés.
Ainsi, l'ouverture des soupapes "automatiques" fonctionnait avec la dépression créée dans le cylindre lors de la phase d'admission. Ce principe, a priori satisfaisant, entraînait pourtant un retard qui croissait avec le nombre de tours et diminuait proportionnellement le remplissage des cylindres. Impossible avec ce système de dépasser 1000 à 1300 tours/minute....

Pourtant très fiable, cette technologie fut rapidement abandonnée et n'est plus aujourd'hui utilisée que sur des moteurs très lents (marine ou pompes mécaniques à essence) ou sur certains moteurs à deux temps (clapet).
Ducati
Ducati D.R.
Vagova
Vagova D.R.
De même, les soupapes à disques rotatifs, essentiellement destinées aux moteurs deux temps, malgré une utilisation abondante dans les années d'avant-guerre, ne purent s'imposer. Elles permirent pourtant à certains moteurs de compétition (DRB 1000 cm3 de 1963 par exemple, d'obtenir des rendements élevés dépassant parfois 250 ch au litre).

La technologie industrielle préférant souvent le simple, le fiable et le plus économique, tous les constructeurs s'orientèrent rapidement vers le principe qui est désormais universellement répandu, à savoir celui de soupapes situées dans la culasse et commandées par arbres à cames et ressort.

Cette solution, si elle est "mécaniquement" satisfaisante dans la phase de "levée" (ouverture) fait appel pour la fermeture à la résistance d'un ou plusieurs ressorts qui ramènent les soupapes dans leur position d'origine.

Cela n'est guère gênant pour les moteurs de grande série qui peuvent ainsi facilement atteindre des régimes de rotation d'environ 6500 trs/mn mais ce principe trouve ses limites dès lors qu'il s'agit d'élaborer des moteurs de compétition nécessitant des régimes beaucoup plus élevés. En effet, le tarage des ressorts est un compromis entre la résistance qu'ils offrent à la levée et l'élasticité nécessaire à la fermeture.

Dans un moteur classique, chaque soupape doit s'ouvrir et se fermer environ 50 fois par seconde. A partir de 7000 tours, le temps laissé pour que le ressort passe de sa phase de compression à sa phase d'étirement n'est plus suffisant, il y a "affolement" des soupapes. Elles ne se ferment plus à temps, ne remplissent plus leur rôle et se désynchronisent. Ce décalage se traduit par un rebondissement du poussoir qui vient heurter l'arbre à cames. C'est le sur-régime avec toutes les conséquences que l'on connaît.

Cet inconvénient n'avait pas échappé aux ingénieurs qui, dès le début des années 1900, tentèrent de trouver une solution différente à ce problème de fermeture des soupapes.

Dans un système classique, à chaque ouverture, le culbuteur exerce une une force pour comprimer le ressort, force qui n'est pas intégralement "récupérée" lors de sa détente. Il y a là une source importante de perte de rendement.
Dans la commande desmodromique, la fermeture de la soupape ne fait appel à aucun ressort. Elle s'effectue avec un mécanisme comparable à celle de la levée. Les frottements et les pièces en mouvements limitent hélas les performances du dispositif.
Dans la commande desmodromique, la fermeture de la soupape ne fait appel à aucun ressort. Elle s'effectue avec un mécanisme comparable à celle de la levée. Les frottements et les pièces en mouvements limitent hélas les performances du dispositif. D.R.
L'idée fut de supprimer les ressorts et l'on inventa la commande desmodromique (du grec desmos=lien et dromos=course). Dans ce principe, la levée s'effectue de manière classique (poussoir ou culbuteur) mais la fermeture ne fait appel à aucun ressort. Elle fait appel, elle aussi, à un mécanisme de culbuteurs ou de poussoirs (système à double came par soupape) ou encore à une came rainurée commandant successivement les deux mouvements.
Sur le papier, le gros avantage de la commande desmodromique est qu'elle permet de reculer très loin le régime d'affolement et d'autoriser ainsi des vitesses de rotation très élevées (> 10 000 trs/mn). La puissance et le rendement fourni par un moteur deviennent supérieurs.

Hélas, la complexité des pièces en mouvement, les frottements nombreux limitent le gain espéré et nécessitent une lubrification excellente. La mise au point de moteurs à commande desmodromique est très complexe, donc très coûteuse et son utilisation en grande série totalement inenvisageable.
Le seul terrain qu'aurait pu conquérir cette commande, pourtant théoriquement idéale, était celui de la compétition où les coûts de fabrication n'entrent pas en ligne de compte. Même là, pourtant, il fallut se résoudre à un constat d'échec.

La première tentative de commande desmodromique date de 1910. Elle fut installée sur le moteur d'une Arnott, un modèle anglais et utilisait le principe de la came à rainure.

Dès 1912, Peugeot fit des études approfondies et opta pour une came tournant dans un cadre. En 1914, Delage entreprit également la fabrication d'un moteur où levée et fermeture étaient assurées par une double came.
En 1916, Isotta Fraschini s'engagea dans cette voie et développa des moteurs desmodromiques "mixtes" (le ressort existait toujours mais son mouvement était contraint par un asservissement mécanique). Ces moteurs étaient essentiellement destinés à l'aéronautique naissante.
Rapidement, les constructeurs durent se rendre à l'évidence : si la commande desmodromique semblait parfaite sur la planche des dessinateurs, sa mise en œuvre complexe, et notamment la qualité des matériaux disponibles au début du siècle, interdisait, en fait, son utilisation et son développement.
300 SLR 1955
300 SLR 1955 D.R.
Pendant une trentaine d'années, malgré quelques tentatives dans les années 20, on remisa les études dans les archives des sociétés et il fallut attendre 1954 pour que les ingénieurs ressortent leurs cartons et se penchent à nouveau sur ce principe.

La première firme à se lancer à nouveau dans l'aventure fut Mercedes qui équipa ses Formules 1 et son modèle 300 SLR de deux systèmes desmodromiques parfaitement au point. Tous deux faisaient appel à une double came mais l'un utilisait un basculeur à levier, l'autre un basculeur à pincette.

Ces moteurs s'avérèrent très fiables et performants et ce succès encouragea d'autres firmes à mener des études poussées sur ces moteurs. Ce fut le cas, notamment, des italiens Osca, Stanguellini et Ducati.
Mercedes
Mercedes D.R.
Ballot
Ballot D.R.
Malheureusement peut-être, le développement de ces mécaniques fut assez vite contrarié par l'apparition de nouveaux aciers plus performants qui offrirent aux moteurs classiques des performances pratiquement équivalentes et seule la firme Ducati s'obstina dans ses recherches et utilise la commande desmodromique, aujourd'hui encore, sur ses moteurs de motos (les fameuses "desmo").

La fermeture des soupapes fait appel à un mécanisme desmodromique associé à l'utilisation de la pression d'huile. Les vitesses de rotation autorisées par ces moteurs très aboutis sont supérieures à 14000 trs/mn...
Osac, Stanguellini, Bignan
Osac, Stanguellini, Bignan D.R.

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Commentaires

avatar de danrol
danrol a dit le 04-09-2012 à 12:39
exellente mise au point et historique
avatar de patchouko
patchouko a dit le 19-06-2012 à 01:45
je voulais savoir la definition de desmodromique