Voir la source de Aérodynamique automobile

{{En-tête label|BA|année=2010}}
{{Article général|Aérodynamique|Mécanique des fluides}}
L’'''aérodynamique automobile''' est l'étude des phénomènes [[aérodynamique]]s induits par l'écoulement de l'[[air]] autour d'un véhicule [[automobile]] en mouvement. La connaissance de ces phénomènes permet, entre autres, de réduire la [[Consommation de carburant des véhicules automobiles|consommation des véhicules]] en diminuant leur [[traînée]], d'améliorer leur comportement routier en influant sur leur [[Portance (aérodynamique)|portance]] (ou leur déportance) et de diminuer les phénomènes [[aéroacoustique]]s ainsi que les [[turbulence]]s à haute vitesse.

Prise en compte très tôt dans l'[[histoire de l'automobile]], par exemple dans [[La Jamais contente]] profilée comme une torpille, l'aérodynamique automobile a pris de l'ampleur dans les années 1930. C'est en effet en 1934 aux États-Unis que la [[Chrysler Airflow]], première automobile de série dessinée en respectant un profil aérodynamique, voit le jour. Par la suite, les automobiles n'ont cessé de s'améliorer, notamment après l'apparition des {{lnobr|Formule 1}} dont le championnat suscite encore aujourd'hui beaucoup d'effervescence dans ce domaine.

L'aérodynamique étant intrinsèquement liée à la [[mécanique des fluides]], les essais en [[soufflerie]] sont aujourd'hui devenus indispensables aux constructeurs automobiles. Par ailleurs, en raison des phénomènes complexes mis en jeu en aérodynamique, ces derniers — et plus particulièrement les écuries de courses — ont également recours au [[calcul numérique]] (ou CFD pour « ''{{langue|en|[[Mécanique des fluides numérique|Computational Fluid Dynamics]]}}'' ») pour résoudre leurs problèmes.

<!-- images en fin d'intro = en face de la table des matières -->
[[Fichier:Arrivée de G. Vinet au Paris-Amsterdam-Paris 1898, sur Amédée Bollet fils "Torpilleur Type B" en aluminium.jpg|vignette|Arrivée de G. Vinet au [[Paris-Amsterdam-Paris]] de 1898, sur l'[[Amédée Bollée#Constructeur d'automobiles|Amédée Bollet fils « Torpilleur Type B »]] à la carrosserie en [[aluminium]], première voiture née d'une étude aérodynamique.]]
[[Fichier:Aerodynamism test.jpg|vignette|Test aérodynamique en soufflerie d'une [[Ford Flex]] à l'aide d'un gaz opaque.]]

== Prérequis : grandeurs aérodynamiques ==
=== Traînée aérodynamique ou résistance aérodynamique à l'avancement ===
{{Article détaillé|Traînée|Coefficient de traînée}}
[[File:Drag-fr.svg complété.png|thumb|redresse|Coefficients de traînée aérodynamique frontaux de corps 3D dont des corps de moindre traînée et leur adaptation à la route.]]
En mécanique des fluides, la [[traînée]] aérodynamique est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un [[Fluide (matière)|fluide]], soit, en automobile, la force qui s'oppose à l'avancement du véhicule dans l'air. Il est donc dans l'intérêt des constructeurs de diminuer la traînée aérodynamique, force à l'origine d'une augmentation de la consommation en carburant et d'une dégradation de la vitesse de pointe en ligne<ref name="utbm" />, ceci bien qu'une autre ''traînée'', la [[Résistance au roulement|traînée de roulement]], s'oppose également à l'avancement du véhicule sur la chaussée<ref group="alpha">Cette [[Résistance au roulement|traînée de roulement]] est même prépondérante aux faibles vitesses (en ville, par exemple).</ref>.

Cette traînée aérodynamique <math>F_x</math> s'exprime par la formule<ref name="dynAuto">[[#DV|Jean-Pierre Brossard]], ''Dynamique du véhicule : Modélisation des systèmes complexes'', {{p.|235-239}}.</ref> :

:<math> F_x = \frac12 \cdot \rho \cdot V^2 \cdot S \cdot C_x </math>

où :
:<math>\rho</math>, [[masse volumique]] de l'air (en {{unité|kg/m3}}) ;
:<math>V</math>, vitesse du véhicule par rapport à l'air (en {{unité|m/s}}) ;
:<math>S</math>, [[maître-couple]] (en {{unité|m2}}) ;
:<math>C_x</math>, le [[coefficient de traînée|coefficient de traînée aérodynamique]] (sans unité).

Cette expression met en avant un paramètre essentiel à la détermination de la traînée aérodynamique : le coefficient de traînée aérodynamique <math>C_x</math><ref group="alpha">Dans la littérature anglo-saxonne, le coefficient <math>C_x</math> est désigné par « C<sub>d</sub> », pour {{citation étrangère|lang=en|drag}}.</ref>. Ce coefficient est le rapport de la [[traînée|traînée aérodynamique]] d'un objet à celle d'un objet de même [[surface de référence]] se déplaçant à la même vitesse dans le même fluide et qui aurait un coefficient de traînée aérodynamique de 1. Ce [[Grandeur sans dimension|nombre adimensionnel]] caractérise ainsi la qualité du « profilage aérodynamique » d'un objet vis-à-vis de sa résistance à l'avancement dans l'air selon l'axe longitudinal du véhicule.

[[Fichier:CFD Cp ecomobile.jpg|vignette|redresse|La pression à l'avant d'une [[Éco-marathon Shell|éco-mobile]] (en rouge) est source de traînée aérodynamique, même si cette traînée est paradoxalement compensée presque intégralement par les dépressions sur le reste de l'[[Avant-corps (mécanique des fluides)|avant-corps.]] ]]

La valeur du [[maître-couple]] ''S'' — surface frontale maximale du véhicule — peut être obtenue par calcul sur plan ou estimée par exemple, par la formule dite de Paul Frère :
: <math>S = k \cdot h \cdot l</math>
où
* <math>h</math> est la hauteur du véhicule au-dessus de la chaussée,
* <math>l</math> sa largeur (sans rétroviseurs),
* <math>k</math> un coefficient de remplissage égal à environ 0,85<ref name="Duysinx2010">{{Ouvrage |auteur1=Pierre Duysinx |titre=Performances du véhicule |éditeur=ac.be |année=2010 |isbn= |lire en ligne=http://www.ingveh.ulg.ac.be/fr/cours/Notes_de_cours_Meca_0004/PCVPerf1_2010.pdf |format=pdf |consulté le=25 septembre 2011}}.</ref>{{,}}<ref name=BarreauBoutinp25>{{Harvsp|Barreau|2009|p=25|id=BarreauBoutinEnergétique}}.</ref>.

Hucho, quant à lui, citant Flegl et Bez, donne un coefficient de remplissage moyen (ou facteur de forme) de 0,81, établi d'après {{nobr|85 voitures}} européennes{{sfn|Hucho|1990|id=Hucho1990|p=36}}. Ce facteur de forme permet de calculer la surface frontale <math>S_{\mathrm{front}}</math> d'un véhicule (européen) par la règle d'ingénieur :  
: <math>S_{\mathrm{front}} = 0,81 \; h \;b</math>, 
où : 
* <math>h</math> est la hauteur du véhicule au-dessus de la chaussée ;
* <math>b</math> sa largeur (sans rétroviseurs).

En ce qui concerne les véhicules particuliers, le maître-couple varie entre {{Unité|1,5 et 2,5 m2}}<ref name="Leclerc2008">{{harvsp|Leclerc|2008|p=}}.</ref>.

La principale traînée aérodynamique, de l'ordre des deux tiers de la traînée aérodynamique totale, est la ''traînée de forme'' (ou de profil)<ref name="Duysinx2010" />. Elle est due à deux phénomènes physiques : d'une part le jeu de pressions sur l'[[avant-corps (mécanique des fluides)|avant-corps]] du véhicule (surpressions et dépressions), qui résulte en une traînée d'avant-corps assez faible, et d'autre part la dépression laissée après le passage du véhicule, qui produit une traînée dite « de culot », cette dernière représentant une part importante de la traînée totale (voir plus bas)<ref>{{Lien web |langue=en |url=http://www.gmecca.com/byorc/dtipsaerodynamics.html |titre=General Aerodynamic Principals |éditeur=gmecca.com |consulté le=19 juin 2010}}.</ref>.

Les autres traînées aérodynamiques viennent des [[turbulence]]s liées aux [[Séparation de couche limite|décollements de l'écoulement]], des [[Tourbillon (physique)|tourbillons]] ou vortex liés à la « traînée induite » par la [[Portance (aérodynamique)|portance]], de la « traînée interne » due au refroidissement du moteur, de la circulation d'air dans l'[[habitacle]], de la traînée de frottement (nommée encore « traînée [[Couche limite|de friction]] ») due à la [[viscosité]] de l'air<ref>{{Lien web |url=http://www.volez.net/aerodynamique-technique/elements-aerodynamique/composantes-trainee.html |titre=Les composantes de la traînée |éditeur=volez.net |consulté le=5 juin 2010}}.</ref>{{etc.}}

=== Importance du coefficient de traînée aérodynamique et de la surface frontale sur la consommation ===
[[Fichier:Croisement traînées aéro et de roulement.png|vignette|Croisement des traînées aérodynamique et de roulement.]]

En utilisation routière, une grande partie de l'énergie consommée par une automobile est utilisée pour vaincre la résistance aérodynamique à l'avancement<ref name="méca" />. À grande vitesse, cette résistance aérodynamique (ou traînée aérodynamique) est prépondérante par rapport à la [[résistance au roulement]], étant donné que sa valeur évolue comme le carré de la vitesse (figure ci-contre).

Pour diminuer la résistance aérodynamique d'une automobile, les constructeurs peuvent agir sur deux paramètres : le C<sub>x</sub> et le [[maître-couple]] S. L'évolution à la hausse des standards en matière de confort et d'habitabilité étant incompatibles avec une réduction du maître-couple, c'est essentiellement le C<sub>x</sub> qui peut évoluer. En diminuant de 15 % un C<sub>x</sub> initialement à 0,40, un véhicule roulant à {{Unité|120 km/h}} économise un litre de carburant aux {{unité|100|km}}<ref name="méca">{{Ouvrage |auteur1=Douglas C. Giancoli |titre=Physique générale 1 |sous-titre=Mécanique et thermodynamique |éditeur=[[De Boeck Supérieur|De Boeck Université]] |année=1993 |pages totales=568 |passage=130, « L'importance du C<sub>x</sub> » |isbn=978-2-8041-1700-9 |lire en ligne={{Google Livres|h8P428vaOoIC|couv=1|page=130}}}}.</ref>.

La densité de l'air est prise égale à {{unité|1,2 kg/m3}} à {{tmp|20|°C}}.


Le tableau ci-dessous {{Refnec|récapitule la traînée aérodynamique d'un [[Sport utility vehicle|SUV]] d'une surface frontale de {{unité|2,70 m2}} en fonction de sa vitesse, pour deux <math>C_X</math> de 0,3 et 0,38.|date=mai 2023}} 

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Traînée aérodynamique d'un [[Sport utility vehicle|SUV]] (en {{unité|N}})
|-
! scope=col | Surface frontale = {{Unité|2,70 m2}}
! scope=col | {{unité|50 km/h}}
! scope=col | {{unité|70 km/h}}
! scope=col | {{unité|90 km/h}}
! scope=col | {{unité|110 km/h}}
! scope=col | {{unité|130 km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 118,8
| 232,8
| 384,8
| 574,8
| 802,8
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 93,8
| 183,8
| 303,8
| 453,8
| 633,8
|}

Le tableau ci-dessous{{Refnec|date=mai 2023}} récapitule la traînée aérodynamique d'une [[segment automobile|citadine]] à [[moteur Diesel]] de surface frontale de {{Unité|1,74|m|2}} en fonction de sa vitesse, pour deux ''C<sub>x</sub>'' de 0,3 et 0,38.

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Traînée aérodynamique d'une [[segment automobile|citadine]] (en N)
|-
! scope=col | Surface frontale = {{Unité|1,74|m|2}}
! scope=col | {{unité|50|km/h}}
! scope=col | {{unité|70|km/h}}
! scope=col | {{unité|90|km/h}}
! scope=col | {{unité|110|km/h}}
! scope=col | {{unité|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,38
| 76,5
| 150,0
| 248,0
| 370,4
| 517,3
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,30
| 60,4
| 118,4
| 195,8
| 292,4
| 408,4
|}

L'unité {{lnobr|kWh/100 km}} étant l’équivalent d'une force de [[Newton (unité)|{{unité|36|N}}]], les tableaux peuvent être écrits{{Refnec|date=mai 2023}} :

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Perte énergétique d'origine aérodynamique d'un [[Sport utility vehicle|SUV]] (en {{nobr|kWh/100 km}})
|-
! scope=col | Surface frontale = {{Unité|2,70|m|2}}
! scope=col | {{unité|50|km/h}}
! scope=col | {{unité|70|km/h}}
! scope=col | {{unité|90|km/h}}
! scope=col | {{unité|110|km/h}}
! scope=col | {{unité|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,38
| 3,3
| 6,5
| 10,7
| 16,0
| 22,3
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,30
| 2,6
| 5,1
| 8,4
| 12,6
| 17,6
|}

ainsi que{{Refnec|date=mai 2023}} :

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Perte énergétique d'origine aérodynamique d'une [[segment automobile|citadine]] (en {{unité|kWh/100 km}})
|-
! scope=col | Surface frontale = {{Unité|1.74|m|2}}
! scope=col | {{unité|50|km/h}}
! scope=col | {{unité|70|km/h}}
! scope=col | {{unité|90|km/h}}
! scope=col | {{unité|110|km/h}}
! scope=col | {{unité|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,38
| 2,1
| 4,2
| 6,9
| 10,3
| 14,4
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,30
| 1,7
| 3,3
| 5,4
| 8,1
| 11,3
|}

Un litre d'essence représentant environ {{unité|10|kWh}}<ref group=alpha>Voir notes sur la [[Kilowatt-heure#Consommation des véhicules électriques|consommation des véhicules électriques]].</ref>, le tableau devient{{Refnec|date=mai 2023}} :

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Perte énergétique d'origine aérodynamique d'un [[Sport utility vehicle|SUV]] (en {{nobr|l/100 km}})
|-
! scope=col | Surface frontale = {{Unité|2,70|m|2}}
! scope=col | {{unité|50|km/h}}
! scope=col | {{unité|70|km/h}}
! scope=col | {{unité|90|km/h}}
! scope=col | {{unité|110|km/h}}
! scope=col | {{unité|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,38
| 0,33
| 0,65
| 1,07
| 1,60
| 2,23
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>''= 0,30
| 0,26
| 0,51
| 0,84
| 1,26
| 1,76
|}

ainsi que{{Refnec|date=mai 2023}} :

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Perte énergétique d'origine aérodynamique d'une [[segment automobile|citadine]] (en {{nobr|l/100 km}})
|-
! scope=col | Surface frontale = {{Unité|1,74|m|2}}
! scope=col | {{unité|50|km/h}}
! scope=col | {{unité|70|km/h}}
! scope=col | {{unité|90|km/h}}
! scope=col | {{unité|110|km/h}}
! scope=col | {{unité|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,38
| 0,21
| 0,42
| 0,69
| 1,03
| 1,44
|-
! scope=row style="text-align:center" | ''C<sub>x</sub>'' = 0,30
| 0,17
| 0,33
| 0,54
| 0,81
| 1,13
|}

[[Fichier:Energy flows in car FR.svg|vignette|redresse|Efficacité énergétique des voitures thermiques en ville et sur autoroute<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Where the Energy Goes: Gasoline Vehicles |url=https://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml |éditeur=[[Département de l'Énergie des États-Unis]] |date=2017 |consulté le=22 février 2019}}, cité et illustré dans : {{Ouvrage |langue=en |auteur institutionnel={{Lien|Transportation Research Board}} |titre=Tires and Passenger Vehicle Fuel Economy |sous-titre=Informing Consumers, Improving Performance |éditeur=[[Conseil national de la recherche des États-Unis|National Research Council]] |année=2006 |pages totales=178 |format=pdf |passage=40 |isbn= |consulté le=22 février 2019}}.</ref>.]]

Il reste à tenir compte de l'efficacité globale du véhicule, illustrée par le schéma ci-contre. Elle vaut de 13 à 20 % pour les véhicules thermiques et autour de 50 % pour les véhicules électriques (en tenant compte du chauffage, de la climatisation et des pertes du réseau électrique<ref name="Jean-Marc_Jancovici">[[Jean-Marc Jancovici]], [https://jancovici.com/transition-energetique/transports/la-voiture-electrique-est-elle-la-solution-aux-problemes-de-pollution-automobile/ La voiture électrique] sur jancovici.com.</ref>, mais en omettant le rendement de production de l'électricité — voir [[Voiture électrique#Efficacité énergétique|Voiture électrique]] et [[Énergie grise#Électricité|Énergie grise]]).

{{article connexe|Résistance au roulement#Coefficient de résistance au roulement{{!}}Résistance au roulement|Freinage régénératif#Véhicules routiers{{!}}Freinage régénératif}}

; Remarque : Les calculs sont effectués pour une vitesse constante. Dans le cas d'une rampe de vitesse linéaire en fonction du temps, telles que celles présentes dans les cycles normalisés [[Nouveau cycle européen de conduite|NEDC]] par exemple, il reste néanmoins possible de déterminer une traînée aérodynamique moyenne. Pour une rampe de vitesse linéaire entre les vitesses <math> v_0</math> et <math> v_1</math>, la traînée aérodynamique moyenne vaut ainsi{{Référence nécessaire|date=mai 2023}} :

: <math>\frac 1 2 \cdot \rho \cdot S \cdot C_X \frac {v_0^2+v_1^2} 2</math>

=== Estimation du gain en consommation dû aux gains en ''C<sub>x</sub>'' ===
[[Fichier:Vitesse d'égalité traînée aérodynamique-roulement.png|vignette|upright|Vitesse à laquelle la traînée aérodynamique égale celle de roulement (vitesse stabilisée, en palier)]]
En palier (et à vitesse stabilisée), on peut écrire que la force propulsive vaut<ref name=BarreauBoutinp11>{{Harvsp|Barreau|2009|p=11|id=BarreauBoutinEnergétique}}.</ref>
:<math>F = MgR_0 + \frac12 \rho V^2 S C_x.</math>

équation où <math>M</math> est la masse du véhicule, <math>g</math> l'accélération de la pesanteur, <math>R_0</math> le coefficient de [[résistance au roulement]], <math>\rho</math> la masse volumique de l'air, <math>V</math> la vitesse du véhicule par rapport à cet air, <math>S</math> la surface de référence du ''C<sub>x</sub>'' et ''C<sub>x</sub>'' le ''C<sub>x</sub>'' frontal du véhicule.

Lorsque (toujours en palier et à vitesse stabilisée) la traînée de roulement <math> MgR_0</math> est égale à la traînée aérodynamique <math display=inline>\frac12 \rho V^2 S C_x </math>, on peut écrire{{Refnec|date=mai 2023}} :

: <math> MgR_0 = \frac12 \rho V^2 S C_x </math>

De cette égalité est tirée la valeur de <math>V</math> qui égalise traînée de roulement et traînée aérodynamique, puis on trace le graphe ci-contre dessinant cette ''vitesse d'égalité'' en fonction du <math>C_x</math> et pour différentes valeur du produit <math>MR_0</math> (<math>M</math> étant la masse du véhicule en kg et <math>R_0</math> son coefficient de [[résistance au roulement]], celui-ci s'abaissant jusqu'à 0,006 pour les meilleurs trains de pneumatiques){{Refnec|date=mai 2023}}.

On tire de la première équation que la variation relative de <math>F</math> vaut :
: <math> \frac{\Delta F}{F} = \frac{1}{1+\frac{MgR_0}{(1/2)\rho V^2 SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

Lorsque l'on donne à <math>g</math> sa valeur 9,81, à <math>\rho</math> sa valeur {{unité|1,225 kg/m3}}, et que l'on convertit les km/h en m/s, on trouve que pour une vitesse stabilisée V en palier de {{unité|130 km/h}} :
: <math>\frac{\Delta F}{F}= \frac{1}{1+0,01228\frac{MR_0}{ SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

Cette variation relative de la force propulsive <math>\frac{\Delta F}{F}</math> est liée à une variation relative de la consommation. Une variation <math>\Delta F</math> de la force propulsive produit bien une variation (dans le même sens) de la consommation : la consommation en litres par {{unité|100 km}} est en effet, en première approche et à un coefficient ''k'' près, liée au rendement du moteur, proportionnelle à la force propulsive<ref group="alpha">La consommation de carburant pour {{unité|100 km}} représente l'énergie dépensée pour parcourir cette distance. Or l'énergie dépensée en traînée pour parcourir ces {{unité|100 km}} en palier et à vitesse stabilisée est de {{nobr|F⋅100 km}}.</ref>.

Cependant une partie de l'énergie dépensée par le véhicule n'est pas liée à la distance parcourue ni à la force propulsive, c'est la partie de l'énergie dépensée pour mettre en action les accessoires (climatisation, éclairage, assistance de la direction{{, etc.}}). Sovran et Blasere<ref>{{article |lang=en |auteur1=Gino Sovran |auteur2=Dwight Blaser |lire en ligne=https://pdfs.semanticscholar.org/bf2b/96229169fea90150c3897555de24a1a856ee.pdf |format=pdf |titre=A Contribution to Understanding Automotive Fuel Economy and Its Limits |périodique=SAE transactions |volume=112 |pages=1715-1740 |éditeur=[[SAE International]] |année=2003 |doi=10.4271/2003-01-2070}}.</ref> estiment cette énergie (ou cette consommation) à 6 % de l'énergie totale dépensée par le véhicule sur une autoroute urbaine ([[Highway (route publique)|''{{langue|en|highway}}'']] des États-Unis). Si l'on adopte cette estimation pour les trajets sur les autoroutes européennes (toujours à vitesse constante et en palier), on peut donc écrire :

: <math>\frac{\Delta F}{F}= \frac{\Delta \mathrm{Conso}_a}{0,94 \mathrm{Conso}} </math>

<math>\Delta \mathrm{Conso}</math> étant la variation de consommation consécutive à une variation de l'aérodynamique du véhicule et <math>\mathrm{Conso}</math> étant la consommation en litres aux {{unité|100|km}} du véhicule puisque la force de traînée totale (traînée de roulement + traînée aérodynamique) ne coûte que 94 % de la consommation.

On a donc{{Refnec|date=mai 2023}} :
: <math>\frac{\Delta \mathrm{Conso}}{\mathrm{Conso}} = 0,94 \frac{\Delta F}{F}</math>

Ceci nous permet d'écrire, en reprenant la valeur de <math>\frac{\Delta F}{F}</math> calculée plus haut :
: <math>\frac{\Delta \mathrm{Conso}_a}{\mathrm{Conso}} = \frac{0,94}{1+0,01228\frac{MR_0}{ SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

Le coefficient <math>\xi</math> qui précède <math>\frac{\Delta C_x}{C_x}</math> et appelé ''coefficient d'influence de l'aérodynamique sur la consommation''{{Refnec|date=mai 2023}} :
:<math>\xi = \frac{0,94}{1+0,01228\frac{MR_0}{ SC_x}} </math>

[[Fichier:Vitesse d'égalité des traînées et coefficient d'influence de l'aérodynamique sur la consommation.png|vignette|Vitesse d'égalité des traînées de roulement et aérodynamique et coefficient d'influence de l'aérodynamique sur la consommation]]

Les courbes vertes du graphe ci-contre dessinent l'évolution de ce coefficient d'influence de l'aérodynamique sur la consommation en fonction du <math>C_x</math> (pour {{unité|2|m|2}} de surface frontale de référence) et en fonction du produit de la masse du véhicule (en kg) par son coefficient de roulement (typiquement 0,006 pour les meilleurs trains de pneumatiques){{Refnec|date=mai 2023}}.

À titre d'exemple, pour une berline de masse {{nobr|''M'' {{=}} {{unité|1000|kg}}}}, de coefficient de roulement <math>R_0 = 0,006</math>, de <math>C_x = 0,3</math> et de surface frontale {{nobr|''S'' {{=}} {{unité|2|m|2}}}}, en palier et à la vitesse de {{unité|130 km/h}} stabilisée : une modification relative de ''n'' % de <math>C_x</math> procure donc une modification relative de 0,837 ''n'' % de la consommation{{Refnec|date=mai 2023}}.

=== Portance ou appui aérodynamique ===
[[Fichier:Renault R28 nose.jpg|vignette|Nez d'une F1 [[Renault R28]], dessiné pour augmenter l'appui sur l'avant de la monoplace.]]
{{Article détaillé|Portance (aérodynamique){{!}}Portance|Coefficient de portance}}

En mécanique des fluides, la force subie par un corps en mouvement dans un [[Fluide (matière)|fluide]] peut se décomposer en deux : une composante verticale donc perpendiculaire à la direction du mouvement, <math>F_z</math>, dénommée [[Portance (aérodynamique)|portance]], et une composante parallèle, <math>F_y</math>, dénommée portance latérale ; elles sont données par les formules<ref name="dynAuto" /> :

:<math> F_y = \frac12 \rho V^2 S C_y </math>
:<math> F_z = \frac12 \rho V^2 S C_z </math>

où :
:<math>\rho</math>, [[masse volumique]] de l'air (en {{unité|kg/m3}}) ;
:<math>V</math>, vitesse du véhicule par rapport à l'air (en {{unité|m/s}}) ;
:<math>S</math>, [[surface de référence]] (en {{unité|m2}}) ;
:<math>C_y</math> et <math>C_z</math>, les [[coefficient de portance|coefficients de portance]] (sans unité).

En [[aéronautique]], la portance s'oppose au poids de l'[[aéronef]] et assure la {{page h'|sustentation}}. En automobile, les constructeurs cherchent à réduire ou annuler la portance aérodynamique, voire à créer (en compétition) une portance négative ou [[déportance]], de façon à augmenter l'appui du véhicule. L'intérêt est d'augmenter à son tour l'[[adhérence (physique)|adhérence]] des [[Pneumatique (véhicule)|pneumatiques]] sur le sol, donc la force du freinage et les vitesses de passage en courbe<ref name="utbm">{{Ouvrage |auteur=Florent Mortel |titre=L'aérodynamique dans l'automobile |éditeur=[[Université de technologie de Belfort-Montbéliard]] |pages=22 |date=2002 |consulté le=31/05/2023 |url=https://www.scribd.com/document/38325797/ht02# |format=pdf}}.</ref>.

La déportance est obtenue par une application particulière de l'[[effet de sol]] et/ou par des surfaces profilées ([[Aileron (automobile)|ailerons]]) présentant le plus souvent des fentes pour augmenter la déflexion aérodynamique et le coefficient de portance C<sub>z</sub>. Toutefois, l'ajout de ces éléments s'accompagne nécessairement d'une augmentation du C<sub>x</sub> et donc de la traînée ; à titre d'exemple, le C<sub>x</sub> d'une {{nobr|Formule 1}} est proche de 0,9. Les automobiles de compétition doivent donc trouver un compromis entre déportance et traînée<ref name="f1tech" />.

=== Moments aérodynamiques ===
{{Article détaillé|Moments aérodynamiques}}

Les forces exercées par l'air autour de la carrosserie engendrent également des [[Moment de force (mécanique)|moments]] selon les trois axes du véhicule : un moment de [[roulis]] <math>M_x</math> selon l'axe longitudinal x, un moment de [[tangage]] <math>M_y</math> selon l'axe transversal y et un moment de [[Lacet (mouvement)|lacet]] <math>M_z</math> selon l'axe vertical z ; ces moments sont donnés par les formules suivantes<ref name="Duysinx2010" /> :

:<math> M_x = \frac12 \rho V^2 S b C_l </math>
:<math> M_y = \frac12 \rho V^2 S L C_m </math>
:<math> M_z = \frac12 \rho V^2 S L C_n </math>

où :
{{colonnes|taille=30|1=
:<math>\rho</math>, masse volumique de l'air (en {{unité|kg/m3}}) ;
:<math>V</math>, vitesse du véhicule par rapport à l'air (en {{unité|m/s}}) ;
:<math>S</math>, maître couple (en {{unité|m2}}) ;
:<math>b</math>, [[Voie (véhicule)|voie]] (en {{unité|m}}) ;
:<math>L</math>, [[Empattement (véhicule)|empattement]] (en {{unité|m}}) ;
:<math>C_l</math>, coefficient de moment en roulis (sans unité) ;
:<math>C_m</math>, coefficient de moment en tangage (sans unité) ;
:<math>C_n</math>, coefficient de moment en lacet (sans unité).
}}

La connaissance de ces moments est plus particulièrement utile pour la [[dynamique du véhicule]].

== Histoire ==
=== Premières préoccupations ===
[[Fichier:Jamais contente parade.jpg|vignette|gauche|''[[La Jamais contente]]'', parée de fleurs après son record de vitesse.]]

Très tôt dans l'[[histoire de l'automobile]], les constructeurs se sont intéressés à l'aérodynamique de leurs modèles. L'un des premiers fut le Belge [[Camille Jenatzy]] qui en 1889 conçoit une [[Voiture électrique|automobile électrique]] profilée comme une torpille dans le but de battre des records de vitesse. Dénommée ''[[La Jamais contente]]'', elle devient la même année la première automobile à franchir la barre symbolique des {{Unité|100|km/h}}<ref>{{Lien web |titre=Caractéristiques de ''La Jamais Contente''|url=http://www.e-mobile.ch/pdf/2005/Fact-Sheet_LaJamaisContente_FW.pdf |format=pdf |éditeur=Energie Ouest Suisse |consulté le=5 juin 2010}}.</ref>. Le texte du brevet de Jenatzy {{n°|281 660}} du {{date-|26 septembre 1898}} : {{citation|En résumé je revendique : Dans une voiture automobile, en vue de l'obtention de vitesses exceptionnelles, la disposition à l'avant de la voiture d'un bouclier ou coupe-vent terminé en pointe et formé par deux surfaces convexes s'élevant de manière à protéger jusqu'aux parties les plus élevées de la machine…}}. En phase préparatoire à la réalisation d'une réplique une maquette au 1/5 a été réalisée et testée en soufflerie par des étudiants de l'UTC (Université de Technologie de Compiègne) sous la direction de [[Joël Debout]] le C<sub>x</sub> avec conducteur est de 0,758<ref group=alpha>Visible à la [[Cité de l'automobile]] de [[Mulhouse]].</ref>.

À partir de 1901, les frères [[Léon Serpollet|Serpollet]] conçoivent les carrosseries du ''Type H'', de l{{'}}''Œuf de Pâques'' (1902), du ''Torpilleur'' (1903), aux [[étrave]]s inspirées des coques de navire{{Refnec|date=mai 2023}}.

Dans les années 1910, quelques dessinateurs s'intéressent également à l'aérodynamique des automobiles, à l'image de l'[[Alfa Romeo 40-60 HP]] dessinée par le [[Carrozzeria Castagna|carrossier Castagna]], dont la carrosserie forme une carène profilée en forme d'aéronef<ref>[[#SBH|Serge Bellu]], ''Histoire mondiale de l'automobile'', chap. « La fascination de la vitesse », {{p.|49}}.</ref>. Même si ces automobiles avant-gardistes demeurent marginales, elles traduisent une volonté des « grands » constructeurs automobiles de réduire la [[traînée]] : les [[pare-brise]] sont davantage inclinés, les roues sont carénées, etc<ref name="utbm" />.

Contrairement à l'aéronautique, l'automobile a pu, dès le début, profiter « d'un corps de doctrine, de dispositifs d'essais et d'un nombre considérable de résultats expérimentaux »<ref name="dynAuto" /> issus de l'aviation. Ces résultats ayant permis, entre autres, de démontrer que le meilleur profil vis-à-vis du C<sub>x</sub> est ''a priori'' celui dit {{Citation|en goutte d'eau}}<ref group=alpha>Erronément, puisque la forme des [[Goutte (physique)|gouttes]] d'eau est sphérique jusqu'à un diamètre de {{unité|3 ou 4|mm}}, où elles commencent à se creuser sur l'avant.</ref>, l'ingénieur autrichien [[Edmund Rumpler]] met au point au début des années 1920 une automobile profilée en [[corps de moindre traînée]]. Testée en soufflerie par [[Volkswagen]] en 1979, la [[Rumpler Tropfenwagen]] (littéralement « voiture goutte » en allemand) disposait d'un C<sub>x</sub> de seulement 0,28<ref name="illu">{{Lien web |langue=en |url=http://www.thetruthaboutcars.com/an-illustrated-history-of-automotive-aerodynamics-in-three-parts/|titre=An Illustrated History Of Automotive Aerodynamics – In Three Parts |éditeur=The Thruth About Cars |auteur=Paul Niedermeyer |en ligne le=14 février 2010 |consulté le=20 juin 2010}}.</ref> ; Volkswagen n'obtint un meilleur coefficient qu'en 1988, avec la [[Volkswagen Passat|Passat]]<ref name="illu" />.
{{clr}}

=== Quelques contributeurs ===
[[Fichier:Mathis VL333 Prototype c.1945-6 (16539722535).jpg|vignette|redresse|gauche|Mathis 333, avec sa roue arrière unique.]]
[[Fichier:Rumpler-Tropfenwagen blau - vorne links - Verkehrszentrum.JPG|vignette|Conçue en 1921, la [[Rumpler Tropfenwagen]] disposait d'un C<sub>x</sub> de seulement 0,28.]]

À la même époque, l'ingénieur hongrois [[Paul Jaray]] est le premier à noter que la forme d'un « [[corps de moindre traînée]] » est différente suivant qu'il se situe dans l'air ([[aérodyne]]) ou près du sol ([[automobile]] par exemple)<ref name="BarreauBoutinp11" />. En effet, la traînée d'un corps fuselé à proximité du sol augmente fortement par décollement de la [[couche limite]].{{Refnec|date=mai 2023}}

Cette découverte faite, il réalise avec [[Wolfgang Klemperer]], bien avant les constructeurs automobiles, des essais dans la soufflerie du [[Ferdinand von Zeppelin|comte Zeppelin]] à [[Friedrichshafen]]<ref name="BarreauBoutinp11" /> ; le résultat est une automobile profilée à la manière d'une aile d'avion, la Ley T2, sans aspérités et dont tous les accessoires (phares, calandre{{etc.}}) sont intégrés à la carrosserie. Son but était, selon Serge Bellu, « d'optimiser les performances, la consommation, la ventilation et le silence »<ref>[[#SBH|Serge Bellu]], ''Histoire mondiale de l'automobile'', chap. « L'âge d'or de la carrosserie », {{p.|92}}.</ref>.

Si le gain aérodynamique est majeur, la carrosserie dessinée par Jaray et Klemperer engendre de la portance et donc de la traînée induite par la formation de deux importants [[Tourbillon (physique)|vortex]] latéraux. Pour résoudre ce problème, Mauboussin propose « une carrosserie en forme d'aile verticale qui [élimine] la traînée induite », puis, devant les problèmes de stabilité de route créés par cette solution, « un étagement des maîtres couples vers la poupe formant une [[Dérive (empennage)|dérive]] stabilisatrice<ref name="BarreauBoutinp11" /> ».

Si les automobiles ont auparavant la forme d'une demi-torpille, le dessin global est désormais celui d'un [[Berlingot (emballage)|berlingot]], à l'image de la [[Mathis (entreprise)|Mathis 333]], forme reprise par beaucoup de constructeurs automobiles de l'époque, surtout allemands, comme [[Mercedes-Benz]], [[Opel]] ou [[Maybach]]<ref name="illu" />{{,}}<ref name=BarreauBoutinp13>{{Harvsp|Barreau|2009|p=13|id=BarreauBoutinEnergétique}}.</ref>.
{{clr|left}}

=== Les crises comme vecteurs de développement ===
[[Fichier:Streamlined Car.png|vignette|Article de ''{{langue|en|Everyday Science and Mechanics}}'' de 1931 s'intéressant aux automobiles {{Citation étrangère|langue=en|streamlined}}.]]
Les années 1930 marquent réellement le début de l'aérodynamique moderne. Alors que le « [[krach de 1929|Jeudi noir]] » plonge l'industrie automobile dans la crise, au même titre que les autres secteurs économiques — ayant notamment pour conséquence l'augmentation du prix du pétrole —, les constructeurs [[États-Unis|américains]] opèrent une véritable révolution esthétique, marquant la période du ''[[Style « paquebot »|{{langue|en|Mtreamline}} Moderne]]''.

Outre le renouvellement du style des automobiles pour mieux séduire la clientèle, l'intérêt est d'améliorer l'aérodynamique et ainsi de diminuer la consommation<ref name="svt">{{article|langue=fr|prénom=Serge|nom=Bellu|titre=Chrysler Airflow, Aérodynamique et fluidité|périodique=[[Science et Vie]]|numéro=Hors Série|année=2008|passage=37|consulté le=23 octobre 2008}}.</ref>. Le constructeur américain [[Chrysler Corporation|Chrysler]] est, avec le tchécoslovaque [[Tatra (entreprise)|Tatra]], le premier à s'intéresser à ce mouvement et à produire en série une automobile s'en inspirant. En 1934, la [[Chrysler Airflow]], signifiant « flux d'air » en anglais, devient rapidement l'emblème du courant. Malgré la crise, elle se révèle trop innovante pour susciter, au-delà du « succès d'estime », un succès commercial<ref name="svt" />. Elle marque pourtant le début de l'ère des designers aérodynamiciens aux États-Unis.

{{Référence nécessaire|En Europe, le mouvement a été précédé par le {{lien|langue=de|trad=Hanomag 2/10 PS|texte=''Kommissbrot''}} d'Hanomag dans les années 1925-1928, la Wikov 35 Kapka de 1931 et les prototypes [[Škoda Auto|Škoda]] 932, [[NSU Motorenwerke AG|NSU]]-[[Ferdinand Porsche|Porsche]] 32, [[Horch]] et [[DKW]] de 1933, mais le mouvement commence véritablement en 1934. Cette année-là, [[Tatra (entreprise)|Tatra]] inaugure une forme de capot arrondi dont l'aérodynamique est marquée et la [[Calandre (automobile)|calandre]] absente (le moteur est placé à l'arrière) ou occultée. Ses ingénieurs, l'Austro-tchèque [[Hans Ledwinka]] et l'Austro-hongrois [[Paul Jaray]] (de [[Zeppelin]]) lancent cette ère nouvelle avec la [[Tatra 77]], issue du prototype [[Tatra V570|V570]], qui est copiée par leur compatriote [[Ferdinand Porsche]] pour sa future Coccinelle/[[Volkswagen Coccinelle|Käfer Volkswagen]]. Cette ligne appelée ''Stromlinie'' se retrouve aussi sur la {{lien|trad=Mercedes-Benz_130|texte=Mercedes-Benz type 130}} de {{lien|langue=de|Hans Nibel}} et la {{lien|langue=de|Steyr 50}}, imitée ensuite par l'{{lien|langue=de|trad=Adler_2,5 Liter|texte=Adler 2,5 litres}}, avant d'être aussi adoptée par [[Auto Union]], [[BMW]], [[Horch]], [[Maybach]], [[Wanderer Werke AG|Wanderer]]...

En France, [[Peugeot]] dévoile au [[Mondial de l'automobile de Paris|Salon de Paris 1935]], la [[Peugeot 402|402]], aux lignes fluides dénommées « fuseaux Sochaux », marquée par une calandre arrondie, des [[Aile (automobile)|ailes]] gonflées, une très longue carrosserie déclinée en deux (coupé), quatre (berline) ou six (limousine) glaces latérales, un pare-brise coupe-vent divisé en deux parties ainsi que des phares insérés à l'intérieur de la calandre<ref>{{article |langue=fr |prénom=Serge |nom=Bellu |titre=Peugeot 402, l'automobile « streamline » made in France |périodique=[[Science et Vie]] |numéro=Hors Série |année=2008 |passage=40 |consulté le=23 octobre 2008}}.</ref>. [[Fiat]] sort les rondes [[Fiat Topolino|Topolino]] et [[Simca 5]] un an plus tard. En 1936, Panhard inaugure sa [[Panhard et Levassor Dynamic|Dynamic]] toute en rondeurs baroques. Dans la deuxième partie des années 1930, tous les constructeurs importants font évoluer leurs carrosseries selon ces nouvelles normes, avec plus ou moins de résistance. D'autres font preuve d'inspiration, comme [[Jean Andreau (ingénieur)|Jean Andreau]] qui dessine en 1936 pour [[André Dubonnet]] le fuselage de son prototype [[Hispano-Suiza H6#Hispano-Suiza H6 C Xenia Dubonnet|Hispano H6C Xénia]], ou [[Figoni & Falaschi|Giuseppe Figoni et Ovidio Falaschi]] qui carrossent la [[Talbot-Lago T150#Talbot-Lago T150-C SS Figoni et Falaschi « Goutte d’eau »|Talbot Goutte-d'eau]] en 1937 puis le roadster [[Delahaye Type 165|Delahaye 165]] en 1938.

À cette ligne fluide, certains ingénieurs issus ou inspirés de l'aéronautique proposent d'ajouter à l'arrière de leurs prototypes un aileron dorsal plus ou moins marqué, tels ceux des prototypes ''Stromlinie'' Horch et DKW de Hermann Ahrens en 1933, l'[[Bugatti Type 57|Aérolithe 57]] de [[Jean Bugatti]] en 1935, la Peugeot 402 de Jean Andreau en 1936, l'[[Adler (automobile)|Adler]] Diplomat d'Autenrieth (1938) ou le coupé [[Rolls-Royce Motor Cars|Rolls-Royce]] Phantom I de [[Jonckheere]]. À un stade industriel, seul le conglomérat Tatra conserve l'aileron que [[Paul Jaray]] ajoute dès 1934 à la [[Tatra 77|77]] sur ses modèles successifs {{incise|les [[Tatra 87|87]], [[Tatra 97|97]] et [[Tatra 600|600 Tatraplan]]}} jusqu'en 1952.

Les carrosseries ''[[Ponton (automobile)|ponton]]'' marquent une nouvelle étape de l'évolution aérodynamique des automobiles à partir des années 1940.|date=mai 2022}}

Les années 1970 marquent à leur tour un tournant dans l'histoire de l'aérodynamique automobile. Alors que le monde connaît son [[premier choc pétrolier]] le {{Date-|6 octobre 1973}}, les constructeurs automobiles poussent plus loin l'aérodynamique de leurs véhicules ; le coefficient de traînée devient un critère important dans le cahier des charges. [[Citroën]] décide de remplacer la [[Citroën DS|DS]] (qui a déjà franchi un pas grâce au designer [[Flaminio Bertoni]] et à l'ingénieur aéronautique [[André Lefèbvre (ingénieur)|André Lefèbvre]], en contraignant l'architecture de l'automobile à l'aérodynamique et non l'inverse<ref>{{Lien brisé |url=http://www.cite-sciences.fr/cs/Satellite?blobcol=urldata&blobheader=application/pdf&blobkey=id&blobtable=MungoBlobs&blobwhere=1195491517084&ssbinary=true |format=pdf |titre=Cinquantenaire Citroën DS - Saga d'une voiture d'exception |éditeur=[[Cité des sciences et de l'industrie]] |consulté le=20 juillet 2010}}.</ref>) par la [[Citroën CX|CX]], au nom évocateur de cette tendance<ref>[[#SBH|Serge Bellu]], ''Histoire mondiale de l'automobile'', chap. « Les chocs pétroliers », {{p.|251}}.</ref>.
{{clr}}

=== La Formule 1, laboratoire de l'aérodynamique ===
[[Fichier:Bruno Senna 2008 Goodwood.jpg|vignette|La [[Ferrari 312 B]] est l'une des premières monoplaces à adopter un [[aileron (automobile)|aileron arrière]].]]
{{Citation bloc|L'aérodynamique est la partie où le plus gros gain en performance peut être fait, mais essayer de l'anticiper dans le but d'être compétitif est très difficile<ref name="f1tech">{{Lien web|url=http://www.f1-technologies.fr/aerodynamique/2006/07/introduction-aerodynamique-formule-1.html|titre=Introduction à l'aérodynamique en Formule 1|éditeur=F1 Technologies|date=17 juillet 2006|consulté le=18 juin 2010}}.</ref>.|[[Mike Gascoyne]], 2002}}

En 1950, la [[Fédération internationale de l'automobile]] instaure le premier championnat du monde des pilotes de [[Formule 1]]. Ceux-ci disputent des Grands Prix à bord de monoplaces aux roues non-carénées, ce qui engendre une traînée particulièrement handicapante pour les performances. Le perfectionnement de l'aérodynamique devient donc au fil des années un enjeu majeur, au même titre que celui des [[Suspension de véhicule|suspensions]] ou de la motorisation{{Refnec|date=mai 2023}}.

Les débuts sont pourtant assez lents. Ce n'est qu'en 1966 qu'une première Formule 1 est testée en soufflerie. En 1968, le premier [[aileron (automobile)|aileron arrière]] apparaît sur la [[Ferrari 312]] ; les concepteurs de F1 se contentaient jusque là de réduire la traînée, sans voir que l'aérodynamique pouvait servir à augmenter l'appui en ajoutant des masses fictives (des forces aérodynamiques qui n'augmentent pas la masse et donc l'[[inertie]] du véhicule)<ref name="aéroF1">[[#CLF|Julien Trombini]], ''Comprendre la Formule 1'', chp. 2, Aérodynamique, {{p.|13-43}} (consulté le 7 juin 2010).</ref>.

[[Fichier:Lotus 79 Mont-Tremblant.JPG|vignette|gauche|La [[Lotus 79]], l'une des premières ''{{langue|en|wing-cars}}''.]]

Par la suite vont naître les ''{{langue|en|wing-cars}}'', ou voitures à effet de sol, qui sont les premières monoplaces de [[Formule 1]] dont l'intégralité (et plus seulement la carrosserie) est étudiée aérodynamiquement ; les [[Ponton (automobile)|pontons]], notamment, prennent la forme d'ailes inversées. Ainsi, la forme des pontons sous la voiture rétrécit-elle l'espace entre le fond de la voiture et le sol avant d'élargir le passage. Cette particularité permet de bénéficier de l'[[effet Venturi]], du nom de son inventeur qui avait montré que l'air, en passant par un tel chemin, crée une dépression. Dans le même temps, les côtés des pontons sont isolés des flux extérieurs par des « jupes » qui descendent jusqu'au sol. Ainsi les ''wing-cars'' bénéficient-elles d'un puissant phénomène aérodynamique qui leur permet de coller à la route dans les virages{{Refnec|date=mai 2023}}.

Parmi les premiers exemplaires, les [[Lotus 78]] et [[Lotus 79]], apparues en 1977, font preuve d'une incroyable efficacité, si bien qu'elles sont rapidement copiées par les autres écuries<ref name="oeil">{{Lien web|auteur=Jean Alami|url=http://www.endurance-info.com/article.php?sid=4427|titre=Le coin du technicien - Le diffuseur|éditeur=Endurance info|date=|consulté le=10 janvier 2010}}.</ref>{{,}}<ref name="utbm" />.

[[Colin Chapman]], l'ingénieur responsable de [[Lotus Cars|Lotus]], est l'un des initiateurs de cette innovation en Formule 1. Il choisit de s'intéresser au soubassement des monoplaces jusqu'alors largement oublié. Conscient que la création de déportance engendre celle de traînée, néfaste à l'avancement de l'automobile, il est persuadé que le soubassement peut offrir une déportance intéressante et une traînée minimale<ref name="oeil" />. Chapman réalise alors l'intérêt d'abaisser la garde au sol de la monoplace pour profiter de l'[[effet de sol]]<ref name="utbm" />.

À la suite de diverses interdictions et restrictions règlementaires de la [[Fédération internationale de l'automobile|FIA]] pour limiter l'efficacité des monoplaces — une garde au sol minimale, un fond plat{{, etc.}} — les ingénieurs cherchent à retrouver l'appui qu'ils ont perdu avec les nouvelles règles. C'est ainsi que naît à la fin des années 1980, et se développe dans les années 1990, le [[diffuseur (automobile)|diffuseur]]<ref name="utbm" />. Celui-ci est installé à l'arrière du fond plat imposé aux monoplaces, pour recréer l'effet de sol grâce à sa forme qui canalise l'air, à sa sortie à l'arrière des voitures.

Beaucoup d'autres éléments aérodynamiques, comme les [[Déflecteur (Formule 1)|déflecteurs]] ou plus récemment le système [[McLaren MP4-25#Aspects techniques|''{{langue|en|F-Duct}}'']], ont fait leur apparition en {{nobr|Formule 1}} mais demeurent spécifiques à ce domaine de l'automobile, contrairement aux ailerons ou au diffuseur qui sont maintenant présents sur certains modèles de série. De fait, jusqu'au milieu des années 1970, la plupart des améliorations aérodynamiques des modèles de série proviennent des connaissances acquises en sport automobile à travers les courses de prototypes d'endurance ou les courses de Formule 1<ref name="illu" />.

=== Des années 1980 à aujourd'hui ===
L'industrie automobile est durablement touchée par le [[Premier choc pétrolier|choc pétrolier]] puis par la [[Récession (économie)|récession]] des années 1970. En conséquence, l'amélioration de l'aérodynamique automobile devient une réponse à la fois technique et [[marketing]] aux préoccupations des usagers<ref>{{Lien web|url=https://www.cnetfrance.fr/cartech/design-automobile-70-aerodynamique-39710374.htm |titre=Le design automobile des années 1970 : aérodynamique !|éditeur=Cartech|auteur=Benoît Solivellas|date=30 octobre 2009|consulté le=17 juin 2010}}.</ref>. Un des constructeurs à l'avoir très tôt compris est l'Allemand [[Audi]]. En 1982 est dévoilée l'[[Audi 100#Audi 100 C3|Audi 100 (C3)]], dont le C<sub>x</sub> de seulement 0,30 est le plus faible jamais atteint pour une automobile de série<ref name="illu" />. Cette prouesse pour l'époque est permise par le soin particulier apporté aux détails — qui représentent près de 6 % de la traînée<ref name="Duysinx2010" /> —, notamment au niveau des fenêtres, affleurantes à la carrosserie<ref name="illu" />.

Afin de perfectionner leurs modèles, les constructeurs automobiles ont aujourd'hui systématiquement recours aux essais en soufflerie. Grâce à l'expérience ainsi acquise, les meilleures automobiles de série en termes d'aérodynamique obtiennent ainsi des valeurs de C<sub>x</sub> proches de 0,25{{Refnec|date=mai 2023}}.

Néanmoins, la diminution du C<sub>x</sub> n'est pas aisée pour des automobiles de série ; si l'aérodynamique automobile des premières années permet des progrès rapides pour atteindre des valeurs de l'ordre de 0,30, il faut attendre près de dix ans pour passer du 0,26 de l'[[Opel Calibra]] au 0,25 de la [[Honda Insight]] I, et encore autant pour le 0,24 de la [[Mercedes-Benz Classe E]] W212 coupé<ref>{{Lien web|url=http://www.moteurnature.com/actu/2009/mercedes-e-coupe-aero-BlueEfficiency.php|titre=Cx 0,24 - Mercedes classe E coupé, la voiture la plus aérodynamique du monde|éditeur=Moteur Nature|date=2009|consulté le=7 juin 2010}}.</ref>.

L'[[General Motors EV1|EV1]] de [[General Motors]], première [[voiture électrique]] « moderne » deux places et construite à {{nombre|1117|exemplaires}} de 1996 à 1999, a atteint un C<sub>x</sub> de 0,19<ref>{{Lien web|langue=en|url=http://www.autozine.org/technical_school/aero/tech_aero.htm|titre=Aerodynamics : Cd World Record|éditeur=AutoZine Technical School|date=|consulté le=10 août 2010}}.</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|langue=en|auteur=Ron Cogan|url=http://www.greencar.com/articles/20-truths-gm-ev1-electric-car.php |titre=20 Truths About the GM EV1 Electric Car|éditeur=GreenCar.com|date=26 mai 2008|consulté le=10 août 2010}}.</ref>.

De nos jours, le record du plus faible C<sub>x</sub> obtenu par une automobile « grand public » est détenu par l'[[Aptera (automobile)|Aptera 2 Series]], petite automobile à trois roues atteignant un ''C<sub>x</sub>'' de 0,15. En véhicule classique à quatre roues, le [[concept car]] [[Mercedes-Benz Bionic]], à la carrosserie inspirée d'un [[Ostraciidae|poisson-coffre]], se distingue avec une valeur de 0,19{{Refnec|date=mai 2023}}.

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Historique des records de C<sub>x</sub> sur des modèles de série
|-
! scope=col |
! scope=col | [[Audi 100|Audi 100 (C3)]]
! scope=col | [[Renault 25]]
! scope=col | [[Opel Calibra]]
! scope=col | [[General Motors EV1]]
! scope=col | [[Honda Insight]]
! scope=col | [[Mercedes-Benz Classe E|Mercedes Classe E]]
|-
! scope=row style="text-align:center" | Année de sortie
| 1982
| 1984
| 1989
| 1996
| 1999
| 2009
|-
! scope=row style="text-align:center" | [[Coefficient de traînée|Coefficient C<sub>x</sub>]]
| 0,30
| 0,28
| 0,26
| 0,19
| 0,25
| 0,24
|}

<gallery caption="Exemples de véhicules à faible coefficient de traînée." mode="packed">
Audi 100 new.png|Malgré ses lignes anguleuses, l'[[Audi 100|Audi 100 (C3)]] est, en 1982, la voiture de série à plus faible C<sub>x</sub>, atteignant 0,30.
GMEV1serieshybrid.jpg|Une [[General Motors EV1|EV1]] exposée à [[Pékin]] en 1999, au C<sub>x</sub> de 0,19.
Mercedes-Benz bionic car.jpg|Le concept [[Mercedes-Benz Bionic]] présente également un C<sub>x</sub> de 0,19 (2005).
</gallery>

== Influence de la géométrie d'une automobile sur son aérodynamique ==
[[Fichier:Distribution Cp sur berline DrivAer fastback.png|vignette|Distribution des ''C{{ind|p}}'' sur une berline DrivAer fastback dans son plan de symétrie]]

=== Répartition des pressions sur une automobile ===
Le schéma ci-contre donne une répartition type des [[Coefficient de pression|coefficients de pression]] dans le plan de symétrie d'une voiture routière ''fastback'' assez vertueuse, le modèle DrivAer{{Refnec|date=mai 2023}}. Ce modèle DrivAer a été créé par l'[[Université technique de Munich]] (TUM), en coopération avec deux grands constructeurs, et est basé sur les formes et dimensions de deux berlines routières typiques, l’{{lnobr|Audi A4}} et la {{lnobr|BMW Série 3}}.

=== Profil de la partie arrière ===
[[Fichier:Aérodynamisme automobile.svg|vignette|Comparaison d'une carrosserie ''[[hayon|hatchback]]'' et semi-''fastback''.]]
[[Fichier:Vortex autour d'une voiture.svg|vignette|Schéma des vortex générés à l'arrière d'une automobile.]]

Le dessin de la poupe d'un véhicule influence fortement sa résistance aérodynamique, en raison des turbulences générées dans cette partie. Le phénomène de [[couche limite|décollement de la couche limite]], source majeure de traînée, est notamment mis en jeu ; ce phénomène intervient lorsque les [[Ligne de courant|lignes de courant]] ne suivent plus la carrosserie. Ce phénomène de décollement est la [[séparation de couche limite]]. Plus la zone de décollement est faible et plus la traînée sera réduite, d'où l'importance du lieu du décollement<ref name="Duysinx2010" />. En théorie, la forme idéale pour la poupe du véhicule — connue sous le nom de « arrière de Kamm » — est un cône se rétrécissant avec un angle inférieur à 15°<ref name="Duysinx2010" />.

Le dessin de la descente de toit est particulièrement important pour l'aérodynamique. Généralement en automobile, les descentes de toit « aérodynamiques » adoptent un profil dit ''[[fastback]]'' caractérisées par une pente douce du toit au coffre. Plus concrètement, des études ont démontré que la traînée est minimale pour une inclinaison de la lunette arrière de 12°, et maximale pour 30°<ref name="Leclerc2008" /> :
* pour un angle inférieur à 12°, l'air s'écoule naturellement sur la lunette et décolle en bout de véhicule ;
* pour un angle compris entre 12° et 30°, l'air décolle partiellement de la paroi en haut de lunette, la recolle ensuite et décolle en bout de véhicule ;
* au-delà de 30°, l'air décolle dès la fin du pavillon et demeure dans cet état, d'où un C{{ind|x}} particulièrement mauvais.

Hormis l'intérêt de diminuer la traînée, repousser la zone de décollement permet de limiter le dépôt de crasses sur la vitre arrière dû aux particules éjectées de la route par les roues et ramenées par les turbulences sur la plage arrière<ref name="Duysinx2010" />.

Par ailleurs, les flux d'air latéraux du véhicule peuvent être aspirés dans la dépression arrière et générer par conséquent des systèmes tourbillonnaires, appelés [[Tourbillon (physique)|vortex]], nuisibles à l'aérodynamique générale. Outre le dessin du coffre et de la descente de toit, celui des arêtes latérales de la carrosserie doit également être pris en compte pour réduire ce phénomène<ref name="Duysinx2010" />.

La contribution de l'arrière d'un véhicule deux volumes actuel (où le décollement se produit sur quasiment toute la hauteur de l'arrière) est estimée à 30 % du C{{ind|x}} d'un tel véhicule<ref>Lionel Fiabane, ''Méthodes analytiques de caractérisation de structures cohérentes contribuant aux efforts aérodynamiques'' (thèse de doctorat en mécanique), [[École École polytechnique (France)|polytechnique]], 2010, [https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00553103/file/fiabane_phd_plain.pdf Lire en ligne] {{pdf}}.</ref>.

=== Contribution de la partie avant ===
[[Fichier:Cx_de_voitures_selon_formes_avant_et_arrière,_d'après_Walter_E._lay.png|vignette|Influence des formes avant et arrière sur le {{mvar|C{{ind|x}}}} frontal (d'après Walter E. Lay).]]
La partie avant d'un véhicule particulier représente en général près de 11 % du SC<sub>x</sub>, dont huit sont dus uniquement au refroidissement du moteur<ref name="Leclerc2008" />. En effet, l'air entrant par la [[Calandre (automobile)|calandre]] du véhicule exerce une pression aérodynamique importante sur les parois du [[Radiateur (moteur thermique)|radiateur]], du moteur et des conduits permettant de l'acheminer vers l'extérieur du compartiment moteur ; l'écoulement de l'air dans la partie avant y est donc très chaotique<ref name="Duysinx2010" />. En théorie, il serait possible de réduire à zéro la traînée due au refroidissement du moteur, en utilisant l'[[énergie thermique]] gagnée par l'air de refroidissement<ref group=alpha>Cela a été effectué, après de longs travaux d'ingénieurie, sur l'avion [[North American P-51 Mustang|P-51 Mustang]], dont le système de refroidissement produisait une force de propulsion.</ref>.

Les 3 % restants, dus au profil de la proue du véhicule, sont induits par la rupture de pente au niveau de la calandre provoquant « l'apparition de structures tourbillonnaires »<ref name="Leclerc2008" />. La hauteur Z<sub>s</sub> du [[point de stagnation]] (point d'arrêt), lieu sur la surface de la calandre où la vitesse locale de l'air est nulle, est par ailleurs particulièrement importante pour diminuer le C<sub>x</sub> ; ce dernier est minimal pour un rapport Z<sub>s</sub>/Z<sub>v</sub> (où Z<sub>v</sub> est la hauteur du véhicule) proche de 0,06 et maximal pour 0,2<ref name="Duysinx2010" />.

Selon Hucho, contrairement à ce que dicte l'intuition{{sfn|Hucho|1987|id=Hucho1987|p=501}}, la partie avant (ou [[avant-corps (mécanique des fluides)|avant-corps]]) d'une automobile correctement dessinée n'est génératrice que d'une part très faible de la traînée<ref group=alpha>Cette intuition fautive pourrait être qualifiée de ''collisionnelle'' car l'on ressent, à tort, la partie avant du véhicule comme chargée de {{Citation|faire la trace}} (comme un soc de charrue) pour le reste du véhicule.</ref>. Au demeurant, les mesures aérodynamiques montrent assez que certaines ogives de fusées, par exemple, en [[subsonique]], présentent des traînées de pression négatives, ce qui est plus contre-intuitif encore<ref name="Hoerner-drag">Sighard F. Hoerner, ''Résistance à l'avancement dans les fluides'', Gauthier-Villars éditeurs, Paris, 1965, {{p.|49}} (traduction française de ''Fluid-Dynamic Drag'').</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |titre=Fluid-Dynamic Drag |éditeur= |année=1965 |lire en ligne=http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM240/Marchi/Bibliografia/Hoerner.pdf |format=pdf |passage=3-12}}.</ref>. Cette intuition fautive est encouragée par l'ensemble des constructeurs d'automobiles du début du {{s-|21}}, qui produisent des véhicules à avant-corps {{Citation|en coin}}, comme si ces avant-corps étaient chargés de {{Citation|fendre l'air}}. Un exemple symptomatique est la silhouette de la [[Citroën Xsara Picasso]], qui est la même, mais inversée, que celle de la [[Schlörwagen]] de Karl Schlör qui avait obtenu, en 1939, un C{{ind|x}} très faible<ref group="alpha">Le coefficient de traînée de la [[Schlörwagen]] était extrêmement faible, à 0,186. Des mesures de Volkswagen dans les années 1970 sur un modèle ont même dégagé un C{{ind|x}} de 0,15 (avec soubassement caréné). Voir la description de cette vidéo : {{en}} [https://www.youtube.com/watch?v=JIpfTmHzOqM « {{langue|de|Im Windkanal: Der Schlörwagen, ein Experimentalauto des deutschen Ingenieurs Karl Schlör}} »], [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]] sur [[YouTube]], {{date-|01/08/2014}} (consulté le 10 décembre 2021).</ref> (voir images ci-dessous).

<gallery mode="packed">
Citroen Xsara Picasso retournée.jpg|Vue d'artiste d'une [[Citroën Xsara Picasso]] retournée ou {{Citation|dans le bon sens}}.
Schlörwagen without the Russian aircraft power unit.jpg|La [[Schlörwagen]] (l'avant est à gauche).
Schlörwagen - Construction drawings.jpg|Plans de la Schlörwagen.
Corps de moindre traînée, son adaptation à la route.png|Adaptation du [[corps de moindre traînée]] « totalement turbulent » à la route.
Paris_-_Retromobile_2014_-_Citroën_prototype_C10_-_1956_-_003.jpg |Le projet [[Citroën Prototype C|C10 de Citroën]] (l'avant est à droite) : <math>C_x=0,258</math>.
BelGeddesCar.jpg|Model of "teardrop" car designed by Norman Bel Geddes.
</gallery>

=== Traînée de pression et traînée de friction ===
[[File:Contribution à la traînée pression et friction.png|thumb|Contribution à la traînée des pressions et frictions locales.]]

Comme cela peut être fait pour tous les écoulements, la traînée externe<ref group="alpha">N'entre pas dans cette traînée externe la traînée occasionnée par les écoulements internes du véhicule.</ref> d’un véhicule peut être décomposée en deux parties{{Refnec|date=mai 2023}} :
* une traînée de friction (intégrale de la composante en x des forces tangentielles dues à la viscosité du fluide sur les éléments de surface du véhicule) ;
* une traînée de pression (intégrale de la composante en x des forces normales sur les éléments de surface du véhicule), l’axe de x étant pris parallèle au déplacement du véhicule.
L’image ci-contre montre que seules les composantes en x des efforts naissant de la pression et de la friction sur une surface élémentaire dS participent à la traînée (cette image ne s’intéresse qu’aux éléments de surface dS figurant dans le plan médian du véhicule, mais ce principe est applicable à tous les éléments de surface du véhicule){{Refnec|date=mai 2023}}.

Ces deux traînées (de friction et de pression), après division par la pression dynamique de l’écoulement et par la surface frontale du véhicule, conduisent à deux <math>C_x </math> frontaux : le <math>C_x </math> frontal de friction et le <math>C_x </math> frontal de pression. Leur somme est le <math>C_x </math> frontal ''complet''.

{{démonstration|déroulante=...|titre=Évaluation du <math>C_x</math> de friction d'une automobile |style=...|

L'ouvrage de Hucho ''{{langue|en|Aerodynamics of Road Vehicles}}'' donne un exemple d’évaluation du <math>C_x </math> de friction d'une berline : en premier lieu, il faut déterminer le coefficient de friction moyen <math>C_f </math> qui s’applique à la surface de la berline{{sfn|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|id=Hucho1990|p=118}}. Ce coefficient est fonction du [[nombre de Reynolds]] longitudinal de cette berline, lequel dépend de sa vitesse (disons <math>V_\infty =</math> {{unité|30,56 m/s}}, soit {{unité|110 km/h}}) et de sa longueur (disons <math>L= </math>4,7 m). L’approximation <math>70000\times V_\infty \times L</math> donne alors pour l’écoulement autour de la berline un Reynolds longitudinal de 10{{7}}<ref group="alpha">Cette approximation <math>70000\times V_\infty \times L</math> est valide dans l’air au niveau de la mer, <math>V_\infty </math> étant bien sûr exprimé en m/s et <math>L </math> étant exprimé en mètres.</ref>.

Ce nombre de Reynolds étant ainsi déterminé, on peut en tirer d’après la courbe donnant les <math>C_f </math> moyen de [[Couche limite#Friction sur la plaque plane due à la couche limite turbulente|ce graphe]] (l'écoulement étant supposé se faire avec couche limite totalement turbulente) un <math>C_f </math> moyen de 0,003<ref group="alpha">Cette valeur de 0,003 peut aussi être trouvée avec les quatre formules qui suivent le même graphe, par exemple <math>C_f = \frac{0,044}{Re_l^{1/6}} </math></ref> (on peut d'ailleurs mémoriser ce <math>C_f </math> moyen de 0,003 (soit 3 millièmes) qui sera applicable à des véhicules de longueur comparable à une vitesse proche, l'écoulement sur tous les véhicules de série étant censé se produire avec couche limite totalement turbulente<ref group="alpha">Seuls certains véhicules de records parviennent à maintenir dans l'état laminaire leur couche limite sur une grande partie de leur longueur.</ref>).

La vitesse moyenne efficace <math>V_{\mathrm{eff}} </math> de l’écoulement autour du véhicule doit être majorée de 10 % (par rapport à <math>V_\infty </math><ref group="alpha">En effet, pour contourner le véhicule, l’écoulement doit, en moyenne, accélérer ; cette approximation, citée par Hucho, est due à G. W. Carr. C'est évidemment une règle d'ingénieur.</ref>{{,}}<ref>Carr, G.W., Potential for aerodynamic drag reduction in car design,. Impact of Aerodynamics on Vehicle Design, Int. J. of Vehicle Design, SP3, London, 1983</ref>.

La traînée de friction est alors <math> T_f = q \; C_f \times S_{\mathrm{mdp}} \times \left(\frac{V_{\mathrm{eff}}}{V_\infty}\right)^2</math> si <math>q</math> est la pression dynamique de l'écoulement loin du corps (<math display=inline>\frac{1}{2}\rho V_\infty^2</math>) et <math> S_{\mathrm{mdp}}</math> est la ''surface mouillée déroulée projetée'' du véhicule<ref group="alpha">Cette ''surface mouillée déroulée projetée'' du véhicule est la projection, sur un plan horizontal, du déroulement, autour de l’axe longitudinal du véhicule, de sa surface mouillée ; de la sorte, les surfaces verticales (comme la calandre ou la face arrière de la malle arrière) n’ont pas de déroulement, donc pas de projection (elles ne génèrent pas de friction longitudinale). Par contre le toit du véhicule et son soubassement se présentent comme déjà déroulés et se projettent donc presque intégralement.</ref>.

En divisant cette traînée de friction <math>T_f</math> par <math> q</math> et par la surface frontale du véhicule, on trouve le <math>C_x</math> frontal de friction dudit véhicule. Ce <math>C_x </math> frontal de friction est de l'ordre de 0,04 - 0,05, c.-à-d. qu'il est beaucoup plus faible que le <math>C_x </math> frontal complet du véhicule (celui-ci étant souvent supérieur à 0,25).

Lorsque le soubassement n’est pas caréné, G. W. Carr admet un <math>C_x </math> frontal additionnel de 0,07<ref group="alpha">Ce <math>C_x </math> additionnel est donc le <math>C_x </math> de pression de toutes les excroissances qui encombrent le soubassement.</ref>.
}}
La traînée de friction des poids lourds semi-remorques est estimée à moins de 10 % de la traînée aérodynamique totale<ref>Wood RM (2004) Impact of Advanced Aerodynamic Technology on Transportation Energy Consumption. (2004-01-1306). SAE Technical Paper. doi: 10.4271/2004-01-1306, ouvrage cité dans [http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2175-91462018000100334#B24 cet article.]</ref>.

== Traînée des accessoires internes ou externes ==
=== Soubassement ===
Bien que les constructeurs automobiles ne s'y soient intéressés que tardivement, le soubassement peut représenter quant à lui jusqu'à 30 % de la traînée<ref name="Duysinx2010" /> en raison des différents organes mécaniques faisant obstacle au passage de l'air. Hormis abaisser la hauteur du véhicule pour limiter le volume d'air s'engouffrant sous l'automobile (ce qui limite la garde au sol), la solution pour diminuer la traînée du soubassement est de le caréner (rendre le fond le plus lisse possible) en réduisant au maximum la largeur des passages de roues. Le carénage complet du soubassement est donné pour procurer une diminution de <math>C_x </math> pouvant atteindre 0,045{{sfn|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|p=162|id=Hucho1990}}.

Si l’on peut conformer le fond comme un parfait diffuseur, la diminution de <math>C_x</math> qui en découle peut atteindre la valeur 0,07 (ce qui est à peu près la moitié du <math>C_x</math> atteignable avec une berline)<ref group="alpha">L’adoption d’un parfait diffuseur réduit malheureusement beaucoup le volume intérieur du véhicule et en particulier de sa malle arrière.</ref>{{,}}{{sfn|Hucho|1990|p=162|id=Hucho1990}}.
{{clr|left}}

=== Roues et passages de roues ===
[[Fichier:MHV P&L Dynamic 1937 01.jpg|vignette|gauche|redresse=1.3|Les constructeurs avaient l'habitude de caréner les roues de leurs modèles, à l'image de cette [[Panhard|Panhard & Levassor Dynamic]].]]

La contribution des [[roue]]s et des garde-boue à l'aérodynamique d'un véhicule n'est pas négligeable, qui représente entre 15<ref name="Leclerc2008" /> et 20 %<ref name="Duysinx2010" /> de la traînée totale. Sur l’Audi A3, les roues et passages de roues comptent pour 30 à 35 % du C{{ind|x}}<ref group="alpha">D’après Pfadenhauer, Wickern & Zwicker (1996), 32,3 % de baisse de C{{ind|x}} sont en effet obtenus en supprimant les roues et en obturant les passages de roues sur cette Audi A3.</ref>{{,}}<ref name="KTH-Bologne" >Vehicle aerodynamics, The drag, Alessandro Talamelli, 2002, KTH-Mekanik, University of Bologna, [https://www.mech.kth.se/courses/5C1211/KTH_FinalLecture_11.pdf Lire en ligne]</ref>. En effet, la rotation de la roue fait apparaître des zones de turbulences et de recirculations. Pour limiter ces phénomènes, il suffit de [[Carénage aérodynamique|caréner]] les roues et de réduire la cavité dans le garde-boue<ref name="Duysinx2010" />. Cette solution est pourtant rarement appliquée, pour des raisons essentiellement esthétiques ; les roues arrière, à l'axe immobile, s'y prêtent pourtant, comme sur les Citroën [[Citroën DS|DS]] et {{lnobr|Citroën Ami 6, 8 et Super|Ami 8}}.{{Refnec|date=mai 2023}}

Les formes irrégulières données aux [[enjoliveur]]s ou aux [[Jante (automobile)|jantes]] pour des raisons esthétiques (ou plutôt de mode) créent également des perturbations de l'écoulement de l'air au niveau des roues. Afin de réduire les conséquences de ce phénomène sur la consommation, certains prototypes testent les jantes pleines, ou optimisées, notamment sur les véhicules électriques où l'enjeu de l'économie d'énergie est bien plus grand{{Refnec|date=mai 2023}}.

=== Détails de carrosserie ===
Les détails de carrosserie — l'arrondi bas de caisse, la [[rupture de pente]] au-dessus de la calandre, les montants de pare-brise, le culot de pavillon ou encore les montants de fenêtres — ont une contribution non négligeable à la traînée. En raison des petites turbulences qu'ils génèrent, les détails de carrosseries sont également étudiés pour améliorer le [[Aéroacoustique|confort aéroacoustique]] des passagers{{Refnec|date=mai 2023}}.

=== Traînée de refroidissement ===
Le refroidissement du moteur augmente le <math>C_x</math> frontal du véhicule de 0,02 à 0,06<ref name="KTH-Bologne"/>. Sur l’avion [[North American P-51 Mustang|Mustang]], le refroidissement du moteur (dont le circuit aérodynamique en amont et en aval du radiateur avait été travaillé par les ingénieurs) produisait une légère traction (donc avait un <math>C_x</math> négatif) du fait de l'éjection vers l'arrière, à grande vitesse, de l'air de refroidissement fortement réchauffé, donc dilaté (par [[effet Meredith]]){{Refnec|date=mai 2023}}.

=== Rétroviseurs externes ===
Les rétroviseurs externes ne peuvent prétendre à un <math>C_x</math> propre inférieur à 0,3<ref group="alpha">C'est le <math>C_x</math> d'un disque à avant-corps caréné, essentiellement dû à son culot plan.</ref>, mais ils sont placés dans une région de forte survitesse, ce qui augmente ce <math>C_x</math> propre. Les rétroviseurs accroissent le <math>C_x</math> frontal du véhicule de 0,01<ref name="KTH-Bologne"/>, soit, pour une berline assez performante de 0,25 de <math>C_x</math>, un accroissement de 4 %<ref group="alpha">Hoerner estime que la pression dynamique moyenne s'appliquant aux rétroviseurs est {{nobr|1,6 fois}} plus forte que celle de l'écoulement. De plus, il insiste sur le fait que les rétroviseurs entraînent une forte traînée additionnelle d'interférence avec le reste de la carrosserie, traînée additionnelle estimée par lui à 60 % de la traînée propre. Une adaptation du calcul d'Hoerner à deux rétroviseurs à avant-corps carénés modernes donne ainsi pour leur apport en <math>C_x</math> une valeur de 0,015, soit 6 % du <math>C_x</math> de 0,25 d'un véhicule assez performant.</ref>{{,}}<ref name=p250>{{Harvsp|Hoerner|1965|p=250}}.</ref>{{,}}<ref name=p12-5>{{Harvsp|Hoerner|1992|p=12-5}}</ref>. D'autres auteurs indiquent : Un rétroviseur externe très bien conçu accroît la traînée d’une voiture d’approximativement <math>\Delta C_x = 0,012 </math>. Mais ce surplus de <math> C_x</math> peut atteindre 0,025 à 0,030 pour les rétroviseurs les plus mal conçus. Il est donc raisonnable de considérer un <math>\Delta C_x</math> de 0,015<ref name="RoadVehicleNedelec">{{en}} Nédélec-Berroche, Neiter, Rousseau, Suard, ''Road Vehicle Aerodynamic Design'', « Contribution of different devices to the total drag ».</ref>.

=== Barres de toit ===
Les barres de toit augmentent le <math>C_x</math> de 30 à 40 %<ref name="KTH-Bologne"/>{{,}}<ref group="alpha">Si l’on compte deux barres de toit de {{unité|1,20 m}} de large et de {{unité|25 mm}} d’épaisseur posées sur le toit d’un véhicule assez performant de {{unité|2 m2}} de surface frontale et de 0,25 de <math>C_x</math>, on peut sommer les <math>SC_x</math> ainsi : {{nobr|2 × 0,25 + 1,4 (2 × 0,025 × 1,20 × 1)}} ; dans cette équation 1,4 est un coefficient multiplicateur dû à la surpression dynamique créée par la surcélérité de l’air sur le toit du véhicule et 1 est le <math>C_x</math> moyen des barres de toit. On trouve ainsi que le surcroît de <math>SC_x</math> dû aux barres de toit est 0,084, ce qui correspond à une augmentation du <math>C_x</math> du véhicule de 17 % (cela sans tenir compte des fixations des barres de toit).</ref>.

=== Coffre de toit ===
[[File:Le_pire.jpg|thumb|La pire situation qui soit, lors d'un voyage interurbain.]]
Le culot droit des [[Coffre de toit|coffres de toit]] et boîtes à skis a un effet aérodynamique considérable<ref name="KTH-Bologne"/>. Ainsi, selon une étude de cas, un coffre de toit pour quatre paires de skis augmente le <math> C_x </math> d'une [[Volkswagen Golf]] (<math> C_x = 0,40, \; S_f = 1,87 m^2</math>) de 28 %<ref group="alpha">Cet accroissement est dû à la traînée augmentée par l'ajout du coffre de toit et des fixations.</ref>{{,}}{{sfn|Hucho|1990|id=Hucho1990|p=183}}. Le même coffre de toit, posé sur une berline présentant une surface frontale de <math>2 m^2</math> et mieux profilée, avec un <math>C_x \text { de } 0,25 </math>, augmenterait son  <math> C_x </math> d'environ 42 %{{Refnec|date=mai 2023}}.

== L'aileron, un appendice aérodynamique classique ==
[[Fichier:Bugatti veyron2.jpg|vignette|[[Aileron (automobile)|Aileron]] déployé d'une [[Bugatti Veyron 16.4]].]]
{{Article détaillé|Aileron (automobile)}}
Nombreux sont les appendices aérodynamiques, dont l'aileron, reposant sur un principe physique simple, le [[principe de Bernoulli]], qui définit que l'augmentation de la vitesse de l'air s'accompagne d'une diminution de sa pression statique<ref name="f1tech" />. Il s'agit de l'[[effet Venturi]]. Le fonctionnement de l'aileron est donc d'augmenter la vitesse du flux d'air passant dans sa partie inférieure de manière à créer une dépression « aspirant » l'aileron vers le sol, d'où l'augmentation d'appui<ref name="f1tech" />. Un appui supplémentaire peut être généré par l'inclinaison de l'aileron, au détriment néanmoins d'une dégradation de la traînée, due entre autres à la formation de tourbillons<ref>{{Lien web|url=http://www.go-f1.com/dossier-technique-aero.php|titre=Dossier Aérodynamique en F1|éditeur=Go-F1.com|date=|consulté le=26 décembre 2010}}.</ref>.

Comme évoqué précédemment, l'amélioration de la déportance par l'ajout d'un [[Aileron (automobile)|aileron]] engendre nécessairement une dégradation du C<sub>x</sub>, d'autant plus grande que son inclinaison est importante. Le dimensionnement d'un aileron doit donc prendre en compte cet aspect et trouver le meilleur compromis entre l'appui L (''{{langue|en|lift}}'') et la traînée D (''{{langue|en|drag}}''). L'efficacité aérodynamique d'un aileron, défini par le rapport L/D (aussi appelé [[Finesse (aérodynamique)|finesse]]), représente ce compromis : plus ce rapport est élevé et plus les performances de l'aileron seront bonnes<ref name="f1tech" />{{,}}<ref name="femin" />. En Formule 1, l'efficacité aérodynamique est proche de 3<ref name="f1tech" />{{,}}<ref name="femin">{{Lien web|url=http://www.femin-f1.com/article-3055234-6.html|titre=L'aérodynamique en Formule 1|éditeur=Fémin-F1|date=|consulté le=19 juin 2010}}.</ref>.

== Automobile du futur ==
=== Voitures produites en masse ===
[[File:Différentes_auto_de_faible_traînée.gif|thumb|Divers profils d'automobiles de faible traînée. La partie basse montre une vue de haut tronquée.]]
Dans cette section sont évoqués des véhicules dont la sobriété en traînée est obtenue par le choix de leurs formes, sans moyens de [[contrôle des écoulements]], que ces moyens soient passifs (tels que des turbulateurs) ou actifs (tels que des actionneurs à plasma, l'usage de tels dispositifs pouvant révolutionner le choix des [[corps de moindre traînée|formes de moindre traînée]]<ref group="alpha">L'efficacité de tels moyens de contrôle des écoulements doit être jugée à l'aune de leur bilan énergétique total, le but recherché restant de dépenser le moins d'énergie possible pour le déplacement du véhicule à sa vitesse de croisière durant toute son existence (y compris lors de sa fabrication et de son démantèlement).</ref>).

Buchheim {{et al.}} craignent en 1981 que {{Citation|réduire la traînée aérodynamique des véhicules pour passagers signifie en retour que tous ces véhicules se ressemblent. Si cela s'avérait, cela restreindrait notablement la diffusion de tels véhicules sur le marché des automobiles de série<ref group="alpha" name=planètefinie>Ce scrupule des auteurs se conçoit mieux dans l’optique d’une planète à ressources infinies qui avait cours en 1981 que dans la situation de graves crises climatique et écologique du début du {{21e|siècle}}.</ref>{{,}}<ref>{{en}} Buchheim, Deutenbach, Lückoff, « ''Necessity and premises for reducing the aerodynamic drag of future passenger cars'' », SAE  Paper 810185, Detroit,  1981 ([https://www.jstor.org/stable/pdf/44631713.pdf?seq=1#metadata_info_tab_contents lire en ligne] {{pdf}}).</ref>}}

Buchheim {{et al.}} proposent alors plusieurs profils (voir animation ci-contre<ref group="alpha">Parmi les véhicules de cette animation figure la ''[[Schlörwagen]]'', désignée « AVA Streamline shape Cx = 0,15 ».</ref> et poursuivent : {{Citation|[Cette image] compare les sections longitudinales et horizontales de quatre types de véhicules idéaux [présents dans la littérature aérodynamique] dont le <math>C_x </math> mesuré approche les 0,15. Cette comparaison montre que, même à de telles faibles valeurs du <math>C_x </math>, différentes formes restent possibles. Il peut donc être conclu que, lors du développement des voitures de faible traînée de l'avenir, il y aura assez de latitude pour les stylistes de diversifier leur apparence [...] de façon qu'elles soient acceptées en nombre suffisant par le public<ref group="alpha" name=planètefinie/>.}}

=== Voitures de records ===
[[Fichier:GM Sunraycer.JPG|thumb|left|Le {{Lien|langue=en|fr=Sunraycer}}, gagnant du {{langue|en|[[World Solar Challenge]]}} de 1987.]]
[[File:Cityjoule_diffuseur.png|thumb|La ''Cityjoule'', voiture de l'université de Nantes.]]
Les voitures expérimentales, destinées à battre des records de consommation (ou de vitesse pour les voitures solaires), peuvent montrer la voie des progrès futurs. Ainsi de la Cityjoule, véhicule à hydrogène (fonctionnant grâce à une [[pile à combustible]]) dont le <math>C_x</math> frontal a été mesuré à 0,10 (image à droite). Le [[Diffuseur (automobile)|diffuseur]] ''intégral'' de cette dernière a notablement contribué à performance<ref group="alpha">Le diffuseur est le relèvement progressif, vers l'arrière, du fond caréné d'une voiture. Ce relèvement réduit ici le [[Traînée#Cas d'un corps non profilé|culot]] du véhicule à sa taille minimale.</ref>{{Refnec|date=mai 2023}}.

Dans le cas de la {{Lien|langue=en|fr=Sunraycer}} (image ci-contre à gauche), voiture photovoltaïque dont le <math>C_x</math> frontal a été abaissé à 0,125, le cahier de charges est différent de celui des véhicules à [[pile à combustible]]. La captation de l'énergie solaire nécessite en effet une grande surface de cellules photovoltaïques, ce qui n'est pas le cas des véhicules utilisant une énergie embarquée{{Refnec|date=mai 2023}}.

=== Projets actuels ===
[[File:Aptera_Side_View_with_Open_Door.jpg|thumb|Le véhicule deux places [[Aptera (automobile)|Aptera]].]]
{{article connexe|Aptera (automobile)}}
Ne sont évoqués ici que les projets paraissant marquer des sauts dans l'aérodynamique automobile{{Refnec|date=mai 2023}}.

Fin 2020, la société Aptera Motors a présenté un véhicule électrique solaire à deux places [[Aptera (automobile)|Aptera]]. La seule production d'électricité des {{unité|3 m2}} de cellules photovoltaïques est censée assurer jusqu'à {{unité|60 km}} d'autonomie solaire par jour d'ensoleillement. L'autonomie sur batteries est de 400 à {{unité|1600 km}} selon la taille des batteries (de 25 à {{unité|100 kWh}}). L'aérodynamique de ce véhicule est caractérisé par un ''rétreint total'' (comme on le voit sur l'image ci-contre, la surface de son culot est réduite au minimum){{Refnec|date=mai 2023}}.

La consommation de l'Aptera est donnée pour {{unité|62|Wh/km}}<ref name="Aptera_never">[https://www.aptera.us/post/this-solar-powered-electric-vehicle-never-needs-to-be-charged]</ref>, ce qui équivaut à une traînée de {{unité|223,7|N}}<ref group="alpha">Une dépense énergétique de {{unité|1 Wh/km}} équivaut à une traînée de {{unité|3,6 N}} ; {{unité|62 Wh/km}} équivalent donc à une force de traînée de {{unité|223,7 N}}.</ref> (pour une vitesse de {{unité|100 km/h}} environ<ref group="alpha">Voir l'outil de calcul OdG : {{en}} [https://github.com/vikchaps/Zero-Fossil-Mobility « vikchaps/Zero-Fossil-Mobility »], sur [[Github]].</ref>){{Secnec|date=30 mai 2023}}.

== Analyses expérimentales et numériques ==
=== Essais en soufflerie ===
[[Fichier:Aeroakustik-Windkanal-Messhalle.JPG|vignette|Le gaz opaque permet de visualiser les flux d'air autour de la carrosserie.]]
Les essais en [[soufflerie]] prodiguent des résultats empiriques de la [[traînée]] aérodynamique du véhicule, des [[Aéroacoustique|bruits aérodynamiques]] générés autour de la carrosserie ou des efforts verticaux ou transversaux {{incise|mesurés grâce à des balances}} induits par l'écoulement de l'air. Un gaz opaque ou des brins de laine placés sur la carrosserie permettent par ailleurs de visualiser les [[ligne de courant|lignes de courant]]<ref name="mot" />.

Bien qu'il ne soit pas rare d'utiliser des modèles réduits, les souffleries automobiles accueillent généralement des maquettes à l'{{nobr|échelle 1}} et peuvent être équipées d'un plateau tournant permettant de simuler un vent latéral, ainsi que d'un sol défilant et d'un système permettant de faire tourner les roues des véhicules, de manière à reproduire le plus fidèlement possible le déplacement d'une automobile sur la route<ref name="mot">{{Lien web|url=http://www.motorlegend.com/entretien-reparation/carrosserie-automobile/principes-de-l-aerodynamique/9,11840.html |titre=Technique : Principes de l'aérodynamique |éditeur=Motorlegend.com|date=5 août 2005|consulté le=23 juin 2010|page=2}}.</ref>.

=== Marche sur l'erre ===
La marche sur l'erre  est une méthode de mesure de la traînée se pratique sur route avec un véhicule à l'échelle 1. Elle consiste à mesurer le rythme de ralentissement du véhicule en roue libre à partir d'une certaine vitesse et en palier. Pour obtenir la contribution de la traînée aérodynamique du véhicule, on retranche à l'effort total ralentissant le véhicule la traînée de roulement (que l'on mesure avec un peson à une vitesse faible où l'aérodynamique ne produit pas de traînée)<ref name="BarreauBoutinp25" />. C'est par cette méthode que sont mesurées les caractéristiques de traînée aérodynamique des trains (surtout les trains à grande vitesse pour lesquels l'aérodynamique est essentielle). Parmi les automobiles, des essais de marche sur l'erre attribuèrent à la [[Schlörwagen]] un <math>C_x</math> frontal de 0,189 (des essais en soufflerie d'un modèle à l'{{nobr|échelle 1}} aboutissant à un Cx frontal de 0,186){{Refnec|date=mai 2023}}.

Cette méthode de la marche sur l'erre nécessite peu de moyens matériels (simplement une longueur de route fermée horizontale){{Refnec|date=mai 2023}}.

=== Mécanique des Fluides Numérique (MFN) ===
La [[mécanique des fluides numérique]] traitée de manière informatique, plus souvent dénommée CFD (pour ''{{citation étrangère|lang=en|Computational Fluid Dynamics}}''), est une méthode de résolution numérique utilisée entre autres en aérodynamique automobile. Relativement récente puisque née dans les années 1970, cette méthode a pris de l'ampleur au fil des ans grâce aux progrès réalisés en [[informatique]] et permet aujourd'hui de résoudre des problèmes à géométrie complexe<ref name="utbm" />.

La CFD fonctionne donc grâce au [[Analyse numérique|calcul numérique]] ; le logiciel crée pour cela un modèle informatique de l'objet étudié, le divise en éléments finis — processus appelé « maillage » — et applique ensuite les lois mathématiques de la [[dynamique des fluides]] à chaque cellule<ref name="renault" />. Plus le maillage est fin (petits éléments), plus les résultats seront précis mais plus l'ordinateur aura besoin de ressources pour effectuer les calculs<ref group=alpha>À titre d'exemple, l'ordinateur utilisé par [[Renault F1 Team]] en 2010 est capable de réaliser plus de {{unité|38|millions}} d'opérations à la seconde.</ref>. Le résultat est « une représentation très précise des gains ou pertes au niveau aérodynamique »<ref name="renault" />.

Le calcul numérique a notamment trouvé sa place en [[Formule 1]], où il permet de considérablement réduire les heures passées en soufflerie ou encore d'analyser l'aérodynamique des monoplaces en virage<ref>{{Lien web|auteur=Marc Limacher|url=http://www.tomorrownewsf1.com/f1-2010-soufflerie-vs-cfd-10197|titre=F1 - 2010 : soufflerie vs CFD|éditeur=TomorrowNewsf1|date=28 décembre 2009|consulté le=17 juin 2010}}.</ref> ; les écuries y passent environ {{nombre|12000|heures}} pour un modèle<ref name="utbm" />, ce qui constitue une source importante de dépenses. Aujourd'hui, bien que certains tentent de se dispenser d'essais en soufflerie à l'instar dans les années 2010 de l'écurie de [[Formule 1]] [[Virgin Racing]], la CFD ne peut complètement s'affranchir de résultats expérimentaux<ref name="utbm" />{{,}}<ref name="renault">{{Lien web|url=http://mon.renaultf1.com/profiles/blogs/soufflerie-assistee-par|titre=Soufflerie assistée par ordinateur!|éditeur=[[Renault F1 Team]]|en ligne le=26 avril 2010|consulté le=17 juin 2010}}.</ref>.

== Aérodynamique des autocars ==
{{Section à sourcer|date=mai 2023}}
Tous les commentaires ci-dessous supposent un écoulement d’air purement axial autour des autocars (sans angle de lacet), ainsi que sur des dispositifs passifs de contrôle de l'écoulement{{Référence nécessaire|date=mai 2023}}.

[[File:Poche d'eau morte, cylindre à tête plate.png|thumb|Poche d’eau morte sur l’avant d’un cylindre à tête plate.]]

Les [[autocars]], qui servent au transport de personnes sur la route, tiennent des bus urbains en ceci que, comme eux, ils ont une forme de boîte (plus exactement de parallélépipède rectangle) forme imposée par l'embarquement du maximum de passagers<ref group="alpha">Le fuselage des avions, pour la même raison, est un cylindre de grande longueur, les volumes non nécessaire à la présence des passagers étant occupés par les placards à bagages à main (ou bagages cabine) et, sous le plancher, par des soutes. La forme cylindrique des fuselages d'avion est nécessaire pour la tenue à la pressurisation en altitude. Certains avions qui ne montent pas en altitude (et qui ne sont donc pas pressurisés) ont un fuselage de section rectangulaire.</ref>. Cependant cette forme de boîte induit, au franchissement des arêtes de la face avant (lorsqu'elles sont vives), un [[Séparation de couche limite#Séparation inertielle sur des arêtes vives|décollement inertiel de l'écoulement]] qui forme des tourbillons (ou ''poches d'eau morte''), lesquels augmentent sensiblement la traînée aérodynamique<ref group="alpha">Il est facile de comprendre ce décollement inertiel : L'air qui contourne une arête vive de la face avant a trop de vitesse pour pouvoir prendre son virage vers la face latérale de l'autocar : cet air rate donc son virage et tend à continuer ''tout droit'' dans le prolongement de la face avant.</ref>. On peut voir ce décollement inertiel sur les cylindres ou barreaux carrés exposés axialement à l'écoulement (image ci-contre)<ref name="Higuchi" /> et l'intégrer intuitivement comme augmentant notablement la surface frontale du corps et donc sa traînée.

Si cette augmentation de traînée reste acceptable pour les bus de ville dont la vitesse est faible, il n'en est pas de même pour les autocars pour lesquels le poste aérodynamique devient important en ce qui concerne la consommation (du fait de leur vitesse supérieure)<ref group="alpha">Hucho signale que lors de trajets routiers sur le plat, la consommation de carburant causée par la traînée aérodynamique atteint presque 60  à 100 km/h, la traînée de roulement s'élevant à plus de 40 %. À {{unité|80 km/h}}, ces deux traînées sont de 45 et 55 % respectivement.</ref>{{,}}{{sfn|Hucho|1987|id=Hucho1987|p=<!-- Quelle page ? -->}}{{refinc|date=mai 2023}}

[[File:Cx ogives de fusées.png|thumb|left|Cx des ogives de fusées.]]
[[File:Ca de corps de révolution selon leur tête, Polhamus.png|thumb|C<sub>x</sub> (ou C<sub>a</sub> à 0°) des ogives.]]

En ce qui concerne la traînée axiale des barreaux cylindriques (et spécialement le C<sub>x</sub> de la tête plate à arête plus ou moins arrondie) voir les images ci-contre à gauche et à droite.

{{clr}}

=== Formes de l’avant ===
[[File:Cx des cars routiers selon formes avant.png|thumb|Cx des cars routiers selon formes avant, d'après Hucho citant Gilhaus.]]

Un des postes importants de la traînée des autocars peut donc être la traînée de leur face avant. Une face avant à angle vif donne à l'autocar un C<sub>x</sub> frontal de 0,88 (voir image ci-contre), du fait de l’existence de ''poches d’eau morte'' immédiatement en aval de celle-ci ; il est constaté sur un cylindre ou un barreau de section carrée exposé axialement, comme dit plus haut<ref name="Higuchi">{{en}} H. Higuchi, P. van Langen, H. Sawada, C.E. Tinney ''Axial ﬂow over a blunt circular cylinder with and without shear layer reattachment'' <!-- année ? éditeur ? page concernée ? --> ([https://faculty.engr.utexas.edu/sites/default/files/tinney/files/j2006jfs-higuchitinney.pdf lire en ligne] {{pdf}}).</ref>{{refinc|date=mai 2023}}. Par contre, si l’on arrondit les deux angles latéraux et l’angle du toit de la face avant de l’autocar, on voit son C<sub>x</sub> descendre à 0,36. Ces arrondis préviennent donc tout décollement inertiel au passage de ces arêtes de la face avant{{Refnec|date=mai 2023}}.

Cependant, l’inclinaison de la face avant (avec arrondi du dernier angle) ne baisse pas significativement ce C<sub>x</sub><ref>{{harvsp|Hucho|1990|id=Hucho1990|p=326}} : {{Citation|Il est évident qu'un rayon d'environ 150 mm est suffisant pour réduire la traînée du bus à tel point qu'une amélioration appréciable supplémentaire ne peut être obtenue même avec des formes frontales dites profilées, qui ont été étudiées par Gilhaus.}}</ref>{{,}}<ref group="alpha">Hucho note que des résultats presque identiques ont été obtenus sur des modèles par Carr (G.W. Carr, ''{{lang|en|The Aerodynamics of  Basic Shapes for  Road Vehicles}}'', partie I ''{{lang|en|Simple Rectangular Bodies}}'', MIRA, rapport {{n°|1982/2}}.</ref>{{,}}<ref group="alpha">Cependant, Fox et McDonald écrivent : {{Citation|Les études sur les autocars routiers ont montré qu'une réduction de traînée allant jusqu'à 25% est possible par un carénage correct de la partie avant des autocars. Il est donc possible de réduire le Cx d'un autocar de 0,65 à 0,5 par un dessin correct de l'avant.}} {{en}} Fox et McDonald, ''{{lang|en|Introduction to fluid mechanics}}'', {{8e|éd.}}, P. J. Pritchard, John Wiley & Sons, Inc.</ref>.

=== Formes de l’arrière ===
[[File:Cx d'un autocar d'après formes de l'arrière, Hucho.png|thumb|Cx d'un autocar d'après les formes de son arrière, d'après Hucho.]]
L’arrière des autocars (leur ‘‘culot’’) est le lieu d’une dépression (laquelle s’applique sur une très grande surface){{Note|groupe=alpha|Fletcher et Stewart estiment le C<sub>x</sub> de la face arrière à environ 0,1, ce qui correspond à une coefficient de pression moyen de -0,1<ref>{{en}} Fletcher  et Stewart, ''Bus drag reduction by the trapped vortex concept for a single bus and two buses in tandem'' ([https://p303.zlibcdn.com/dtoken/ee76083ce7d8a60869d723e4caf0b767 lire en ligne]).</ref> mais Mason and Beebe estiment le C<sub>x</sub> de la face arrière à 0,20.}}{{,}}<ref name="Sovran">{{en}} Sovran, Morel and Mason, ''Aerodynamic drag mechanisms of bluff bodies and road vehicles'', general Motors Research Laboratories, 1978, p. 76 ([https://vdoc.pub/download/aerodynamic-drag-mechanisms-of-bluff-bodies-and-road-vehicles-4d1vul6uppe0 lire en ligne]).</ref>. Lorsque l’avant est correctement caréné (par des arrondis), cette traînée de culot est donc un poste conséquent dans la traînée totale (C<sub>x</sub> total évalué à 0,36 dans l’image ci-dessus).

Le graphique ci-contre montre qu'un allongement de l'arrière ainsi qu'une diminution progressive de sa largeur et de sa hauteur ne résulterait qu'en un gain assez faible en C<sub>x</sub>, surtout si l'on songe à l'augmentation du poids et de l'encombrement de l'autocar qui en résulterait. Commentant les travaux de Carr (1967), Mason et Beebe écrivent ainsi : {{Citation|ces travaux basiques indiquent qu'il y a peu d'avantages à espérer d'un profilage supplémentaire des autocars dès lors que sont adoptés les arrondis des arêtes avant qui préviennent la séparation de l'écoulement lors de leur franchissement}}<ref name="Sovran" />.

[[File:Cavité de culot sur remorque.png|thumb|left|Cavité de culot sur une remorque. Cette cavité organise le tourbillon qui occupe le hayon arrière]]
Cependant, l'installation d'une cavité déployable de quelque {{unité|30|centimètres}} de profondeur au culot d'un bus à l'aérodynamique vertueuse pourrait encore réduire son C<sub>x</sub> de 8 % (réduction de C<sub>x</sub> de culot de 0,03, la dépression de culot passant de -0,20 à -0,16)<ref name=Sovran/>. Pour une utilisation pratique à l'arrière d'un semi-remorque, voir image ci-contre.
[[:Fichier:TrailerTail at the rear of a semi-trailer.jpg|TrailerTail at the rear of a semi-trailer.]]

En ce qui concerne l'avenir, Hucho écrit également{{sfn|Hucho|1990|id=Hucho1990|p=332}} : {{Citation|Peut-être les approches des années 30 avec des arrières élastiques -peut-être extensibles et gonflables<ref group="alpha">On pense à des queues ''gonflables'' réalisées selon la technologie actuelle des parapentes.</ref> uniquement à hautes vitesses et s'escamotant à basses vitesses (pour le trafic en ville) - devraient-elles être reconsidérées}}.

=== C<sub>x</sub> atteignable par les autocars ===
[[File:Cx frontal d'une camionnette, Dryden.png|thumb|Réduction du C<sub>x</sub> d'une camionnette.]]
L'image ci-contre montre un exemple de forte réduction du C<sub>x</sub> d'une camionnette par optimisation de ses formes. Il faut noter que l'ajout d'un arrière en volume (visible en deux longueurs sur l'image) ne pourrait convenir à un autocar ou un semi-remorque pour des raisons d'encombrement, sauf à ce que cet arrière soit escamotable<ref>{{harvsp|Hucho|1990|id=Hucho1990|p=<!-- Quelle page ? -->}} : {{Citation|Le potentiel restant de 14 à 35 % de réduction de la traînée avec une extrémité arrière profilée en pointe ne peut être exploité sans réduire radicalement la capacité de transport ou dépasser les restrictions de longueur réglementaires. Peut-être les approches des années 1930, avec des arrières élastiques {{incise|peut-être extensibles et gonflable uniquement à hautes vitesses et s'escamotant à basses vitesses (pour le trafic en ville)}} devraient-elles être reconsidérées.}}</ref>.

Mason and Beebe estiment, {{p.|80}} de leur contribution<ref name=Sovran/>, que le C<sub>x</sub> 0,4 atteignable actuellement par les autocars se décomposerait en 0,12 (face avant), 0,10 (dessous de caisse), 0,03 (friction des faces latérales et du toit) et 0,15 (traînée de culot)<ref group="alpha">Tous ces C<sub>x</sub> étant exprimés en référence à la surface frontale de l'autocar.</ref>. Ils ajoutent néanmoins qu'une nouvelle génération d'autocar pourrait atteindre un C<sub>x</sub> de 0,35 (par lissage du dessus de caisse et travail de la face arrière de l'autocar).

{{clr}}
== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références|taille=30|groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références nombreuses|taille=40}}

== Annexes ==
=== Bibliographie ===
{{Légende plume}}
* {{Ouvrage |prénom1=Cédric |nom1=Leclerc |titre=Réduction de la traînée d'un véhicule automobile simplifiée à l'aide du contrôle actif par jet synthétique |éditeur=[[Institut de mécanique des fluides de Toulouse]] |nature ouvrage=thèse de doctorat en dynamique des fluides |année=2008 |pages totales=330 |isbn= |lire en ligne=http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000657/01/leclerc.pdf |format=pdf |consulté le=23 juin 2010 |plume=oui}}
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Jean-Pierre Brossard |titre=Dynamique du véhicule |sous-titre=Modélisation des systèmes complexes |éditeur=PPUR Presses Polytechniques |année=2006 |pages totales=714 |isbn=978-2-88074-644-5 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=LTx4IgXItXkC&printsec=frontcover |id=DV}}.
* {{Ouvrage |auteur1=Serge Bellu |titre=Histoire mondiale de l'automobil |éditeur=[[Groupe Flammarion|Flammarion]] |année=1998 |pages totales=333 |isbn=978-2-08-013901-6 |id=SBH |plume=oui}}
* {{Ouvrage |auteur1=Julien Trombini |titre=Comprendre la Formule 1 |éditeur=[[Éditions techniques pour l'automobile et l'industrie|Éditions ETAI]] |année=2006 |pages totales=207 |isbn=978-2-7268-9463-7 |id=CLF}}.
* {{Ouvrage |langue=fr |prénom1=S. F. |nom1=Hoerner |titre=Résistance à l'avancement dans les fluides |lieu=Paris |éditeur=[[Gauthier-Villars]] |année=1965 |asin=B07B4HR4HP |oclc=727875556}}.
* {{Ouvrage |langue=en |prénom1=S. F. |nom1=Hoerner |titre=Fluid-dynamic drag : theoretical, experimental and statistical information |éditeur= |année=1992 |isbn= |oclc=228216619 |plume=oui}}
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Matthieu Barreau |auteur2=Laurent Boutin |titre=Réflexions sur l’énergétique des véhicules routiers |lieu=Paris |éditeur= |date=05/2009 |pages totales=50 |isbn= |lire en ligne=http://inter.action.free.fr/publications/auto-eco/AUTO-ECO.pdf |format=pdf |id=BarreauBoutinEnergétique |plume=oui}}
* {{Ouvrage |langue=en |nom1=Hucho |titre=Aerodynamics of Road Vehicles |sous-titre=From Fluid Mechanics to Vehicle Engineering |éditeur=Wolf-Heinrich Hucho |année=1990 |isbn= |lire en ligne=http://dl.dokumen.tips/download/6200cb69192cd0cb5b7de91a50a7014b72a387f70a7f1d091dbf14e35e51a8cd61498d9d6ac284d732516b6b3e87b83494b25e802ad57a690cc059b377bb3181b77RYcDGhTrd8xCYrdqpOd%2FOvEuL+G8mgRzIWX4PUa1YKJTo%2FXm75UEtdbPwXtHZAetk%2F4XxJhgJjG3dJm%2Fp8Zd%2FoO3DbbuEHQ%2Foe9Ht9+Y4NTG251h5kmg%2FrMXabxty |id=Hucho1990 |plume=oui}}
* {{Ouvrage |langue=en |prénom1=Wolf-Heinrich |nom1=Hucho |directeur1=oui |titre=Aerodynamics of Road Vehicles |sous-titre=From Fluid Mechanics to Vehicle Engineering |passage=326 |éditeur=Elsevier |année=1987 |date=2013-10-22 |isbn=978-1-4831-0207-8 |doi=10.1016/C2013-0-01227-3 |lire en ligne=https://books.google.de/books?id=psP8BAAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=fr#v=onepage&q&f=false |format électronique=pdf |consulté le=2023-05-31 |id=Hucho1987 |plume=oui}}

=== Liens externes ===
* {{en}} « ''A Reassessment of Heavy-Duty Truck Aerodynamic Design Features and Priorities'' », Saltzman and Meyer, 1999, NASA Dryden Flight Research Center, Edwards, California, ([http://hdl.handle.net/2060/19990047711 lire en ligne]). {{Commentaire biblio|Une utilisation de la marche sur l'erre.}}

=== Articles connexes ===
{{autres projets
|commons=Category:Aerodynamics in road vehicle
}}
{{colonnes|taille=20|
* [[Carrosserie]]
* [[Dynamique du véhicule]]
* [[Mécanique des fluides numérique]]
* [[Aéroacoustique]]
* [[Efficacité énergétique dans les transports]]
* [[Diagramme de Gabrielli – von Kármán]]
* [[Contrôle des écoulements]]
}}

{{Palette|Automobile}}
{{Portail|génie mécanique|automobile|sport automobile|sport motocycliste|technologies|motocyclette|camion}}
{{Bon article|vote=BA|oldid=55441072|date=25 juillet 2010}}

{{DEFAULTSORT:Aerodynamique automobile}}
[[Catégorie:Aérodynamique]]
[[Catégorie:Dynamique du véhicule]]
[[Catégorie:Énergie dans les transports]]
[[Catégorie:Vocabulaire du sport automobile]]