Qu’est-ce que le « turbo lag » ou retard de réponse du turbo ?

Sauf dans de rares exceptions (petits moteurs de faible cylindrée et de faible puissance), le turbocompresseur est aujourd’hui pratiquement un standard pour augmenter les performances des moteurs à combustion, aussi bien essence que diesel.

Et si vous avez déjà conduit un moteur turbo, vous avez sans doute remarqué, dans certaines situations, un léger décalage entre le moment où vous appuyez sur l’accélérateur pour demander davantage de puissance et celui où celle-ci est effectivement disponible. Cet effet est connu sous le nom de « turbo lag » ou retard de réponse du turbo.

Pour mieux comprendre en quoi consiste le « turbo lag », il convient de connaître au moins les principes de base du système de suralimentation d’un moteur par turbocompresseur.

Voici comment fonctionne un turbocompresseur

Le turbocompresseur est l’un des différents mécanismes permettant de suralimenter un moteur, c’est-à-dire de forcer l’entrée d’air dans la chambre d’admission. Il se compose d’un compresseur et d’une turbine (c’est d’ailleurs de l’association de ces deux mots que vient son nom), reliés par un axe et tournant à l’intérieur d’un carter.

Les gaz d’échappement produits par le moteur lui-même pendant son fonctionnement entraînent la turbine, qui à son tour fait tourner le compresseur. Ce dernier est chargé de comprimer l’air d’admission jusqu’à une pression maximale limitée par une soupape de décharge. L’air comprimé est introduit dans la chambre de combustion, ce qui améliore le rendement.

Pourquoi le turbo lag se produit-il ?

Le retard de réponse caractéristique de certains moteurs équipés d’un turbocompresseur se produit lorsque les gaz d’échappement doivent vaincre l’inertie de la turbine lorsque celle-ci est à l’arrêt ou tourne à bas régime. Il faut savoir que, pour que le compresseur tourne à une vitesse suffisante pour comprimer l’air d’admission, la turbine doit elle-même tourner assez vite.

Si le débit des gaz d’échappement est faible, par exemple lors d’une accélération depuis un bas régime, il sera difficile de vaincre cette inertie et de mettre la turbine en mouvement. De même, si un turbocompresseur est très gros afin de générer une pression de suralimentation plus élevée, la turbine sera plus volumineuse et plus difficile à mettre en mouvement.

Autrefois, lorsque les moteurs ne bénéficiaient pas de la sophistication électronique actuelle, les moteurs des voitures de sport utilisaient fréquemment de gros turbocompresseurs pour obtenir des gains de puissance significatifs. Ces turbocompresseurs produisaient une forte compression – et faisaient donc délivrer au moteur beaucoup plus de puissance – lorsqu’ils tournaient à haut régime.

Mais à bas régime – lorsque le débit des gaz d’échappement est faible – ils mettaient du temps à entrer en action, ce qui obligeait le conducteur à anticiper son accélération et faisait apparaître toute la puissance pratiquement d’un seul coup.

Voici comment on combat le turbo lag

Il semble donc logique, pour combattre le turbo lag, d’utiliser de petits turbocompresseurs, dans lesquels la turbine demande le moins d’effort pour être mise en mouvement, ou des matériaux légers pour sa construction.

Le problème est qu’un petit turbocompresseur limite la capacité du système de suralimentation à améliorer les performances. D’autre part, les températures élevées et les régimes de rotation que peut atteindre le turbocompresseur (jusqu’à 300 000 tr/min) imposent l’utilisation de matériaux spéciaux, comme le titane ou la céramique.

Il existe cependant différentes technologies qui ont permis de réduire le retard de réponse des moteurs suralimentés. Les plus courantes sont les suivantes :

• Turbocompresseur à géométrie variable. Les ailettes de la turbine ne sont pas fixes : elles peuvent varier pour modifier l’angle d’incidence des gaz d’échappement, ce qui permet d’accélérer la turbine plus rapidement.
• Turbocompresseur à double entrée Twin-Scroll. Il ne faut pas confondre la technologie Twin-Scroll, ou turbos à double entrée, avec la double suralimentation. Dans un turbo Twin-Scroll, deux entrées distinctes dirigent les gaz d’échappement vers la turbine, ce qui permet de séparer les cylindres qui fournissent la pression de ceux qui pourraient réduire celle-ci en « réaspirant » les gaz d’échappement.
• Double suralimentation. Cette technologie permet d’utiliser un petit turbocompresseur pour obtenir une réponse immédiate à bas régime, et un plus gros pour fournir davantage de pression et de puissance lorsque le moteur tourne à haut régime. Ces systèmes peuvent utiliser deux (voire plus) turbocompresseurs de tailles différentes. On utilise également les avantages d’autres types de suralimentation, comme les compresseurs volumétriques ou les compresseurs électriques, qui assurent une réponse rapide à bas régime lorsqu’ils sont combinés à un turbocompresseur classique.

« Bang-bang » : l’« anti-lag » des anciennes voitures de compétition

Avant tous ces systèmes, les anciennes voitures de compétition, qui utilisaient d’énormes turbocompresseurs pour atteindre de très fortes puissances, obligeaient les pilotes à composer avec d’importants retards de réponse à l’accélérateur. Pour y remédier, les ingénieurs ont mis au point un système anti-lag rapidement surnommé « Bang-bang », en raison de son bruit caractéristique.

Il consistait à retarder l’allumage afin que l’étincelle de la bougie jaillisse un peu plus tard, ce qui retardait légèrement la combustion et permettait ainsi de générer une pression plus élevée dans les gaz d’échappement grâce à l’air d’admission qui pénétrait dans les cylindres. Une solution ingénieuse et techniquement facile à mettre en œuvre, mais impossible à appliquer sur un véhicule de série, en raison de la forte consommation et des problèmes de fiabilité qu’elle aurait engendrés pour le moteur.

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