15 Nm, 8 Nm en pic, 20 Nm constants, ça fait maintenant quelques années que les constructeurs montrent les muscles avec ces valeurs en newtons-mètres. Sauf que voilà, cette unité, on ne la croise pas facilement au quotidien. Ça ne nous parle pas. Alors on s’est dit qu’une explication ne serait pas de trop pour bien comprendre ce qui fait la force de nos volants.
Une explication en vidéo et en texte
Comme souvent sur Superchicane, vous trouverez une version vidéo et une version texte liées dans le même article. Et cette fois-ci, nous vous invitons (fortement) à profiter des deux pour bien comprendre le sujet de cet article.
Les Newtons-mètres : pas qu’une histoire de puissance
Les newtons-mètres, c’est l’unité qui permet de définir le couple d’un moteur. Et nous aurions eu tendance à croire que ce couple, c’est la puissance du moteur. Sauf que non. Si les deux sont bien liés par les lois de la physique, il y a une différence. Là où la puissance définit systématiquement un débit d’énergie, le couple correspond plutôt à un jeu de forces. Et si la première se mesure en Watts (du moins dans le cas d’un moteur électrique), le second s’exprime en Newtons-mètres.
Et c’est bien cette unité qui est utilisée par les constructeurs pour mettre en avant les capacités de leurs moteurs. On aurait même tendance à lire, au sein de la communauté simracing, qu’avoir plus de Newton-mètres sous le capot, c’est un avantage. Alors pourquoi pas… mais ce serait bien que l’on comprenne pourquoi.
Le couple moteur dans le simracing
Un moteur qui tourne ou qui tente de se mettre en mouvement, génère une multitude de forces. Multitude que l’on peut résumer à deux forces, diamétralement opposées l’une à l’autre et perpendiculaires à l’axe (voir le schéma ci-dessus). On a le moteur qui, à droite exerce une force vers le haut, et à gauche exerce une force vers le bas. Ou l’inverse, évidemment. Et ce sont ces deux forces que l’on appelle le couple du moteur.
Ces deux forces, si on les additionne simplement, elles s’annulent : même direction verticale, même valeur, mais sens opposés (haut et bas). Sauf que, le fait qu’elles soient de part et d’autre de l’axe du moteur, ça crée un moment de force qui n’est pas nul. Et donc ces forces vont entraîner la rotation de l’axe. Elles travaillent en fait dans le même sens de rotation autour de cet axe.
Le Torque et les Newtons-mètres
En anglais, couple moteur et moment, c’est le même mot : torque. Et bien c’est lui que l’on exprime en N.m (newtons-mètres). C’est bien ce « Torque » que les constructeurs de volants ou de bases de volants utilisent comme argument marketing. « C’est la force perpendiculaire à un bras de levier tournant autour de l’axe d’un moteur.«
Au volant, on retrouve assez facilement le principe de cette description. L’axe du moteur est bien celui de notre base. Le bras de levier c’est simplement le rayon de notre volant. Et la force, c’est la résistance de notre volant au niveau de l’arceau quand on joue. Et c’est ainsi que l’on définit le couple moteur de notre retour de force. Avec l’axe en mètre, la force en Newton, et le couple qui en résulte en newton-mètre (Nm).
Principe que l’on peut calculer avec une formule simple : C = F x d. Le couple moteur C, c’est la force F en Newton multipliée par la distance d entre la force et le centre de l’axe en mètre. Et comme on multiplie des Newtons par des mètres, il est logique que l’on obtienne un couple en Newton-mètre.
Un retour de force qui dépend de la taille du volant
À partir de là, on déduit facilement qu’en faisant varier la longueur d du bras de levier, on agit directement sur la force. Du moins si on considère que le couple est stable. Ce qui explique quelque chose que les simracers peuvent expérimenter facilement. En changeant la taille du volant, on obtient un retour de force différent.
Et en effet, une base de 8 Nm comme le GT DD Pro, avec un volant de 27 centimètres comme les modèles F1 de Fanatec, peut se révéler trop forte si elle est mise à 100%. Au contraire, la même base avec un volant de 32 à 35 centimètres, même à 100%, montre vite ses limites. Son retour de force est trop faible. Le couple de cette base ne suffit pas. Le bras de levier qu’est le volant a donc une influence totale sur le ressenti du joueur et avoir une base avec plus de couple permet surtout de s’adapter à de plus grands volants.
Direct Drive et engrenages
Si on considère souvent que les bases direct drive on un avantage en termes de sensations sur les modèles à engrenage, il reste un intérêt à ces derniers. Celui de permettre de faire varier artificiellement la longueur du bras de levier. Sans rentrer dans les détails, un jeu d’engrenages permet d’augmenter artificiellement la force rendue par un volant. C’est ce que propose par exemple le G29 qui, malgré un moteur avec peu de couple, donne un retour de force puissant.
Sauf que ce principe, que l’on retrouve avec la boite de vitesses d’une voiture, a un défaut majeur. Il met une contrainte élevée sur les engrenages et sur l’axe du moteur. Et si ceux-ci ne peuvent pas encaisser la résistance des bras du joueurs, ils sautent. Ce que l’on constate justement en jeu avec le G29 et ses cousins.
Comment traduire concrètement les Newtons-mètres ?
Puisque l’on a vu que C = F x d, on peut en déduire que la force F au bout des bras est égale au couple C divisé par la distance d, soit F = C / d. On prend donc le couple théorique de son moteur en Newton-mètre, on le divise par le rayon en mètre (il faut impérativement convertir les centimètres en mètres) et on obtient la force ressentie au niveau du volant en Newton.
Avec un exemple. Si on prend le DD1 de Fanatec (20 Nm théoriques) et un volant de 32 centimètres de diamètre (soit 0,16 mètres de rayon) : 20 / 0,16 = 125 Newtons. Pour résister au moteur avec ce volant, il faudra donc appliquer une force maximale de 125 Newton en sens contraire de la rotation du volant.
Encore plus simple avec des kilogrammes
Nous sommes d’accord que les Newtons ne se croisent pas tous les jours. Et bien, offrons nous une petite approximation pour convertir cette unité de force en une autre unité plus connue : les kilogrammes. Sur Terre, notre ressenti d’un kilogramme correspond à une force de 10 Newtons environ (c’est plus proche de 9,8 N, mais on fera avec). Donc 1 N correspond à 0,1 kg, soit 100 grammes.
Avec l’exemple ci dessus, on avait obtenu 125 Newtons. il suffit donc de diviser cette valeur par 10 pour obtenir une approximation en kilogrammes :
- 125 / 10 = 12,5 kg
On a donc un ressenti de 12,5 kg si on cherche à s’opposer à ce moteur, avec ce volant. Et comme on a deux mains, il faut se partager ce « poids » (cette masse, en réalité) en deux. Soit 12,5 / 2 = 6,250 kg par main. Un moteur de 20 Newton avec un volant de 32 cm donne donc le ressenti d’avoir une résistance de 6,250 kg par main, tout simplement. Il s’agit bien d’une approximation, mais elle donne un ordre d’idée et c’est bien ce que nous recherchons ici.
Et cette approximation peut s’obtenir encore plus rapidement :
- prenez la valeur du couple de votre moteur en Nm
- divisez cette valeur par le diamètre du volant en mètre (et non par le rayon)
- vous obtenez alors la force ressentie par chaque main en Newton
- divisez cette valeur par 10 pour avoir une approximation en kilogrammes du ressenti de chaque main.
Conclusion sur les Newtons-mètres
Ce que nous avons fait ici, c’est un petit jeu de conversion approximatif. Il n’est évidemment pas question d’avoir la précision d’un ingénieur mais plus de se rendre compte de l’ordre de grandeur de la force ressentie avec son volant, en fonction de sa base et de son volant.
S’il faut retenir une chose, c’est qu’il suffit d’appliquer la formule C / d (diamètre et non rayon) = F. Puis F / 10. On obtient ainsi une idée de la force ressentie dans une unité avec laquelle on trouvera facilement une correspondance. Si vous respectez bien chaque étape, ces deux petites opérations devraient vous permettre de mieux comprendre ce qui fait le couple de votre moteur et les Newtons-mètres annoncés par les constructeurs.
Note : Nous aurions pu aborder la question du travail d’une force, qui amène aussi à trouver la puissance du moteur. Mais pour des raisons de simplification, nous avons fait l’impasse sur cette notion qui reste majeure. Ce sera peut être le sujet d’un prochain article.
Explication au top, un grand merci.
Petite question, quand on parle de volant avec 5, 10, 8nm, il délivre ces nm quand tous les paramètres du jeux sont a fond? Quand ceux du volant sont a fond? Par exemple sur gt7, il faut mettre tous les curseurs de sensibilité et de retour de force tout a droite pour avoir les nm max? Ou c’est vraiment dans les paramètres du volant lui même?
Merci
Et bonne continuation sur votre chaîne que j’ai découvert y a pas si longtemps mais qui est top.