Il aurait dû être LE moteur des années 80… Le moteur Wankel !

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Il aurait dû être LE moteur des années 80… Le moteur Wankel !
29 mars 2020

Le postulat qui servit de base aux recherches sur les moteurs automobiles à piston rotatif est simple : les moteurs à combustion interne classiques sont encombrants, lourds, et leur rendement fait face à une marge de progression importante. C’est sur le constat de ces défauts que Félix Wankel oriente ses recherches pour adapter à l’automobile le principe du piston rotatif qui date, sous d’autres formes, de pompes à eau de la fin du XVIème siècle.

                Dès 1924, Wankel, ingénieur allemand se penche sur le moteur à piston rotatif, souvent appelé moteur rotatif qui prendra son nom. Ce n’est qu’en 1951 que son projet rencontre l’intérêt de la marque allemande NSU (qui a depuis été absorbée par Audi, en 1969). Un partenariat est alors signé entre la marque et l’ingénieur pour l’application de ce nouveau type de moteurs dans l’automobile. Dans un premier temps, ce seront les motos qui en profiteront, et ce fut plutôt une réussite, les motos étant légères et ce moteur ayant pour avantage un bruit et des vibrations bien plus mesurés. La première automobile équipée du moteur Wankel fut un prototype de 1957 nommé DKM 54, dont la cylindrée de 125cm3 développait 29 chevaux. Il fallait en comparaison 4 cylindres et 1192cm3 à la Coccinelle pour développer 30 chevaux à la même époque. La DKM 54 ne sera toutefois pas commercialisée, et il faudra attendre 1963 et la NSU Prinz pour que le moteur rotatif arrive sur les routes, à grand peine et à seulement 2375 exemplaires.

Pour y voir plus clair, essayons de comprendre le fonctionnement de ce moteur à part, et ce qui a suscité à ce point l’intérêt de Wankel, de NSU (qui ne sont pas les seuls, nous y reviendrons), mais visiblement beaucoup moins l’intérêt du public.

Moteur à piston rotatif Wankel

Le moteur rotatif reste un moteur thermique, le principe de fonctionnement est donc similaire. Il faut de l’essence, de l’air, une combustion, puis évacuer les gaz produits par la combustion du mélange. Dans un moteur classique tout se passe dans une seule chambre qui s’ouvre et qui se ferme, laissant entrer le mélange, qui ensuite explose, puis l’échappement se fait. Et c’est là qu’est le problème de rendement qui intéresse Wankel : l’explosion ne se fait que tous les deux tours. Le vilebrequin est en fait mu toujours par la moitié cylindres, en alternance. Le but est alors de développer un moteur qui a un meilleur rendement, et qui « explose à chaque tour ». Et c’est bien le cas du moteur Wankel. A la différence du moteur à cylindres, celui-ci est composé d’un stator (la coque, statique), et d’un rotor (le piston central, triangulaire, en mouvement rotatif). Cette configuration définit trois chambres : la chambre d’admission où entre le mélange air/essence (en bleu), la chambre de combustion où le mélange explose, ou brûle plus exactement (en rouge), et une troisième chambre d’où les gaz brûlés sont évacués. Il n’a a donc plus de mouvement du piston dans le vide, et ce mouvement circulaire a l’avantage sur le moteur à quatre temps de limiter les frottements et pertes d’énergie générés par un mouvement alternatif qu’il faut transformer par un vilebrequin à paliers et des bielles en mouvement continu rotatif. La diminution du frottement réduit également l’échauffement et permet une rotation plus rapide. En plus de cela, le vilebrequin est excentré, ce qui lui permet d’effectuer trois fois plus de tours par minute que le piston, et donc de participer grandement à l’amélioration du rendement des moteurs à piston rotatif.

Les avantages sont donc nombreux (en théorie…) pour le moteur rotatif : un meilleur rendement, moins de frottements, un fonctionnement plus simple, moins de pièces, moins de poids, moins d’encombrement. Pour ces raisons, même si NSU s’est intéressée au projet de Wankel avant les autres, ce n’est pas la seule marque à avoir travaillé sur le développement. Dès 1961, Toyo Kogyo (devenu Mazda) rachète le brevet à NSU et travaille en coopération puis de son côté sur le moteur.

Citroën aussi s’investit dans le projet, et crée avec NSU la Comotor, entreprise qui permet aux deux marques d’avancer ensemble sur les développements du moteur à partir de 1967. En sort dès 1967 le moteur Wankel Birotor, celui qui sera le plus connu en France pour son application sur les Citroën M35 (1969) et GS Birotor (1973). Mais la première à en profiter fut la NSU RO80, vendue à plus de 37.000 exemplaires entre 1967 et 1977. L’ambition était grande : RO pour rotatif, 80 pour présager de l’avenir glorieux imaginé pour le rotatif dans les années 1980 ! La réalité fut un peu différente…

Les RO80, M35 et GS Birotor ne vécurent pas vraiment heureuses, et n’eurent pas de descendance. La RO80, après un départ fulgurant, a vu ses ventes s’effondrer lorsque le public a eu connaissance de la consommation et de la fiabilité du moteur. De notre côté du Rhin, l’écho s’est répandu, et bien que le moteur Wankel a été introduit sur la M35 qui était pour cette raison une voiture « test », destinée à quelques clients fidèles et gros rouleurs en échange d’une solide garantie par Citroën. Ce fut plutôt un échec et les coûts d’entretien énormes à supporter pour Citroën ont eu raison de la M35. La production planifiée à 500 exemplaire fut réduite à 267, pour essayer de limiter les coûts. En 1973, le moteur Wankel arrive en série en France avec la GS Birotor, qui sera produite à seulement 846 exemplaires. Pire encore, une majorité d’entre elles a subi des pannes moteur lourdes pendant la durée de la garantie, ce qui a à nouveau coûté très cher à Citroën, à tel point qu’il a été proposé à tous les propriétaires de GS Birotor, dès 1974, de procéder à un échange de leur voiture (qui était la version la plus haut de gamme des GS) contre une CX neuve. Face à cette proposition, seule une cinquantaine de propriétaires ont conservé leur Birotor.

Quelques anecdotiques Mercedes, Rolls-Royce et General Motors ont été mises à l’étude avec un moteur rotatif, voire timidement lancés à moins de 10 exemplaires, mais les expériences ne sont pas allées plus loin.

Pourtant, nous l’avons vu, les avantages du moteur Rotor-Stator sont nombreux. Et si ses inconvénients sont moins nombreux, ils n’en sont pas moins lourds. Le principal problème est la fiabilité : l’étanchéité du moteur se fait par des lames disposées sur chaque angle du piston. Or ces lames s’usent très vite, toujours avant 100.000km. C’est aussi le cas des courroies de distribution, et un moteur demande de l’entretien, rien de nouveau jusque-là ; à l’exception du fait que le changement des lames nécessite une dépose et une opération à cœur ouvert du moteur. C’est long, coûteux, et ne survient pas à intervalles réguliers, donc le risque de casse moteur est élevé.

Le moteur Wankel demande aussi une lubrification de l’intérieur, et par conséquent il consomme de l’huile (le mélange air/essence contient environ 1% d’huile initialement). Le système de lubrification fait entrer l’huile par des orifices dans le vilebrequin, et la consommation d’huile s’accélère par ce biais à mesure que le moteur s’use. Le moteur Wankel ne nécessite pas de vidange, car il est fait pour consommer de l’huile et donc l’appoint régulier suffit. Mais il faut compter environ 13 litres d’huile pour 10.000km, alors qu’en faisant une vidange tous les 10.000km, un moteur thermique en demande entre 4 et 5 litres… Le moteur ne consomme pas que de l’huile, mais aussi du carburant : environ 13 litres au 100 sur la GS Birotor. Ce qui induit, en plus du coût du carburant (on pense notamment à l’arrivée de la crise pétrolière qui achèvera le moteur rotatif en Europe).

Quand on fait la somme de tout cela, le projet était en effet prometteur, mais personne n’y a trouvé son compte : les particuliers ont eu des voitures peu fiables, qui se sont révélées être des gouffres financiers tant en carburant et huiles qu’en entretien. Citroën et NSU quant à elles ont investi des fortunes dans le développement, dans l’usine Comotor, dans le lancement et l’entretien des voitures qui en étaient équipées, sans jamais en voir les retours positifs. NSU disparaîtra dans le groupement Audi après une faillite totale, sa dernière voiture aura été la RO80, et le rotatif aura grandement concouru à la faillite de Citroën et à son rachat par Peugeot.

Seule Mazda a trouvé un public pour le moteur Wankel dans l'automobile et a poursuivi son application jusqu'à 2012 avec la RX-8 après avoir équipé en rotatif presque toute sa gamme de berlines dans les années 1970. Mazda lui a même depuis imaginé un futur dans l'hybridation pour ses avantages de poids et d'encombrement, mais sans application actuelle. Citroën s'est accrochée au rêve jusqu'au début des années 1980, en suivant la piste, là aussi prometteuse, du turbo accolé au moteur Wankel, mais les recherches ont été abrégées faute de moyen et de crédibilité face à l'échec des précédents moteurs Wankel.