Cheval-vapeur
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Un tramway à cheval à Stockholm en 1867.

Le cheval-vapeur est une unité de puissance ne faisant pas partie du Système international d'unités, qui exprime une équivalence entre la puissance fournie par un cheval tirant une charge et celle fournie par une machine de propulsion à vapeur. Le cheval était, du fait de son utilisation massive, la référence de puissance des attelages avant l'avènement de la propulsion mécanique. Par exemple, en 1879, les 38 lignes de tramway de Paris requéraient l'entretien de 16 500 chevaux.

L'abréviation est :

  • ch pour le cheval-vapeur français ; il ne faut pas la confondre avec la notation CV, mentionnée plus bas ;
  • hp (horsepower) pour le cheval-vapeur anglais.

Sommaire

Définitions principales

Dans les deux cas, la puissance P est celle fournie par un cheval qui soulève une charge de masse m à la vitesse verticale v. On note g l'accélération de la pesanteur. Cette puissance P s'exprime ainsi :

P = m⋅g⋅v

Dans l'ancien système en France

Le cheval-vapeur n'est pas une unité pratique du système métrique actuel (système SI), mais d'un système d'unités associant le mètre au kilogramme-force (ou kilogramme-poids). Dans ce système l'unité de puissance est le kilogrammètre par seconde, correspondant au travail effectué par une masse de 1 kg tombant de 1 m en 1 seconde dans un champ de pesanteur uniforme. Le cheval-vapeur a été défini comme valant exactement 75 kg.m/s.

Pour obtenir sa valeur dans le système SI en watts, on a admis par convention que l'accélération de la pesanteur g vaut 9,81 m/s². Le poids d'un objet d'une masse de 1 kg vaut donc mg=1x9,81=9,81 newton. Donc 1 ch=75 kg.m/s= 75x9,81= 735,7 watts. Ce chiffre a été arrondi par convention à 736 watts[1].

Dans le système impérial : horsepower

Le horsepower, le cheval-vapeur en système anglo-saxon, dit « impérial », se calcule comme suit :

  • m = 55 livres (une livre = 0,45359237 kg) ;
  • v = 10 pieds par seconde (un pied = 0,3048 m) ;
  • g = 9,80665 m⋅s-2 ;
P = m⋅g⋅v = 745,6998 W = 1 hp.

Puissance SAE et puissance DIN

Deux écoles coexistent pour mesurer la puissance d'un moteur d'une automobile.

En Europe, la norme a été établie par le Deutsches Institut für Normung (Institut allemand de normalisation, fondé en 1917 à Berlin) plus connu sous son sigle DIN. Il s'agit de la norme DIN 70020 (le cheval-vapeur allemand s'appelle Pferdestärke, et son symbole est PS). La puissance est mesurée à la roue, avec le moteur de série équipé de tous ses accessoires, de ses échappements et de sa transmission de série.

Pour les États-Unis, la norme a été établie par la Society of Automotive Engineers (Société des ingénieurs de l'automobile, fondée en 1905 à Troy, dans le Michigan) plus connue sous son sigle SAE. La puissance est mesurée à la sortie du vilebrequin de façon à éviter les pertes de puissance dues à la transmission. À l'origine, la SAE avait établi un protocole de mesure sur banc avec un moteur de série débarrassé de ses accessoires, et parfois même de ses échappements. La puissance était mesurée en brake horsepower (bhp), ou puissance au frein.

La norme était la J245. Mais en 1972, la SAE a revu sa copie en édictant la norme J1349. Désormais, la puissance est mesurée avec le moteur équipé de ses accessoires et de ses échappements de série. Il en résulte donc que les chiffres de puissance annoncés en norme SAE sont largement supérieurs à ceux exprimés en norme DIN. Par ailleurs, les protocoles de mesure étant différents, il n'existe pas de règle de conversion pour passer d'une mesure à l'autre.

Définitions alternatives

Le cheval-vapeur électrique

Le cheval-vapeur électrique européen est défini comme valant

1 ch = 736 W,

tandis que le cheval-vapeur électrique britannique vaut

1 hp = 746 W.

Le cheval-vapeur de chaudière

Les Américains ont un « cheval-vapeur de chaudière » (boiler horsepower, ou bhp) défini comme étant la puissance requise pour évaporer 34,5 lb (livre impériale britannique) d'eau à 100 °C (212 °F) par heure sous une atmosphère normale. La valeur exacte dépend de la chaleur d'évaporation utilisée, mais la plus fréquente est 970,3 BTUIT/lb, ce qui donne :

P ~ 9 810,656 649 W (soit un peu plus de 13 ch).

Le boiler horsepower a été utilisé depuis 1876 pour mesurer la puissance des machines à vapeur et n'est plus utilisé de nos jours.

Définitions non physiques

Chevaux fiscaux (CV)

En France, les chevaux fiscaux déterminent le montant de la carte grise et de la vignette, et entrent en partie dans le montant de la taxe sur les véhicules de société. Ils sont désignés par l'abréviation « cv » ou « CV ».

Depuis 1998, la formule qui permet de calculer le nombre de chevaux fiscaux d'un véhicule est :

\mathrm{P_a} = \frac{[\mathrm{CO}_2]}{45}+\left(\frac{\mathrm{P}}{40}\right)^{1,6}

où Pa est le nombre de chevaux fiscaux, [CO2] est la quantité de dioxyde de carbone émis par le véhicule en gramme par kilomètre et P est la puissance du véhicule exprimée en kW.

Plusieurs modèles de voitures ont ainsi tiré leur nom de leur catégorie fiscale en France, comme par exemple la Citroën 2CV ou la Renault 4CV.

Notes et références

  1. Source:Lamirand et Joyal, Physique, Classes de 2eC, programme officiel (J.O. du 19 juillet 1946)

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