Qu’est-ce qu’un couple
Le couple, ou moment d’une force, mesure l’effet de rotation d’une force. Pousser une porte près de ses gonds la fait à peine bouger, alors que la même poussée sur la poignée l’ouvre facilement. Ce qui compte, c’est la force et sa distance à l’axe de rotation, appelée bras de levier. Le couple s’exprime en newtons-mètres (N·m).
Les formules
- Couple = force × bras de levier × sin(angle)
- Puissance = couple × vitesse angulaire = couple × régime (tr/min) × 2π ÷ 60
- Puissance en chevaux = puissance en watts ÷ 735,5
L’angle est celui que forment la force et le bras. À 90°, une poussée perpendiculaire, sin(90°) = 1 et toute la force produit du couple. À 30°, seule la moitié est utile.
Exemple chiffré
Vous exercez une force de 200 N au bout d’une clé, à 30 cm de l’écrou, perpendiculairement.
- Couple = 200 × 0,30 × sin(90°) = 60 N·m, soit 6,12 kgf·m.
- Si un moteur fournissait ce couple à 3 000 tr/min, sa puissance serait de 60 × 3 000 × 2π ÷ 60 = 18,8 kW, soit 25,6 ch.
- En poussant à 45°, la même force ne donnerait plus que 42,4 N·m.
Les unités de couple
| Unité | En N·m |
|---|---|
| 1 N·m | 1 |
| 1 kgf·m (ou m·kg) | 9,807 |
| 1 lb·ft | 1,356 |
| 1 lb·in | 0,113 |
Les anciennes fiches techniques automobiles donnaient le couple en m·kg : 30 m·kg correspondent à environ 294 N·m.
Couple et puissance
Les fiches techniques des moteurs indiquent le couple et la puissance. Le couple dit avec quelle force le moteur fait tourner l’arbre ; la puissance dit à quelle vitesse il fournit du travail, c’est-à-dire le couple multiplié par le régime. Un diesel offre souvent beaucoup de couple à bas régime, un moteur essence atteint sa puissance maximale plus haut dans les tours.
Applications pratiques
- Serrage : les écrous de roue d’une voiture se serrent en général entre 90 et 140 N·m selon le modèle. Une clé dynamométrique évite à la fois le desserrage et l’arrachement des goujons.
- Choix du levier : doubler la longueur d’une clé ou d’un bras de levier double le couple pour le même effort.
- Engrenages : une boîte de vitesses échange de la vitesse contre du couple. Associez ce calculateur au calculateur de rapport de transmission pour connaître le couple aux roues.
Moment d’une force
Dans les manuels de physique, on parle de moment d’une force par rapport à un axe. C’est un vecteur, perpendiculaire à la force et au bras de levier ; pour les problèmes courants, c’est sa valeur, calculée ici, qui sert.