La tension secondaire : kV requis, kV disponible et durée d'arc

Une étincelle n'est pas un événement tout-ou-rien mystérieux : c'est un arc électrique dont la réussite tient à une simple inégalité. La tension disponible au secondaire de la bobine doit dépasser la tension nécessaire pour amorcer l'arc à travers l'espace inter-électrodes. Toute la fiabilité de l'allumage se joue dans la marge entre ces deux valeurs.

Deux tensions à ne pas confondre

• La tension disponible est ce que la bobine peut fournir : de 30 à 40 kV à vide sur une bobine moderne en bon état. C'est un plafond, une réserve. Elle dépend de l'énergie chargée (donc du dwell et du courant primaire, voir la commande d'allumage) et de l'état de la bobine.
• La tension nécessaire, ou tension d'amorçage, est ce qu'il faut réellement pour claquer l'espace, à un instant donné. Elle est bien plus basse — souvent 5 à 15 kV — mais elle varie selon les conditions.

Dès que la tension d'amorçage est atteinte, l'arc jaillit et la tension retombe à une valeur de maintien plus faible : inutile d'aller chercher la réserve entière. Celle-ci ne sert que de matelas de sécurité.

Un exemple d'ordre de grandeur

Le mécanisme se chiffre simplement. Une bobine chargée à quelques ampères, coupée en une poignée de microsecondes, voit sa tension primaire écrêtée autour de 350 à 450 V ; multipliée par un rapport de spires de l'ordre de 1:100, cela donne un potentiel secondaire de plusieurs dizaines de kV — la réserve disponible. La tension réellement atteinte s'arrête, elle, dès l'amorçage : sur un moteur sain au ralenti, l'amorçage se fait souvent autour de 8 à 12 kV ; à pleine charge suralimentée, la même bougie peut réclamer 25 kV ou plus. C'est l'écart entre ce plafond et cette demande qui constitue la marge, et c'est elle qui se réduit avec l'usure.

Ce qui fait monter la tension nécessaire

Plusieurs facteurs augmentent la demande, et donc rognent la marge :

• La pression dans le cylindre. Plus le gaz est dense, plus il est difficile à ioniser. Or la pression grimpe avec la charge et la suralimentation : un moteur turbo à pleine charge peut réclamer beaucoup plus de kV qu'au ralenti. C'est un enjeu central de l'allumage à forte charge.
• L'écartement des électrodes. Un espace plus large exige plus de tension pour être franchi ; l'usure qui ouvre l'écartement fait donc monter la demande année après année. Voir la bougie d'allumage.
• Le mélange. Un mélange pauvre ou fortement dilué par les gaz recirculés s'amorce moins facilement qu'un mélange proche de la stœchiométrie.
• La forme des électrodes. Des arêtes vives concentrent le champ et abaissent la demande ; des électrodes érodées et arrondies la relèvent.

Quand la tension nécessaire finit par dépasser la tension disponible — bougie usée additionnée d'une bobine fatiguée, sous forte charge — l'étincelle manque : c'est le raté d'allumage, souvent en charge et à chaud d'abord.

La durée d'arc

Une fois amorcé, l'arc dure. Cette durée d'étincelle, ou burn time, est de l'ordre de 1 à 2 ms. Elle correspond à la restitution progressive de l'énergie stockée dans la bobine. Une durée trop courte trahit une énergie insuffisante ou une tension d'amorçage anormalement haute ; une durée anormalement longue, associée à une tension basse, peut signaler une fuite. Cette durée est physiquement liée à l'énergie chargée : c'est pourquoi le dwell, la bobine et la bougie forment un système qu'on ne peut pas juger organe par organe.

Ce que l'oscilloscope montre

L'allumage est l'un des rares systèmes qu'on lise mieux à l'oscilloscope qu'à la valise. Sur un relevé de secondaire, on distingue :

• la ligne d'amorçage (firing line), pic vertical bref qui donne la tension d'amorçage ;
• la ligne de combustion (spark line), plateau plus bas qui correspond au maintien de l'arc, dont la longueur donne la durée ;
• les oscillations amorties de fin, qui témoignent de l'énergie résiduelle de la bobine.

Comparer les cylindres entre eux vaut mieux que juger un chiffre isolé : une ligne d'amorçage nettement plus haute sur un cylindre pointe une bougie usée ou un écartement excessif ; une ligne de combustion très courte oriente vers une bobine faible. Sur les allumages à fil, on relève le secondaire avec une pince capacitive posée sur le fil, sans rien débrancher ; sur bobine-crayon, l'accès direct étant difficile, on se rabat sur le signal primaire et l'analyse des ratés. Dans tous les cas, la lecture se fait en charge : un allumage parfait au ralenti peut défaillir dès que la demande grimpe. La méthode générale est traitée dans l'oscilloscope automobile, et la démarche appliquée au circuit d'allumage dans le diagnostic du circuit d'allumage.

Pourquoi cette marge intéresse le reprogrammateur

Augmenter la charge d'un moteur — davantage de suralimentation, de remplissage — augmente mécaniquement la tension nécessaire. Un moteur d'origine dispose d'une marge confortable ; un moteur poussé la consomme. C'est pourquoi une préparation sérieuse s'accompagne souvent d'un écartement de bougie réduit et de bougies plus froides : non pour « gagner de la puissance », mais pour rendre l'étincelle à un espace plus facile à amorcer quand la pression monte. Négliger ce point produit des ratés en haute charge que l'on cherche parfois à tort du côté du carburant.

Voir aussi la bobine d'allumage, la bougie d'allumage et l'allumage à forte charge.

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