Nitrous Oxyd System Part.1: Histoire et principes

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Le protoxyde d’azote (N20) a une réputation sulfureuse. Souvent par méconnaissance technique, il est victime de rumeurs. Ce qui est moins connu encore, c’est son histoire. Tout d’abord produit du hasard, chaotique, inattendue et donc pleine de rebondissements, elle est souvent synonyme de très haute performance dans des domaines pointus et exigeants. Historique et présentation de cette technologie […]

Un peu de préhistoire

Le protoxyde d'azote s'obtient par distillation de nitrate d'ammoniaque chauffé dans une cornue et se recueille dans un gazomètre à cloche. Il fut découvert par hasard à la fin du XVIIIe siècle par le chimiste anglais Priesley en 1776. En 1799, Humphrey Davy adresse une communication à la "Royal Society of London" qui précise que le gaz pourrait servir dans les interventions chirurgicales. La technique de liquéfaction fut perfectionnée en France par Barthélemy Bianchi.

C’est seulement en 1844 que le dentiste Horace Wells l’utilisa pour la première fois comme anesthésiant. Il est à ce jour toujours utilisé en milieu hospitalier en obstétrique ou pour des interventions légères, notamment en pédiatrie.

Un peu d’histoire

Le N2O a été introduit en mécanique pour la première fois lors de la seconde guerre mondiale. Du fait de sa teneur en oxygène plus élevée que l'air, le protoxyde d'azote fut utilisé comme appoint ou en substitution à ce dernier dans les moteurs à combustion interne. Il permet d'augmenter la charge comburant/carburant dans le cylindre, de favoriser la combustion, et ainsi d'augmenter fortement la puissance du moteur (de 30% à 100% environ).

La suprématie aérienne étant capitale, les nations ont énormément investi dans la recherche. Ainsi, la puissance des chasseurs a triplé durant les 5 années du conflit. D’environ 1500cv à 4500cv. Les moteurs d’avions connaissent une contrainte technique supplémentaire (ou plus importante) par rapport à nos moteurs car l’amplitude des altitudes est bien plus grande. Les turbos nous viennent aussi de l’aviation de l’époque.

Quel a été l’intérêt de l’escalade à la puissance ? Tout simplement d’échapper à l’ennemi. Et le moyen le plus simple reste…la fuite ! Le second est d’être en mesure de poursuivre l’ennemi afin de l’abattre.

A basse altitude, une méthode de suralimentation par injection d’eau et de méthanol (qu’on retrouve aujourd’hui sur certains moteurs turbo) était utilisée. A haute altitude, pour compenser la raréfaction de l’oxygène (le comburant) dans l’atmosphère, une injection de protoxyde d’azote était utilisée.

Il semblerait que certains Corsair F4U de l’US Navy en aient été équipés (sur la fin du conflit dans le Pacifique) mais nous n’avons pas retrouvé de trace. La première trace concrète que nous ayons retrouvée de cette utilisation remonte à la fin du conflit en Europe, sur un avion Allemand, le Focke Wulf 190 dont le moteur 14 cylindres en étoile BMW 801 pouvait recevoir le dispositif GM1 injectant l'oxyde nitrique. Capable de voler à 750 km/h et 10000 mètres d’altitude en développant 4500cv (au lieu de 1800) pour de courtes durées de quelques minutes, il pouvait distancer les chasseurs Alliés et voler plus haut qu’eux. Un gros réservoir de protoxyde se trouvait à l’arrière du poste de pilotage. Il combinait les deux systèmes d’injection Eau+ méthanol et N2O, selon l’altitude.

Dans les années 50, au début de la guerre froide, le renseignement était capital en raison de la menace nucléaire. En 1957 débute le programme A12. Lui succédera en 1966 le Lockheed Martin SR-71. Il vole à 25000 mètres d’altitude dans la stratosphère à … plus de Mach 3 !!! Voler plus haut et plus vite que les autres permettait de s’assurer la suprématie de l’espace aérien.

Le SR-71 ‘Blackbird’ utilisait une « compensation » du manque d’O2 par protoxyde d’azote et NOx sur les SR-71b. Plus d’oxygène contenu dans le même volume.

Les missions du SR-71 ‘Blackbird’ étaient de survoler l’espace aérien Soviétique, Chinois et Coréen du nord ou les divers théâtres d’opération et objet de renseignement en photographiant le territoire. A cette altitude et cette vitesse, même les intercepteurs MIG ou les missiles sol-air ne peuvent l’accrocher. Les Blackbird SR-71 ont ainsi « esquivé » plus de 3500 attaques. Pour l’anecdote, on peut aussi ajouter que les flammes sortant des réacteurs font une fois et demi sa longueur qui est de 31 m. Au décollage et à basse altitude, il doit ravitailler en vol au bout de 6 minutes ! Le moteur « normal » sans post combustion et N2O produit seulement 20% de la puissance totale.

La résistance de l’air étant bien moindre dans la stratosphère son autonomie est d’une heure à 3200 km/h. Ces avions seront supplantés par l’avènement des satellites espions militaires mais restent complémentaires dans l’appareil de renseignement militaire. U2 et SR-71 sont toujours utilisés, notamment en Irak. Le SR-71 Blackbird détient toujours les records de vitesse et d’altitude à ce jour.

Aujourd’hui, dans un autre registre il n’est pas inintéressant de relever que le Protoxyde d’Azote est classifié comme polluant par le protocole de Kyoto. C'est le quatrième plus important gaz à effet de serre à contribuer au réchauffement de la planète après la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4). Son pouvoir réchauffant correspond à 296 fois celui du CO2.

Bien que le DOT américain le classifie parmi les gaz ininflammables, le N2O entretient la combustion et peut détoner à des températures supérieures à 650 ° C (1202 ° F).

Le lien avec nos VW Aircooled

Comme souvent dans l’histoire du Hot-Rodding en général, le lien se fait au moment de la seconde guerre mondiale. Juste après en fait. Les Hot-Rodders à la recherche de performances toujours plus grandes, font les premières tentatives isolées d’adjonction de Nitrous. Isolées et « ponctuelles » dans l’histoire du Drag-Racing, aucune ne connaît de développement réel en vue d’une commercialisation.

La fondation de Nitrous Oxyde system, le tournant.

En 1978, deux ingénieurs, Mike Thermos et Dale Vaznaian fondent la société Nitrous Oxyde System.

Leur politique est basée sur un principe simple : se trouver auprès des racers en leur apportant le soutien indispensable au développement technique de leur produit. Au plus près de la course, ils accumulent expérience, retours afin de fiabiliser et simplifier l’accès au produit. Les records tombent. Le cercle vertueux est créé. Top fuel, funny car, street machine puis plus tard pro-street, NOS cumule les records depuis presque 30 ans. Plus marquants encore, la plupart des premiers « break-in » (la première fois où une catégorie entre dans une seconde) NOS, y est associée. Cela leur permet de véhiculer l’image suivante : pour y arriver, il faut tout ce que les autres ont PLUS une injection de protoxyde d’azote. Et jusqu’au début des années 90, NOS est seule sur le marché. Radicale et efficace, la réputation se construit autour de l’idée que NOS fait la différence.

Si le Protoxyde d'Azote est devenu très populaire pour l'augmentation des performances des VW Aircooled, il y a à cela plusieurs raisons :

• Le Protoxyde d'Azote offre plus de performances en rapport qualité/prix et quantité/prix que n'importe quelle autre suralimentation ou modification
• L'installation est relativement simple.
• L'utilisation se plie à la volonté du pilote, on peut passer d'un VW de Drag à une VW d'usage (quasi) quotidien
• On peut suralimenter via ce moyen de 25 chevaux à plusieurs centaines de chevaux en plus de la puissance d'origine.
• Ce système ce plie facilement aux moteurs à gestion électronique et à injection.
• On peut facilement démonter et remonter ce système sur un autre véhicule.

Le principe du kit

Dans le domaine de la performance, on est souvent plus habitué à des « appelez le support technique pour des renseignements et étudier vos besoins » qu’à des « J’ai le produit près à l’emploi, référence X, tarif : tant de $, livrable en Y jours ». C’est par exemple le cœur du succès de CB Performance dans le domaine des kits turbos.

Le principe du kit est décliné pour presque tous les modèles courants et populaires de véhicules aux USA. Qu’ils soient natifs ou d’imports. D’abord V8 et V6 Américains mais aussi Porsche à 6 et 4 cylindres, VW Aircooled bien sûr, Japonaises puis depuis quelques années, devant le nombre croissant de véhicules fonctionnant au carburant diesel, la société propose des kits pour les plus répandus. C’est l’illustration de cette politique volontariste d’apporter des solutions « clé en main » et faciles pour une clientèle la plus large possible. Le rôle du support technique est aussi d’être à l’écoute des attentes des clients et de placer la société à la pointe de l’offre. Ce qui est du « sur mesure » devient après quelques temps de retour et d’expérimentation un produit clé en main commercialisable aisément pour l’ensemble des clients. Dans un vieux catalogue on lit que les kits NOS fonctionnent aussi pour des moteurs diesel. Aujourd’hui, on y trouve des kits pour TDI !

NOS ou Nitrous ne sont pas le nom du protoxyde d’azote mais les initiales de Nitrous Oxyde system. C’est un peu comme Frigidaire ou Walkman. Finalement la preuve de leur réussite dans la vulgarisation commerciale de ce produit par le biais de kits prêts à monter, issus de l’expérience de la compétition au plus haut niveau ou encore de l’écoute attentive des désirs naissants de la clientèle, promesse de nouveaux marchés à conquérir, ou à impulser.

Si en France, la marque est connue et utilisée et distribuée depuis une quinzaine d’années, c’est le « sponsoring » de films qui l’a rendue populaire auprès du grand public. Nous avons tous en mémoire cette scène de « 60 secondes chrono » avec Nicolas Cage au volant la célèbre Eleanor qui sèment un hélico de patrouille de la police en pressant le bouton magique. Un autre film, « Fast & Furious » fût aussi un coup médiatique avec l’omniprésence du NOS dans toutes les voitures des héros du film.

 

Des jeux comme Need for Speed Underground ou bien sa dernière version « pro-street » continuent de diffuser l’image et l’usage du N2O.

Note personnelle : orientés drag sur piste et runs de rue, les wheelings de cette dernière version sont absolument superbes et réalistes !!!!

Depuis 1990, d’autres marques sont apparues telles que NX qui assurera le sponsoring de 2 Fast & 2 Furious (commercialisée par Ron Lummus par exemple), Venom à la distribution plus confidentielle et Halibrand, le concurrent direct de Holley.

En 2003, NOS a été revendue au groupe Holley, fabriquant de carbus pour V8, de pompes à essence très appréciées des racers aircooled.

Comment ça marche ?

Au moment de la compression le protoxyde d'azote se décompose et libère son oxygène (à partir de 320°C).

De ce fait il y a plus d'oxygène pour se mêler au carburant, en même temps que s'enclenche le système, il y a enrichissement en essence. En effet, environ 21 % de l'air est composé d'oxygène contre 36% dans le N2O. Un autre phénomène se produit: Au moment de l'évaporation du protoxyde d'azote dans l'admission, sa température baisse de 50°C environ. De ce fait les gaz d'admission refroidis se contractent et permettent un meilleur remplissage (massique) du moteur.

En détail :

Quand l'oxyde d'azote est porté à environ 320°C (dans la chambre de combustion) lors de la phase de compression, il se décompose et libère le surplus d'oxygène. Cependant ce n'est pas seulement le surplus d'oxygène qui fournit la puissance supplémentaire, mais la capacité de l'oxygène à brûler plus de carburant. En brûlant plus de carburant, de plus hautes pressions sont atteintes lors de l'explosion du mélange dans les cylindres, c'est ainsi que le surplus de puissance est obtenu.

Ensuite, comme l'oxyde d'azote sous pression est injecté dans la pipe d'admission, il passe de l'état liquide à l'état gazeux (donc bouillant). Ce passage à l’état gazeux amène sa température à -52°C, réduisant les températures d'admission d'environ 15 à 25°C. De la puissance est encore gagnée à ce niveau.

Enfin, l'azote qui s'est également libéré durant la phase de compression joue un rôle important. Il permet "d'amortir" le surcroît de pression dans les cylindres, contrôlant ainsi le processus de combustion.

A très vite pour l'installation d'un kit Nitrous sur une VW Aircooled !

Philippe GERMON

[carpo 11]

Merci encore pour toutes ces infos (pas seulement sur le N2O,pour tous les dossiers techniques!!) très enrichissantes pour des incultes comme moi ( mais tellement précises qu'elles doivent être intéressantes même pour les "pros" de l'aircooled).

En tout cas je sais pas si c'est l'effet escompté mais en tout ca me donne encore plus envie de rouler en aircooled et de mettre les mains dans le cambouis pour apprendre!! (a part faire une vidange, changer des plaquettes et 2/3 bricoles je sai spas faire grand chose...)

Donc encore merci à tous pour tout!!