La consommation de carburant d’une automobile est le volume de carburant utilisé lors d'un trajet rapporté à la distance parcourue. L’unité utilisée pour la consommation de carburant est le « litre pour cent kilomètres » (noté )Council Directive 80/1268/EEC of 16 December 1980 on the approximation of the laws of the Member States relating to the fuel consumption of motor vehicles.. En Europe, la consommation de carburant fait partie des données nécessaires pour l'homologation des véhicules automobiles.

La réduction de consommation des véhicules automobiles constitue un enjeu important pour la société par ses effets sur le réchauffement climatique, la qualité de l'air et les économies des pays sous forte dépendance énergétique.. En effet, la combustion de carburants fossiles dans les moteurs à explosion produit du dioxyde de carbone (), dont la diffusion dans l’atmosphère participe à l’effet de serre et au réchauffement climatique. Un litre de carburant produit lors de sa combustion environ de , valeur qui dépend du type de carburant (essence, gazole, gaz naturel) et de sa densité.

En Europe, la consommation de carburant homologuée et publiée par les constructeurs est mesurée en laboratoire selon un protocole réglementé qui utilise un profil de vitesse simplifié (NEDC, Nouveau cycle européen de conduite). Depuis 2019, la procédure d'essai mondiale harmonisée pour les voitures particulières et véhicules utilitaires légers (en anglais , ou WLTP) remplace le test NEDC, qui permet de mesurer la consommation de carburant avec davantage de réalisme, l'autonomie électrique et les rejets de et de polluants.

Ainsi, les réglementations qui encadrent la consommation de carburant fixent des objectifs (en grammes de par kilomètre) indépendamment du type de carburant.

Ces réglementations visent à réduire progressivement l'impact environnemental du parc automobile : par des pénalités pour les constructeurs qui ne respecteraient pas les seuils d’émission moyenne des véhicules vendus sur un territoire durant une année civile (Réglementation européenne CAFE) ; par des incitations fiscales de différentes natures décidées par les états pour favoriser l’achat et l'usage de véhicules à faible consommation.

Approche énergétique

De façon générale, l’énergie chimique disponible dans le carburant est transformée par le moteur thermique en énergie mécanique, transmise aux roues pour propulser le véhicule, et en chaleur. L'énergie mécanique représente, au mieux, moins de 45 %, le reste, soit plus de 55 %, est de l'énergie thermique perdue dans l'atmosphère. Une partie de cette chaleur de récupération peut être utilisée par des dispositifs auxiliaires, qui fournissent de l’énergie pour d'autres fonctions (chauffage, turbocompresseur, pot catalytique).

La quantité d'énergie chimique consommée (ou le volume de carburant) dépend donc de l'énergie nécessaire pour déplacer le véhicule et du rendement du moteur thermique (rapport entre l'énergie mécanique produite et l'énergie chimique consommée).

Équation d’équilibre d’une automobile en mouvement Un véhicule automobile en mouvement selon un profil de vitesse donné est soumis à chaque instant à un système de forces égales et opposées appliquées aux roues : la force de traction produite par le moteur à travers la chaîne cinématique et la résistance à l'avancement totale R.

La résistance à l'avancement RLes Techniques de l'Ingénieur « Transmissions dans l'automobile » BM 2583 du 17/03/2013 E. Baron, P. Pescarou est la somme des résistances à l'avancement : R = R + R + R + R R = μ Pcos(α) (résistance au roulement) avec μ : coefficient de roulement, P : poids du véhicule, α : angle de pente R = 1/2 ρ S C V (résistance aérodynamique) avec ρ = masse volumique de l'air, S = surface frontale du véhiculePlutôt que la surface frontale du véhicule, c'est la surface qui a présidé au calcul du C qu'il convient de prendre. En général, c'est la surface frontale., C = coefficient de traînéeAu sujet du coefficient de traînée, voir également l'article détaillé Aérodynamique automobile., V = vitesse véhicule +/− vitesse du vent R = P sin α (résistance à la pente) avec Pveh : poids du véhicule, α : angle de pente R = (m + m) γ (force d'inertie liée à l'accélération) avec m = masse du véhicule, m = inertie de translation équivalente des parties tournantes du moteur, de la chaîne cinématique et des roues.

Pour suivre un profil de route avec une consigne de vitesse donnée, le moteur doit produire à chaque instant une force aux roues égale et opposée à la résistance totale R. La puissance instantanée du moteur P est alors égale à R V.

+ Influence sur la consommation des frottements liés à la vitesse BVM: boite vitesses manuelle; TDI: Turbo diesel injection; ch: chevaux Sources: Clio: calculconsommationessence.. Berline et Minivan: conduiteeconomique.

Efficacité énergétique du moteur

La consommation d'un moteur thermique varie avec la vitesse de rotation (régime en tours par minute, tr/min) et la charge (couple produit sur l'arbre moteur, exprimé en newton mètre, N m).

Pour analyser la consommation de carburant d'un moteur, il est pratique d'utiliser un diagramme du type jointE. Baron, P. Pescarou, « Transmissions dans l'Automobile-Influence sur la consommation du véhicule », Techniques de l'Ingénieur, bm 2584, 17 mars 2013. qui indique la consommation spécifique (grammes de carburant par kilowatt-heure) pour chaque couple (N m) et vitesse de rotation (tr/min). On observe sur un tel graphique appelé « cartographie moteur » qu'il existe plusieurs combinaisons possibles de couple et vitesse de rotation pour produire une même puissance (par exemple points de fonctionnement 1,2 et 3 du graphique joint).

L'efficacité énergétique du moteur pour un point de fonctionnement donné est le rapport entre l'énergie mécanique produite pendant un temps dt et l'énergie chimique consommée sur cette durée ( pour l'essence).

η = Pm x dt / (Pm x Cse/3600 x D x dt) = 1 / (Cse/3600 x Dcarb) avec P : Puissance moteur, Cse : Consommation spécifique (en g/kWh ou g/3600 kJ), Dcarb : densité énergétique du carburant (en MJ/kg ou kJ/g).

Sur le graphique joint, le point de fonctionnement 3 correspond à une efficacité énergétique de 33 % proche de la ligne de consommation minimale du moteur. À l'inverse, l'efficacité énergétique du point de fonctionnement 1 n'est que de 24 % et dans les zones de faible charge, elle est inférieure à 20 %.

Sur un cycle de type NEDC, l'efficacité énergétique correspondant à la moyenne des points de fonctionnement. Pour un moteur essence atmosphérique, elle est de l'ordre de 20 %, ce qui signifie que 80 % environ de l'énergie disponible dans le carburant est rejetée dans l'atmosphère sous forme de chaleur à travers l'échappement et le circuit de refroidissement du moteur.

Diagramme énergétique Il est pratique de présenter sur un même diagramme l'énergie nécessaire pour déplacer un véhicule sur un trajet donné (ordonnée) en fonction de la consommation de carburant ou des émissions de réalisées sur ce même trajet (abscisse). Cette représentation nommée « diagramme énergétique » permet de tracer des droites d'iso-efficacité énergétique qui correspondent aux différentes techniques de moteurs et ainsi d'estimer pour une catégorie de véhicule donnée les émissions de sur le trajet. L'exemple jointP. Doublet, Les ateliers de la plateforme française automobile – Les leviers pour atteindre 2 litres aux , 2 octobre 2013. montre que pour atteindre le seuil de de par kilomètre (soit environ ) sur cycle Nouveau cycle européen de conduite avec un véhicule urbain (catégorie B), il faut utiliser un moteur hybride plug-in ou alors réaliser sur ce véhicule un allègement considérable.

Le tableau ci-dessous donne les ordres de grandeur des gains à réaliser sur les principaux inducteurs de la voiture pour gagner . Grandeur physique Gain de (cycle NEDC) Efficacité énergétique du groupe moto-propulseur ŋ +1 % ⇒ −1 % Masse (reconception avec effets induits) = Résistance au roulement = Consommation électrique = Aérodynamique SCx =

Procédures et réglementations Histoire La préoccupation de réduction de la consommation a d’abord été dictée par l’envolée du coût des carburants lors des grands Chocs pétroliers des années 1970. Le principal impact sur le marché automobile a été le retour à des véhicules plus compacts et moins lourds. Dans cette période, les constructeurs ont mené des recherches pour réduire la consommation et ont présenté des prototypes pouvant atteindre jusqu'à avec des techniques conventionnelles, sans hybridation ni électrification (Renault VESTA 2 de 1987 : ). Ces travaux n’ont eu malheureusement que peu d'impact sur les véhicules de série qui ont continué de s'alourdir pour satisfaire les normes de sécurité et assurer plus de performance et de confort pour les usagers. La préoccupation de réduction de consommation est réapparue dans les années 2000 avec la mise en place de réglementations CAFE dans certains pays, puis la mise en place par les États de fiscalités discriminantes pour les véhicules à forte consommationhttp://www.developpement-durable.gouv.fr/Bonus-Malus-2015 .. Sont apparues alors des techniques qui visaient prioritairement à améliorer l’efficacité énergétique du moteur : hybridation par Toyota Hybrid Synergy Drive (1997), puis électrification par Nissan et Renault (2010).

C'est aussi dans cette même période que les motorisations Diesel qui émettent de l'ordre de 15 % de en moins que les moteurs essence ont pris le pas en Europe. En Europe de l'Ouest, la part du Diesel dans les véhicules nouvellement immatriculés est passée de 13,8 % à 53,3 % entre 1990 et 2013..

Les premiers cycles de mesure de la consommation ont été élaborés en 1962 par l'organisme français UTACIngénieurs de l'Automobile Évolutions des protocoles de mesure de consommation et de pollution. à partir de cycle urbain (). Ce cycle a ensuite évolué vers le cycle Nouveau cycle européen de conduite (NEDC) encore en vigueur début 2015.

Mais c'est aux États-Unis que fut instaurée la première législation CARB () en 1968, avec pour objectif premier de mesurer la pollution plutôt que la consommation en raison de la dégradation de la qualité de l'air dans plusieurs villes de l'État de Californie.

Procédure de mesure de la consommation de carburant En Europe, la consommation de carburant d'une automobile est donnée par le constructeur en faisant référence au cycle WLTP. Ce cycle vient en remplacement du cycle NDEC de 2017, avec une mise en application retardée à 2020, dans le cadre de la norme OFEV - Air - UNECE World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations (WP.29): Working Party on Pollution and Energy (GRPE) - 2012-05-24EUR-Lex - Règlement (CE) n o 715/2007 du Parlement européen et du Conseil du 20 juin 2007 relatif à la réception des véhicules à moteur au regard des émissions des véhicules particuliers et utilitaires légers (Euro 5 et Euro 6) et aux informations sur la réparation et l'entretien des véhicules (Texte présentant de l'intérêt pour l'EEE), conçu pour être le plus proche possible des conditions d'utilisation réelles.

Réglementation européenne La réglementation européenne fixe des limites aux constructeurs pour les émissions moyennes des véhicules neufs vendus dans l'année sur le périmètre des 27 pays de l'UE.

Pour les véhicules particuliers de catégorie M1, ces limites sont fixées à en 2015 puis en 2020..