Forte des 8 litres de cylindrée de son moteur W16, la nouvelle Bugatti Veyron 16.4 Grand Sport Vitesse développe le couple maximal considérable de 1 500 Nm (entre 3 000 et 5 000 tr/min). La puissance maximale (annoncée à 1 200 ch) est atteinte à 6 400 tr/min. De telles caractéristiques permettent au véhicule de passer de 0 à 100 km/h en un temps impressionnant de 2,6 secondes, ce qui représente une nouvelle amélioration de sa capacité de reprise. Avec une vitesse maximale de 410 km/h, la Vitesse à transmission intégrale est le roadster le plus rapide jamais construit en série. Cette vitesse maximale est atteinte sur des circuits fermés à la circulation, en respectant des mesures de sécurité spéciales. En mode d’utilisation « handling mode » la Vitesse est bridée électroniquement à 375 km/h. Système de propulsion optimisé. Le gain de puissance de 199 ch par rapport à la Grand Sport est obtenu avant tout grâce à l’utilisation de quatre turbocompresseurs de plus grande dimension ainsi que de nouveaux radiateurs d'air de suralimentation.
Bugatti a en outre largement renforcé tous les composants de la chaîne cinématique afin qu’ils soient en mesure de transmettre durablement ces forces en toute sécurité. Les rapports de la boîte DSG à 7 vitesses ont notamment été adaptés aux nouvelles conditions de fonctionnement. Grâce à l'utilisation de turbocompresseurs plus grands et d'une contre-pression globalement plus faible des gaz d'échappement, la consommation de carburant a même pu être légèrement réduite en dépit de l'augmentation de puissance. Le système d'alimentation de la Super Sport, comprenant un réservoir à 4 pompes, a été repris.
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Les ingénieurs ont réajusté les trains roulants de cette voiture de sport ultra puissante. Des amortisseurs repris et adaptés des véhicules de course, aux temps de réponse extrêmement courts, ont encore amélioré la maîtrise du véhicule et perfectionné son équilibre. Une tendance au roulis ou un tangage en phase d'accélération ou de freinage soutenu ne sont quasiment plus perceptibles. L'optimisation de la variation de charge sur les roues a contribué à une nouvelle réduction de la tendance au sous-virage et permet ainsi d'atteindre un niveau de sécurité active maximal. Outre un potentiel de dynamique transversale, pouvant atteindre 1,4 g, l'interaction des pneus (montés sur de nouvelles jantes de 20 pouces en aluminium, plus légères, de type « Vitesse ») et du système de transmission intégrale intelligent. Les trains roulants, le système de transmission intégrale et l'ESP modifié forment une alliance dynamique : comme l'ESP réajusté intervient légèrement plus tard, par exemple lors des accélérations en sortie de virage, la Vitesse affiche des performances encore plus dynamiques y compris dans ce type de situation. Bugatti a dû adapter le refroidissement des freins, uniques au monde de par leur efficacité et leurs valeurs de décélération, à la puissance encore accrue du moteur en ajoutant des prises d'air et en agrandissant celles déjà existantes.
De manière générale, on peut dire que la Vitesse est encore plus sportive que la Grand Sport de 1 001 ch sans pour autant être aussi exigeante qu'une voiture de course. Dans ce contexte, il est étonnant de constater que les liaisons au sol ont même gagné en confort – sans doute en raison de la réduction des fréquences propres de la dynamique.
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Bugatti a mis au point pour la Vitesse un nouveau becquet arrière de pavillon qui réduit de manière significative les bruits aérodynamiques et les tourbillonnements dans l'habitacle.
Le roadster est en outre doté d'un nouveau filet anti-remous, qui pourra être rangé de manière compacte dans le coffre à bagages lorsqu'il ne sera pas utilisé. Ces deux éléments seront également disponibles pour la Grand Sport : lorsqu'ils sont associés, ils permettent de conduire de manière détendue, sans le toit, même à des vitesses proches de 200 km/h.
À l'avant et à l'arrière, de nombreuses mesures d'optimisation de l'aérodynamique de la Super Sport ont pu être adaptées à la Vitesse. L'avant est ainsi doté de prises d'air de plus grande dimension ; les deux prises d'air centrales situées à gauche et à droite de la grille de la calandre Bugatti sont divisées par une nervure horizontale. La fente d'aération située tout en bas de la face avant se prolonge jusque dans le passage de roue. En dessous de cette prise d'air se rattache un nouveau spoiler d'aspect filigrané, conçu comme les déflecteurs utilisés dans le domaine du sport automobile. Autre nouveauté : les projecteurs au xénon similaires à ceux utilisés sur la Super Sport, dans une version améliorée et désormais intégrés dans un boîtier noir. L'arrière, également dérivé de la Super Sport, est marqué par un double diffuseur et par une double sortie d'échappement en position centrale. À l'arrière comme à l'avant, un nouveau système d'aide au stationnement (PDC) surveille les distances.
Les deux prises d’air implantées à gauche et à droite du cache du moteur (redessiné sur la Vitesse) sont typiques de la Grand Sport et par conséquent de la Vitesse. Dans le cas du roadster, ces prises d'air supérieures remplissent deux fonctions à la fois : elles aspirent l’air d'admission destiné au moteur tout en constituant un élément harmonieusement intégré du dispositif de protection antiretournement.
Comme la Super Sport, la Vitesse est dotée d'un châssis monocoque en carbone, qui présente une rigidité à la torsion extrêmement élevée de 22 000 newton-mètres par degré tout en assurant une sécurité passive maximale. L'habillage extérieur est lui aussi entièrement composé de fibres de carbone ; c'est pourquoi la nouvelle Bugatti Veyron 16.4 Grand Sport Vitesse est également disponible en option en version carbone apparent vernis.
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Le carbone est également – avec d'autres métaux de haute qualité tels que l'aluminium et le magnésium – le matériau qui domine dans l’habitacle de la Vitesse. De nombreux composants intérieurs du roadster de 1 200 ch sont désormais constitués de carbone. Parmi ceux-ci, la rallonge de console centrale, un cache portant le logo EB dans la cloison arrière revêtue de cuir (entre les dossiers de siège) et les sorties de ceinture sur les sièges. Sont également en carbone : les éléments décoratifs de la console centrale, les inserts de porte ainsi que ceux du tableau de bord. L'on peut également voir, pour la première fois sur un modèle Grand Sport, des éléments décoratifs « noir bicolore » (notamment dans la console de pavillon) et un design de siège spécialement conçu pour la Vitesse.
Les sièges, habillés de cuir bicolore, sont rehaussés par une couture contrastante qui marque la transition entre l'assise et les parties latérales. Des coutures contrastantes caractérisent également l'accoudoir en cuir entre les sièges, réalisé ici sans le surpiquage (capitonnage) typique. Autre nouveauté : le rembourrage protège-genoux dans la zone du tunnel central, une prise 12 V supplémentaire (dans la boîte à gants), le modèle des systèmes de retenue, la touche de démarrage et de frein de parking rétro-éclairée (comme sur la Super Sport) ainsi que le combiné d'instruments avec indication de passage du rapport supérieur et – à tout seigneur, tout honneur – l’indicateur de puissance qui s'étend désormais jusqu’à 1 200 ch.
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