Aux côtés des motorisations électriques, qui mobilisent fortement les politiques publiques et industrielles, les motorisations hybrides joueront dans les années à venir un rôle grandissant dans la « décarbonation » du transport et la réduction de la dépendance au pétrole.
Le principe général de l’hybridation est d’associer un moteur thermique et une machine électrique, afin de combiner leurs avantages respectifs.
Les avantages et défauts des motorisations thermiques sont connus (grande autonomie, performance sur route, facile à recharger en énergie, etc., mais mauvais rendement en usage urbain et surtout totalement dépendant des carburants fossiles).
Les avantages et défauts des motorisations électriques à batterie sont également connus (propre, silencieux, pas d’émission directe de gaz à effet de serre, etc., mais autonomie limitée et temps de recharge encore conséquent).
D’où la nécessité de développer des architectures de véhicules dits « hybrides » intégrant une motorisation thermique et une motorisation électrique afin de bénéficier des avantages de chacune et de réduire fortement la consommation et l’émission de gaz à effet de serre. De nombreuses possibilités techniques et architecturales sont étudiées par les laboratoires, les constructeurs, les équipementiers.
Un véhicule hybride peut se définir par deux caractéristiques :
► Son niveau d’hybridation, qui mesure le pourcentage de puissance électrique disponible avec le moteur électrique (stop-start qui est le plus répandu, micro-hybride avec moins de 10%, mildhybride avec 10 à 20-30%, et full-hybride au-delà de 30%)
► Son architecture, qui concerne les solutions retenues (hybride série qui revient à installer l’équivalent d’un groupe électrogène, hybride parallèle qui permet de faire fonctionner soit le moteur thermique, soit le moteur électrique, soit les deux ensemble, et enfin hybride série-parallèle qui est le plus complexe).
Il est évident que le coût des solutions est croissant avec la complexité.
En termes de consommation énergétique, par comparaison au même véhicule non équipé, les gains s’étagent de 3 -10% pour le stop-start, à plus de 30% pour le full-hybride sur cycles officiels.
Un objectif d’émission de 60 g de CO2 par kilomètre peut être atteint et généralisé.
Les travaux de recherche-développement se poursuivent activement pour améliorer fortement les
performances des différents composants de ces chaines motrices :
– machines électriques, électronique de puissance, convertisseurs (rendement, masse,..)
– batteries (vieillissement, durabilité, ..)
– optimisation du moteur thermique (fonctionnement au meilleur point de rendement)
– pilotage du système et gestion de l’énergie embarquée en fonction de l’usage
– allègement général du véhicule et baisse des coûts de tous les composants.
Les applications actuellement en cours de développement avec les laboratoires et les industriels concernent tous les véhicules à usages particulièrement urbains, véhicules légers, véhicules de livraisons, poids lourds de distribution, autobus,… mais on peut aussi l’appliquer avec succès en terme de gain énergétique à tous les autres véhicules quels que soient leurs usages.
Mais la présence de deux systèmes augmente les coûts ; au-delà de l’objectif premier de réduction des consommations, la recherche doit donc viser à optimiser les chaînes de traction et la gestion de l’énergie afin de compenser, par les économies induites, les surcoûts de production. Ces investissements seront évidemment d’autant plus justifiés que le prix de l’énergie sera élevé.
Pour illustrer ces recherches, trois projets soutenus par les pouvoirs publics ont été présentés par le Predit* le 11 avril dernier.
Le projet LIFEMIT, piloté par la société Saft, vise à développer l’hybridation dans les véhicules lourds, routiers ou ferroviaires, en optimisant la gestion de l’énergie et son stockage dans des batteries lithium-ion. Il permet de progresser considérablement sur la modélisation et la gestion du vieillissement des batteries.
- Performance : de 100 à 250 Wh/kg au niveau élément
- Endurance : de 2000 à 5000 cycles de charge/décharge complètes
- Chargeablilité : sensibilité lors des phases de charge à forte puissance
LIFEMIT met également en œuvre une approche conjointe de développement de « maquettes systèmes » virtuelles et de validation expérimentale de briques élémentaires. Cette approche permet de s’adapter, à des coûts réduits, à des changements de cahier des charges, mêmes tardifs avant d’entrer dans la phase de réalisation physique du produit.
Réalisation d’une maquette système virtuelle appliquée à un véhicule lourd militaire :
– Optimisation du système de traction hybride en terme énergétique par la modélisation des flux électriques et cinétiques de la chaîne de traction et du système batterie.
– Incorporation dans les modèles batterie des fonctions de contrôle et du vieillissement.
Cette première étape permet de présélectionner une ou des solutions technologiques optimales.
– Réalisation de maquettes virtuelles mécaniques.
– Analyse fiabilité et sécurité du système batterie et plus globalement du véhicule.
LIFEMIT – résultats :
C’est +30% de puissance disponible lors des phases régénératives sans vieillissement prématuré de la batterie. C’est la démonstration pour un élément Li-ion Saft de plus de 100 Wh/kg se chargeant complètement en 30 minutes de réaliser plus de 250 000 cycles, soit 24 000 fois la capacité de l’élément échangée en charge et en décharge, en fournissant 1,2 kW/kg pendant 12 secondes en charge… en ne perdant que 20% de la capacité initiale (critère de fin de vie).
Le projet HYDOLE, conduit par PSA Peugeot Citroën, a pour objectif la mise au point d’un moteur hybride à dominante électrique doté d’une autonomie électrique de 60 km. Il utilise également des batteries lithium-ion. Un moteur thermique de petite cylindrée prend le relais du moteur électrique ou lui adjoint sa puissance en fonction des besoins.
Enfin, le projet BelHySyMa, piloté par Valeo, permet, pour les automobiles et les utilitaires légers, de réduire drastiquement la puissance du moteur thermique sans nuire aux performances globales, en utilisant une machine électrique de forte puissance, le « stop and start » (arrêt du moteur aux feux rouges) et la récupération d’énergie au freinage.
Le contexte du marché européen impose en 2020, 95 g de CO2/km en 2020 (4l/100km) nécessitant l’utilisation de l’hybridation pour atteindre cet objectif. Les fonctionnalités attendues sont le Stop-Start, la récupération d’énergie au freinage et assistance des petits moteurs au démarrage et à l’accélération appelée « Mild Hybrid »
Le but du projet sera donc de définir une loi de gestion d’énergie applicables aux véhicules « Mild Hybrid » (Stop & Start, Freinage récupératif et assistance de couple électrique) = Alterno-démarreur de 3ème génération (StARS). Le projet BelHySyMa utilisera les innovations de MHYGALE, en collaboration avec PSA :
– Alterno-moteur de forte puissance (8 à 15 kW) monté sur la face accessoire du moteur et entraîné par courroie
– Nouvelle génération de semi-conducteurs
– Miniaturisation et intégration des composants passifs (capacités et self-inductances)
– Réduction de la taille (50%) et du coût (30%) du convertisseur DC/DC
– Stockeur d’énergie Powerpack (supercondensateurs ou batterie) de deuxième génération
BelHySyMa – conclusions :
– Une technologie adaptée à la production en grande série pour réduire significativement les émissions de CO²
– Une mise en série en 2015-2016 et une généralisation avant la réglementation de 2020
– Une technologie susceptible de devenir un standard mondial
– La création d’une nouvelle ligne de produit pour porter la croissance du groupe Valeo
D’un budget de 3,9 millions d’euros et d’une durée de 42 mois, le projet BelHySyMa doit prendre fin en avril 2013.
* Le Predit est un programme de soutien à la recherche et à l’innovation dans les transports terrestres, qui associe les ministères chargé du Développement durable, de l’Industrie et de la Recherche, l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME), l’Agence nationale de la recherche (ANR) et l’Agence de l’innovation (OSEO).
Tout comme certains choisissent un véhicule urbain ou un monospace ou une berline tri-corps… suivant leurs besoins, la motorisation sera de plus en plus un élément de choix. L’hybride rechargeable est une voie séduisante car offrant une conduite électrique quotidienne à un certain nombre d’utilisateurs (cf l’expérience de l’animateur Jay Leno aux USA), tout en permettent, le temps des loisirs venu, de se déplacer en mode thermique sans limitations. Maintenant, quand on achète une voiture en 2012, comment se projeter sur les 5-10 ans à venir. Le même véhicule sera-t-il toujours dans ce laps de temps un optimum technologique pour nos déplacements? Bien malin celui qui peut se projeter dans le temps! Ayant peu de moyens financiers, j’ai fait quelques modifications sur une voiture de onze ans pour la mettre “à niveau” des voitures actuelles. Amélioration du cycle d’admission d’air, alimentation partielle par un gaz issu de l’électrolyse de l’eau, modifications inspirées par des produits commecialisés aux USA et reproduits par mes soins pour une vingtaine d’euros et quelques heures de bricolage et tatonnements. Bilan: Ma voiture, en cycle mixte, consomme environ 5 l, 5.2 l/100 au lieu de 7 l/100 données constructeur. Peu de voitures actuelles (carburation essence s’entend) peuvent réellement prétendre à de telles consommations. Donc, des marges de progrès existent, et l’hybridation a de grandes marges de progrès devant elle. Un moteur a régime constant, donc quasi inusable, une transmission électrique, gage d’un couple dès les premiers tours de roue, on peut considérer que l’hybride a au moins 7 ans d’avenir commercial devant elle. Sauf découverte au niveau des V.E. créant une rupture technologique insoupçonnée…
Il existe d’autres technologies hybrides : le pneumatique et l’hydraulique : L’hybride hydraulique a l’avantage de ne pas néssiciter de batteries et utilise des technologies déjà disponibles. C’est peut-être justement là le problème : facilement copiable par les pays en voie de développement et donc peu rentable financièrement pour les constructeurs. Il existe aussi la transmission hydrostatique qui comporte de nombreux avantages. On ne parle jamais non plus du danger de la décharge électrique lors d’un accident.
ben, parce que, dans l’article que vous citez, il est bien dit que ce sysytème n’est pas adapté pour les voitures, cause taille nécessaire du réservoir d’huile… Mais bon, l’important est qu’on propose plusieurs solutions “hybrides”, électriques ou pas, chacune étant plus adaptée à un certain mode de déplacement, ce qui complique les choses, car la voiture de “M tout le monde” est, pratiquement par définition, un compromis entre utilisaion urbaine, routière et autoroutière…
3 Observations : · Quand on a un réservoir à carburant à bord, il vaut mieux transformer le plus possible l’énergie thermique directement en énergie mécanique et éviter la chaîne des transformations énergétiques : énergie thermique, énergie électrique, énergie chimique, énergie électrique et énergie mécanique ; ceci pour un bien meilleur rendement global. Bien entendu passage d’une partie de l’énergie par le chemin électrique permet d’améliorer le fonctionnement et le rendement du moteur thermique, mais des architectures, plus astucieuses que d’autres, permettent d’atteindre le même résultat en minimisant le flux électrique nécessaire (voir le réduire de moitié). · Le freinage a des niveaux de puissance (0-200 KW) et des temps très différents (1-10S) de ceux requis par les batteries. Je voudrais bien savoir quelle est la part d’énergie cinétique effectivement récupérée in fine ? · Les 3 projets présentés sont labellisés PREDIT et sont des projets de grandes entreprises. Il semble cependant que de petites entités ou même des individus peuvent être porteurs de projets intéressants ; or, la structure actuelle du PREDIT les élimine d’office, j’en sais quelque chose….. NOTA : Je suis prêt à discuter en détail de ces sujets avec des spécialistes.
le véhicule idéal depuis très longtemps pour moi c’est : un seul chassis motorisé avec un système évolutif thermique/électrique/hydrogène… + batteries “on demand” et une carosserie “libre*” *cette carosserie pouvant être standard “entrée de gamme” ou bien “améliorée” avec gadgets pour les “automobilomaniacs”
Généraliser la motorisation hybride sur nos véhicules est une solution qui sans être idéale représente un bon compromis pour les 15-20 ans qui viennent : ça permettra de réduire les émissions polluantes, tout en laissant le temps d’étudier de vraies solutions pour rouler sans carburant fossile tout en préservant les cultures alimentaires ou les forêts qui nous sont indispensables …
Pour du “full hybride” la technologie hydraulique n’est peut-être pas la meilleur, mais pour du micro-hybride je pense que c’est viable. Sur route l’hybride n’apporte presque rien, alors que le micro-hybride stop&start est efficace en ville. Ma ZX injection essence 7cv de 1997 consomme 6,5 l /100km en mixte. La prius qui offre une presation comparable fait d’après des témoignages qui se recoupent environ 6,2 L. Le gain du full-hybride semble vraiement faible au regard du surcoût.
Sympa votre publi-rédactionnel en faveur des fabriquants Français, drogués au diesel. Ca fait toujours rêver d’ici une hypothétique réalité en 2015 ou…2025 ! En attendant Toyota a DEJA vendu plus de 2 millions d’hybrides et propose maintenant l’éolution la plus interessante de l’hybride: les plug-in-hybrides…
Une ZX est une routière. Une Prius est faite pour faire de la ville, même si elle peut évidemment taper un sprint sur l’autoroute. En comparant ce qui est comparable, avec cette auto en urbain, je descend allègrement à 4-4.5l/100, tandis que logiquement sur l’autoroute, il n’y a plus de système hybride qui fasse effet, seul le thermique tourne et dévore 7l/100 d’essence. Je vous mets au défit de faire mieux en ville avec votre automobile. Après si je veux faire de la route à 110-130, je prends effectivement un diesel turbocompréssé avec 6 rapports. Par contre effectivement force est de constater que nous assimilons à 100% des cas l’hybride à du thermique-électrique. Le thermique-air comprimé devrait plus essayer de s’implanter, l’hydrogène étant trop dangereux a manipuler et l’hydraulique pas assez compact. Etant arrivé à la limite des réactions chimiques moléculaires, le rendement ayant ses limites. Il est évident que dans ce monde capitaliste dans lequel nous nous trouvons, on ne va pas tuer la poule aux oeufs d’or, et risquer de mettre en conflit des nations de plusieurs centaines de millions d’habitants, en restant dans un modèle déjà existant. Cependant, il faudrait tout de même que nos ingénieurs arrêtent d’améliorer, et se remettent à créer, innover… Ce n’est que leur boulot après tout.
Je ne considère pas la ZX comme une routière mais plutôt comme une compacte. J’ai précisé que je faisais 6,5L en mixte pour un plein entier. J’aimerais connaitre le kilométrage parcouru avec un plein entier de prius, sans tenir compte du calcul de conso fait par l’ordinateur de bord. Parce que recharger les batteries avec le moteur doit certainement engendrer une surconsommation. Je considère qu’avoir une voiture pour faire uniquement de la ville est absurde. Le transport en commun est quand même plus pratique et moins cher. D’ailleurs les voitures devraient être interdites en ville depuis longtemps. D’après moi, le full-hybride est un marché de niche.
J’habite un village à 30 bornes de la ville, l’école est à 5km, et le lieu de travail à 35. Les routes que je fais sont à 95% du 50-70-90km/h. Pour 4 personnes, le transport en commun pour la ville est couteux pour 4 têtes, et la dépendance des horaires sur de si longs trajets et ingérable, sans même compter les déplacement pour les courses, soins, gosses chez les amis. En moyenne, ce n’est pas par l’ordinateur de bord, l’ordinateur de bord affiche une jauge numérique qui bascule vers le vert quand la conduite est souple, et va vers le rouge quand la conduite est soutenue. Je calcule ma consommation à partir d’un plein bien évidemment. Il faut compter 900à 950 km avec 40 litres de sans plomb.
Je roule en Toyota Hybride depuis le début de l’année… Je fais de la route en collines une septantaine de kilomètres par trajet. Je fais aussi une quinzaine de kilomètres d’autoroute… La moyenne de la consommation est de 4.5 litres sur autoroute, de 4 litres sur route et de 3.5 litres en ville. Et en plus il y a le plaisir incomparable d’une conduite décontractée en mode “Eco”. Je choisi de temps à autre, pour un tres bref instant – dépassement p. ex. le mode “Power” qui fait fonctionner le moteur électrique de cette “Full Hybride” comme un “turbo”. Je vous souhaite d’ essayer ce nouveau plaisir de conduire que j’ai découvert avec cette voiture exceptionnelle. A la descente, le moteur thermique essence est arrêté complètement et la consommation est de 0 litre. Lorsqu’on freine la batterie se recharge rapidement. Pour les longues descentes une position “frein-moteur” recharge la batterie encore plus rapidement. Bien a vous
@ nitse qui demande quelle est la part d’énergie cinétique effectivement récupérée in fine Dans ma voiture 100 % électrique, en ville et sur des routes normales, quand il sort 1 kWh de la batterie, il en revient 0,28 à 0,29 kWh lors des freinages et ralentissements. La consommation nette n’est donc que de 0,71 à 0,72 kWh. Mais sur autoroutes, ce rapport est beaucoup plus faible : 0 05 à 0 10 kWh récupéré pour 1 kWh sorti.