Modélisation et gestion d’énergie des véhicules électriques hybrides

La croissance économique et sociale a été longtemps associée à la performance des divers moyens de transport. Pour le transport terrestre, les différents secteurs de la mobilité (individuelle des personnes, services de transport en commun, transport de marchandise, etc.) ont profité des développements technologiques des motorisations, essentiellement thermiques, de plus en plus performantes pour se généraliser dans l’activité humaine. Cependant, basés sur une consommation d’énergie majoritairement d’origine fossile, ces mêmes moyens de transport sont associés aujourd’hui à des nuisances environnementales diverses comme le réchauffement climatique et la pollution de l’air. D’autre part, la fin annoncée des réserves de ressources fossiles remet en question la suprématie de la propulsion thermique dans les transports. Bien que le moteur thermique (essence, diesel, gaz) ait réalisé ces dernières décennies des avancées conséquentes d’efficacité et de dépollution, la recherche de motorisations alternatives introduisant une part d’électricité n’a pas cessé depuis la mise en œuvre des premiers véhicules électriques. Les solutions associant les deux types de motorisation, thermique et électrique, appelées hybrides, ont été également étudiées et développées. Visant à profiter des avantages de chaque type d’énergie, cette catégorie de véhicule permet en théorie de rendre les mêmes services de mobilité qu’un véhicule conventionnel tout en maîtrisant les nuisances environnementales notamment en zones urbaines et périurbaines. En effet, en plus d’une possibilité de fonctionner dans un mode sans émissions à l’instar d’un véhicule électrique, la seconde source, généralement à base de carburant fossile, permet de conserver une autonomie comparable à celle du véhicule thermique. Le passage d’un mode de fonctionnement à l’autre permet au véhicule hybride de s’adapter aux conditions de circulation et d’assurer ainsi une efficacité énergétique remarquable d’autant plus que les phases de décélération et de freinage s’accompagnent généralement d’une récupération de l’énergie cinétique du véhicule, pour recharger l’élément de stockage.

En revanche, la présence de plusieurs sources, et donc de plusieurs conversions d’énergie à bord, induit deux préoccupations majeures. La première est d’ordre économique et questionne sur la possibilité d’amortissement des surcoûts à l’investissement engendrés par l’ajout de composants additionnels par rapport à un véhicule thermique. La seconde est d’ordre technique et concerne la complexité de la mise en œuvre de la chaîne de traction avec une multitude de possibilités d’association, mais aussi la complexité de la synthèse de la commande qui va gérer le fonctionnement du véhicule et l’ensemble de ses composants.

C’est surtout sur ces deux aspects que les recherches de ces dernières décennies ont débouché sur l’utilisation d’une approche systémique du véhicule basée sur la modélisation. La commande de haut niveau du véhicule hybride connue également sous l’appellation « stratégie de gestion de l’énergie » s’inscrit pleinement dans cette approche qui permet de développer et comparer des stratégies par simulation avant de les tester sur un véhicule. Le réseau scientifique français MEGEVH (modélisation énergétique et gestion d’énergie des véhicules hybrides) (composé de laboratoires de recherche et d’industriels du domaine du transport) a notamment contribué à développer cette approche. Cet article décline cette démarche en présentant, dans un premier temps, les différentes architectures hybrides usuelles rencontrées et leur modélisation. La deuxième partie est consacrée à un tour d’horizon des méthodes développées dans le domaine de la gestion de l’énergie des véhicules hybrides.