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RÉSUMÉ
Le paysage automobile a évolué très rapidement durant les dix dernières années, motivé par la demande sociétale d’une mobilité propre et durable et poussé par le « Dieselgate » et la réglementation. Si le graal du véhicule électrique devient une réalité, il apparaît toute une panoplie d’hybrides de plus en plus complexes. Cet article propose une partie théorique de l’hybridation thermique électrique, pile à combustible et hydraulique. Ensuite, il présente le comportement en usage des différents hybrides. Pour traiter des évolutions de la mobilité, les aspects environnementaux, énergétiques ainsi que l’analyse du cycle de vie seront comparés aux technologies thermiques. Enfin une approche économique comparative permet d’être sûr que cette mutation n’aura pas d’effets collatéraux nuisibles.
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Joseph BERETTA : Président Avere-France - Président Automobile Technology & Mobility Expertise (AT&ME), Paris, France
INTRODUCTION
Face à de nombreuses incertitudes comme la pénurie d’énergie fossile, le réchauffement climatique ou la qualité de l’air, les constructeurs ne baissent pas la garde, ne serait-ce que pour conserver la maîtrise de l’avenir et ne pas être un jour contraints de s’adresser à un tiers pour satisfaire ces exigences environnementales. L’idée d’un véhicule hybride, vieux concept datant du début du XXe siècle, réapparaît alors. C’est un véhicule qui combine deux sources d’énergie différentes : un moteur utilisant un carburant fossile ou dérivé (essence, gazole, gaz naturel pour véhicule, hydrogène, etc.) et un moteur électrique. Il existe deux grands types d’hybridation :
-
l’hybride « parallèle » qui fonctionne sur l’alternance ou bien l’association des deux sources d’énergie ;
-
l’hybride « série » qui fonctionne toujours grâce à l’énergie électrique, l’énergie thermique ne venant qu’en renfort du moteur électrique à l’instar d’un groupe électrogène. La recharge des batteries se fait alors aussi bien par une prise domestique qu’en roulant, par le biais d’un alternateur.
L’intérêt de l’hybridation consiste à pouvoir réduire la consommation en carburant fossile et donc les émissions de CO2, dans la mesure où le moteur thermique ne fonctionne pas en permanence, mais principalement aux régimes où le rendement est le plus favorable. Il résulte aussi des avantages d’une propulsion électrique en zone de circulation dense, où le taux de pollution est élevé, alors que disparaissent les problèmes d’autonomie rencontrés avec les véhicules « tout électrique ».
Fiable sur le plan technique, le véhicule hybride présente cependant deux inconvénients majeurs :
-
la double motorisation induit une surcharge pondérale qui pénalise son autonomie et ses performances ;
-
son coût est relativement plus élevé qu’une motorisation classique.
Ces inconvénients, joints au désir d’optimiser la filière et de marquer leur différence, ont conduit les constructeurs à décliner l’hybridation dans d’autres versions, en général du reste en l’altérant dans le même sens : celui du « sacrifice de leur part électrique ». Ainsi, la Prius de Toyota, le premier véhicule hybride à avoir été lancé sur le marché, ne fonctionnait en électrique qu’entre 0 et 20 km/h, lors des appels de puissance et en marche arrière. L’« Insight » de Honda ne se déplace jamais en mode électrique pur, sa batterie a pour fonction principale de récupérer l’énergie du freinage.
Depuis les choses ont évolué très vite et cet article va d’abord présenter toutes les bases de la théorie des hybrides qui permettront de comprendre ce monde complexe où les possibilités d’arbitrage entre les technologies doivent tenir compte de critères à la fois environnementaux, économiques et d’usages car c’est bien le client qui à la fin jugera de la pertinence du choix.
Tous ces points seront abordés et la pile à hydrogène replacée dans cet environnement.
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MOTS-CLÉS
Analyse de cycle de vie mobilité véhicule hybride électrique véhicule hybride rechargeable véhicule hybride pile à hydrogène
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2010 par Joseph BERETTA
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Hybrides série pile à hydrogène
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3. Hybrides série
3.1 Principe
Dans ce type d’hybride (figure 19), le moteur thermique est associé à un générateur électrique et il fait office de groupe électrogène en transformant l’énergie issue de la combustion en énergie électrique. Combinée à celle fournie par la batterie, cette énergie est ensuite utilisée par le moteur électrique, qui assure seul la propulsion du véhicule. Il n’existe donc pas de liaison mécanique entre le moteur thermique et les roues. Les multiples conversions d’énergie (thermique ⇒ mécanique ⇒ électrique ⇒ mécanique) pénalisent le rendement maximal de cette chaîne de traction thermique-électrique.
Définition : la somme des puissances se fait sous forme électrique, la liaison (nœud de puissance) entre les systèmes énergétiques est électrique.
Les points forts spécifiques sont : la facilité de gestion de l’énergie électrique, les performances en mode électrique pur et, par voie de conséquence, des émissions polluantes très faibles.
Les points faibles sont : le coût, le cumul des rendements et la vitesse de croisière batterie déchargée.
Comme il n’y a plus de liaison mécanique entre le moteur du générateur et les roues, il est possible d’utiliser tous les types de moteur permettant d’entraîner un alternateur.
Le générateur d’électricité embarqué peut prendre différentes formes :
-
moteur thermique classique accouplé à un alternateur ;
-
moteur à combustion externe (Stirling) accouplé à un alternateur ;
-
turbine à gaz accouplée à un alternateur.
3.2 Micro hybride série ou Range Extender de faible puissance
Dans ce type d’hybride, la puissance du groupe électrogène est faible et ne permet pas de mouvoir le véhicule. C’est vraiment un prolongateur d’autonomie qui a comme principal but de recharger les batteries en mode roulage ou à l’arrêt.
Ainsi, lorsque la batterie est déchargée, le véhicule ne peut plus se déplacer, il faut...
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Hybrides série
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BEDEUR (M.) - Histoire de l’usine Pieper-Impéria, - http://www.automag.be/Librairie-Automagautomobile.
-
(2) - BERETTA (J.) - New Classification on Electric-Thermal Hybrid Vehicles. - EVS 15, Bruxelles, Belgique (1998).
-
(3) - BERETTA (J.) - Le génie électrique automobile : la traction électrique. - Édition Hermès Lavoisier Science publication (2005).
-
(4) - BERETTA (J.) - Électronique, électricité et mécatronique automobile. - Édition Hermès Lavoisier Science publication (2007).
-
(5) - MATSUNAGA (M.), FUKUSHIMA (T.), OJIMA (K.) - Powertrain System of Honda FCX Clarity Fuel Cell Vehicle. - EVS 24 Stavanger, Norway (2009) http://www.honda.fr
-
(6) - BERETTA (J.) - Citroën...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
PSA Peugeot Citroën https://www.stellantis.com/fr
Renault http://www.renault.com
Toyota http://www.toyota.co.jp
Honda http://www.honda.fr
Volkswagen https://www.volkswagen.fr/
Mercedes-Benz https://www.mercedes-benz.fr/
AVERE-France http://www.avere.org
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Congrès Electric Vehicle Symposium (EVS) Manifestation mondiale sur les véhicules électriques, hybrides et pile à combustible qui se tient tour à tour tous les ans en Asie, en Amérique du Nord et en Europe
EEVConventions The European Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle (EEVC) Congress is now recognised as premier global platform...
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