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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 :
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l’hybride « parallèle » qui fonctionne sur l’alternance ou bien l’association des deux sources d’énergie ;
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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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Considérations environementales, énergetiques et économiques
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8. Hybrides électriques rechargeables
8.1 Principe
Pour les véhicules hybrides thermiques-électriques actuellement commercialisés, la batterie qui alimente en électricité le moteur électrique est rechargée par le moteur thermique en marche ou grâce à l’exploitation de l’énergie cinétique du véhicule (technologie Start & Go). Pour atteindre un niveau d’utilisation de l’électricité plus important, une option supplémentaire consiste à pouvoir recharger la batterie en la connectant au réseau électrique domestique ou sur des bornes de charge publiques spécifiquement conçues.
On parle alors d’hybride rechargeable, ce concept n’ayant de sens que si la taille (en énergie) de la batterie est suffisante pour réaliser au moins 20 km ce qui correspond aux trajets quotidiens minimaux.
On peut voir sur la figure 37 le positionnement de ces hybrides rechargeables sur les architectures parallèle et série. Les architectures complexes ou dérivation de puissance se positionnent au niveau des architectures parallèles.
Cette technologie se heurte aujourd’hui, tout comme pour le véhicule électrique, aux temps de recharge requis et nécessite également la mise en place massive d’infrastructures de branchement au réseau électrique dont la répartition sur un territoire doit être adaptée à l’autonomie limitée des batteries actuelles.
Les performances des batteries limitent l’utilisation de la partie électrique d’un véhicule hybride.
Ces hybrides rechargeables peuvent être d’architecture parallèle, série ou complexe. Ils ont deux modes de fonctionnement qui sont décrits sur le schéma de la figure 38.
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Principe d’un hybride rechargeable par le réseau
La gestion du système de stockage d’énergie d’un véhicule hybride peut être assurée de deux manières :
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maintien de l’état de charge en permanence autour d’une valeur moyenne (mode dit charge sustaining) ;
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dérive de l’état de charge depuis sa valeur initiale jusqu’à une valeur limite contrôlée par le système de gestion (mode dit charge depleting).
Dans le mode charge sustaining, la batterie n’est jamais rechargée depuis un réseau extérieur,...
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Hybrides électriques rechargeables
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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