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Voitures électriques et hybrides: toujours plus pour consommer moins

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Les nouveautés présentées il y a deux semaines au salon de Genève le prouvent, l'avenir des voitures électriques et hybrides est assuré. Mais la technologie n'a pas fini d'évoluer et les constructeurs rivalisent d'inventivité pour défricher les solutions de demain.

Voitures électriques et hybrides: toujours plus pour consommer moins © DR
Signe des temps, Ferrari n'échappe pas à « l'environnementalement correct ». Si, à Genève, certains criaient au sacrilège devant la carrosserie verte de sa 599 HY-kers, la plupart ont salué la consommation moyenne de 11,6 litres / 100 km que promet d'atteindre cette supercar de 660 ch. En couplant son V12 e à un moteur électrique triphasé r qui développe 74 kW (100 ch.) et pèse 40 kg, la 599 hybride s'annonce ainsi 35 % plus sobre que la version thermique. Mais, Ferrari oblige, le cahier des charges interdisait toute perte de dynamisme. Chaque kilogramme supplémentaire a donc été compensé par l'ajout d'un cheval, et la position de tous les éléments de l'hybridation a été étudiée de façon à préserver au mieux la répartition des masses. Ferrari a par exemple opté - une première mondiale - pour des batteries lithium ion prismatiques de moins de 2 cm d'épaisseur qui ont pu être installées, en une couche t, sous le plancher. Spécialiste des grandes routières, Mercedes ne peut se contenter de la faible autonomie des voitures électriques. Du coup, son prototype F800 inaugure une plate-forme multifonction hydrogène / hybride rechargeable. Sur route, son conducteur roulerait 600 km en mode zéro émission grâce à une pile à combustible alimentée par un réservoir d'hydrogène. En ville, il pourrait basculer en hybride. Il disposerait alors de 30 km d'autonomie électrique avant de basculer sur le moteur V6 essence à injection directe. Cette multiplication des technologies laisse présumer un coût inabordable, et le ravitaillement en hydrogène reste un problème non résolu. L'exploit de Mercedes est plutôt d'avoir su optimiser l'encombrement de façon à conserver cinq vraies places. Des réservoirs aux boîtiers électroniques, tous les composants ont ainsi été miniaturisés, puis logés dans le compartiment moteur et dans les espaces libres du châssis. Contrairement aux voitures 100 % électriques, dont seul le lithium ion peut garantir l'autonomie, les hybrides comme la Prius peuvent se contenter de batteries plus basiques, au nickel metal hydrure. Produite à un million d'exemplaires depuis 1997, elle a ouvert la voie aux économies d'échelle. Toyota a aussi réussi à augmenter la densité énergétique de ses batteries, fabriquées par Panasonic. Les nickel metal hydrure de 1997 développaient 74 kW. Celles de la Prius troisième génération, 40 % plus compactes, offrent 100 kW. Toyota s'appuie aujourd'hui sur ces progrès pour faire descendre en gamme sa technologie hybride série / parallèle. La première voiture concernée est la nouvelle Auris, bientôt vendue moins de 20 000 euros. Mais des citadines, type Yaris ou Yago, pourraient sortir d'ici à dix ans. Développée pour une voiture vouée à la conduite sur circuit, la motorisation de la 911 GT3 R Hybrid cherche davantage à augmenter les performances qu'à réduire la consommation. Porsche a complété son moteur Boxer 6 cylindres 4 litres arrière de 480 ch. par deux moteurs électriques de 60 kW (164 ch.) installés à l'avant. Originalité : les classiques batteries nickel metal hydrure ont été remplacées par un accumulateur à volant d'inertie. Cet accumulateur est lui-même un moteur électrique (stator r, rotor e, électronique de puissance t) qui stocke mécaniquement l'électricité grâce à un rotor tournant à vitesse très élevée (jusqu'à 40 000 tr / mn). Il se recharge au freinage lorsque les deux moteurs électriques de l'essieu avant se transforment en générateurs. Il restitue ensuite son énergie aux deux moteurs pendant 6 à 8 secondes, offrant alors au pilote un supplément de puissance. Grâce à un très bon rapport poids / puissance, ce système pourrait apparaître à court terme sur les Porsche « de route ». Avec cette fois comme objectif de baisser la consommation, et donc les émissions de CO2. Le numéro 1 mondial des batteries pour portables, BYD, s'est lancé dans l'automobile en 2003. Ultradynamique, il s'est offert le soutien d'équipementiers comme Valeo pour sécuriser la gestion thermique de ses batteries, envisage une usine aux Etats-Unis, négocie un partenariat technique avec Daimler pour progresser en architecture véhicule et lance sa deuxième voiture électrique. Plutôt que d'opter, comme la plupart des constructeurs, pour la technologie lithium ion - performante mais chère -, BYD a préféré les batteries au lithium fer phosphate, « sûres et bon marché ». Avec leur moindre densité énergétique, elles font grimper le poids de la nouvelle berline familiale E6 à 2 300 kg. Mais son prix, en Chine, est annoncé à 32 000 euros, si toutefois elle est fabriquée en série. Comme General Motors avec la Volt, Audi opte, sur son prototype A1 e-Tron, pour une hybridation série affichant une consommation record de 1,9 litre / 100 km. Le principe consiste à ajouter, dans une voiture électrique dont les batteries lithium ion e offrent une autonomie de 50 km, un petit moteur thermique dit range extender r, qui joue le rôle de groupe électrogène. Couplé à un réservoir de 12 litres, ce dernier augmente l'autonomie de la citadine de 200 km. Cherchant à éviter les vibrations liées au mouvement des pistons d'un bloc thermique classique et à gagner en encombrement et en poids, Audi a eu l'idée d'utiliser un moteur rotatif Wankel de 254 cm3. Connu pour sa voracité lorsqu'il est utilisé comme bloc principal, ce type de moteur devient particulièrement sobre lorsqu'il fonctionne, comme c'est ici le cas, à régime stabilisé sur sa meilleure plage de rendement. Seul bémol, pour cause de coût, aucune date de commercialisation n'est annoncée.

En s'appuyant sur les progrès constants du moteur thermique, les constructeurs devraient pouvoir respecter la moyenne de 120 g d'émissions de CO2 que l'Europe leur imposera en 2015. En revanche, ils ne pourront atteindre les 95 g et la consommation moyenne de 5 litres aux 100 kilomètres prévus pour 2020 sans ajouter à leur gamme des modèles hybrides ou 100 % électriques. Les experts prévoient ainsi, qu'à cette date, les technologies essence / diesel classiques ne représenteront plus que 45 % des ventes. Le reste se répartira entre Stop et Start (20 %), hybridation (30 %) et tout électrique (5 %). Du fait de l'évolution des mentalités et de la hausse programmée des prix du pétrole, la clientèle semble prête à franchir le pas. Les constructeurs, eux, continuent de phosphorer tous azimuts pour inventer les technologies fiables et compétitives qui répondront à leurs attentes. Mille ingénieurs chez Renault, 350 chez Audi... Les moyens sont enfin débloqués et les idées foisonnent. On parle de volant d'inertie, de moteur Wankel associé à un range extender, d'hybrides enfin abordables, de batteries prismatiques... Leader incontesté de ces technologies, Toyota pensait maîtriser les choses. Englué dans les problèmes de sa dernière Prius, il peut aujourd'hui témoigner, comme ses concurrents, que beaucoup reste à faire.

 

Ferrari 599 hybride
Des batteries sous le plancher

Contrairement aux voitures 100 % électriques, dont seul le lithium ion peut garantir l'autonomie, les hybrides comme la Prius peuvent se contenter de batteries plus basiques, au nickel metal hydrure. Produite à un million d'exemplaires depuis 1997, elle a ouvert la voie aux économies d'échelle. Toyota a aussi réussi à augmenter la densité énergétique de ses batteries, fabriquées par Panasonic. Les nickel metal hydrure de 1997 développaient 74 kW. Celles de la Prius troisième génération, 40 % plus compactes, offrent 100 kW. Toyota s'appuie aujourd'hui sur ces progrès pour faire descendre en gamme sa technologie hybride série / parallèle. La première voiture concernée est la nouvelle Auris, bientôt vendue moins de 20 000 euros. Mais des citadines, type Yaris ou Yago, pourraient sortir d'ici à dix ans.

 

Mercedes F800
Allier hybride et hydrogène

Spécialiste des grandes routières, Mercedes ne peut se contenter de la faible autonomie des voitures électriques. Du coup, son prototype F800 inaugure une plate-forme multifonction hydrogène / hybride rechargeable. Sur route, son conducteur roulerait 600 km en mode zéro émission grâce à une pile à combustible alimentée par un réservoir d'hydrogène. En ville, il pourrait basculer en hybride. Il disposerait alors de 30 km d'autonomie électrique avant de basculer sur le moteur V6 essence à injection directe. Cette multiplication des technologies laisse présumer un coût inabordable, et le ravitaillement en hydrogène reste un problème non résolu. L'exploit de Mercedes est plutôt d'avoir su optimiser l'encombrement de façon à conserver cinq vraies places. Des réservoirs aux boîtiers électroniques, tous les composants ont ainsi été miniaturisés, puis logés dans le compartiment moteur et dans les espaces libres du châssis.

 

Toyota Auris hybrid synergy drive
Compacité croissante

Contrairement aux voitures 100 % électriques, dont seul le lithium ion peut garantir l'autonomie, les hybrides comme la Prius peuvent se contenter de batteries plus basiques, au nickel metal hydrure. Produite à un million d'exemplaires depuis 1997, elle a ouvert la voie aux économies d'échelle. Toyota a aussi réussi à augmenter la densité énergétique de ses batteries, fabriquées par Panasonic. Les nickel metal hydrure de 1997 développaient 74 kW. Celles de la Prius troisième génération, 40 % plus compactes, offrent 100 kW. Toyota s'appuie aujourd'hui sur ces progrès pour faire descendre en gamme sa technologie hybride série / parallèle. La première voiture concernée est la nouvelle Auris, bientôt vendue moins de 20 000 euros. Mais des citadines, type Yaris ou Yago, pourraient sortir d'ici à dix ans.

 

Porsche 911 GT3 R HYBRID
Le volant d'inertie booste le 6 cylindres

Développée pour une voiture vouée à la conduite sur circuit, la motorisation de la 911 GT3 R Hybrid cherche davantage à augmenter les performances qu'à réduire la consommation. Porsche a complété son moteur Boxer 6 cylindres 4 litres arrière de 480 ch. par deux moteurs électriques de 60 kW (164 ch.) installés à l'avant. Originalité : les classiques batteries nickel metal hydrure ont été remplacées par un accumulateur à volant d'inertie. Cet accumulateur est lui-même un moteur électrique (stator (2), rotor (1), électronique de puissance (3)) qui stocke mécaniquement l'électricité grâce à un rotor tournant à vitesse très élevée (jusqu'à 40 000 tr/mn). Il se recharge au freinage lorsque les deux moteurs électriques de l'essieu avant se transforment en générateurs. Il restitue ensuite son énergie aux deux moteurs pendant 6 à 8 secondes, offrant alors au pilote un supplément de puissance. Grâce à un très bon rapport poids / puissance, ce système pourrait apparaître à court terme sur les Porsche « de route ». Avec cette fois comme objectif de baisser la consommation, et donc les émissions de CO2.

 

BYD EG électrique
Gagner sur les coûts avec les batteries au fer

Le numéro 1 mondial des batteries pour portables, BYD, s'est lancé dans l'automobile en 2003. Ultradynamique, il s'est offert le soutien d'équipementiers comme Valeo pour sécuriser la gestion thermique de ses batteries, envisage une usine aux Etats-Unis, négocie un partenariat technique avec Daimler pour progresser en architecture véhicule et lance sa deuxième voiture électrique. Plutôt que d'opter, comme la plupart des constructeurs, pour la technologie lithium ion - performante mais chère -, BYD a préféré les batteries au lithium fer phosphate, « sûres et bon marché ». Avec leur moindre densité énergétique, elles font grimper le poids de la nouvelle berline familiale E6 à 2 300 kg. Mais son prix, en Chine, est annoncé à 32 000 euros, si toutefois elle est fabriquée en série.

 

Audi A1 E-TRON
L'hybride se dope au moteur rotatif

Comme General Motors avec la Volt, Audi opte, sur son prototype A1 e-Tron, pour une hybridation série affichant une consommation record de 1,9 litre / 100 km. Le principe consiste à ajouter, dans une voiture électrique dont les batteries lithium ion offrent une autonomie de 50 km, un petit moteur thermique dit range extender,  qui joue le rôle de groupe électrogène. Couplé à un réservoir de 12 litres, ce dernier augmente l'autonomie de la citadine de 200 km. Cherchant à éviter les vibrations liées au mouvement des pistons d'un bloc thermique classique et à gagner en encombrement et en poids, Audi a eu l'idée d'utiliser un moteur rotatif Wankel de 254 cm3. Connu pour sa voracité lorsqu'il est utilisé comme bloc principal, ce type de moteur devient particulièrement sobre lorsqu'il fonctionne, comme c'est ici le cas, à régime stabilisé sur sa meilleure plage de rendement. Seul bémol, pour cause de coût, aucune date de commercialisation n'est annoncée.


"Le stockage de l'énergie et la gestion thermique restent un défi"

Michel Forsier, directeur du domaine efficacité de la propulsion chez Volvo

Hybride ou électrique, sur quelle technologie faut-il parier ?

Sur les deux ! Comme on l'a vu à Genève, l'offre des constructeurs se segmente. Les voitures de demain combineront compacité du moteur, hybridation et, sans doute, biocarburant. Dans ce cadre, tous les degrés d'hybridation sont envisageables, de l'abordable Stop et Start au 100 % électrique, en passant par le coûteux range extender [système de prolongation de l'autonomie, ndlr] de la Volt.

Et l'hybride diesel ?

C'est la meilleure solution technique en termes de rendement. Mais le coût du bloc diesel grève la compétitivité. Et cela sera pire lors du passage à la norme européenne Euro 6 sur les émissions des véhicules, du fait de l'ajout des pièges à Nox. Ce marché sera donc limité.

Reste-t-il des barrières infranchissables ?

Il faut être très humble. Le principe du moteur électrique est parfaitement maîtrisé. Le stockage de l'énergie et la gestion thermique restent un défi. Nous n'en sommes qu'à l'émergence des technologies de refroidissement. Valeo mise sur l'eau. Son Ultimate Cooling consiste à utiliser un circuit de refroidissement à deux niveaux de température, 40 °C pour les batteries ou la climatisation, 90 °C pour le moteur ou l'huile. En réétudiant l'architecture moteur, ce principe est efficace et sans surpoids.




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