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29 mai 2013 3 29 /05 /mai /2013 10:41

29/05/2013

Parmi les milliers de propositions visant à économiser l’énergie, l’une d’elles attire l’attention par sa relative simplicité qu’on pourrait au premier abord prendre pour une galéjade, mais qui à la réflexion s’avère porteuse d’une véritable révolution.

Le Premier Ministre en a fait un objectif pour la transition énergétique.

C’est le développement d’une (vraie) voiture consommant seulement deux litres aux cent kilomètres.

Cette quantité de carburant correspond à un pouvoir énergétique (PCI) de 20 KWh environ qu’il s’agisse de super ou de gazole.

Or c’est précisément la quantité d’énergie contenue dans la batterie Lithium-ion qui équipe le dernier modèle Renault ZOE, la comparaison sera donc intéressante.

Cette voiture moyenne est équipée de pneumatiques spéciaux basse énergie et d’une batterie Lithium de 22 KWh, dont 20 KWh utilisables (La batterie ne doit jamais être complètement déchargée).

L’autonomie annoncée par le constructeur est de 100 à 150 km selon la saison (!) et le mode de conduite (Nous ne parlons pas ici de l’autonomie selon le cycle officiel NEDC, qui ne correspond pas du tout à une utilisation normale, et que d’ailleurs les constructeurs évitent de mettre en avant).

Cette voiture, qui consomme donc 20 KWh aux cent kilomètres, l’équivalent de deux litres de carburant, répond donc à l’objectif proposé, sauf qu’elle consomme de l’électricité et non pas du super ou du gazole.

L’objectif est de faire la même, mais fonctionnant avec le carburant habituel de nos pompes.

Pourquoi vouloir remplacer l’électricité par du carburant liquide ?

La réponse tient en un mot : L’autonomie.

C’est le point faible des véhicules électriques, aggravé par l’absence de réseau public de rechargement rapide.

La technologie fiabilisée actuelle des batteries au Lithium ne permet pas d’offrir plus d’une vingtaine de KWh pour un poids de 300 kg ( Batterie, support, unité de contrôle et gestion, renforts de suspension, etc…).

Il est impossible d’augmenter la capacité de la batterie sans surcharger la voiture au-delà de l’acceptable.

(De nombreux labos de recherches font état de nouvelles technologies de batteries très performantes, mais dont l’industrialisation éventuelle nécessitera plus de dix ans. Quant au réseau public de rechargement, le récent dépôt de bilan de la société Better Place suffit à montrer que son implantation nécessitera de longues années encore).

La voiture électrique reste pour ces raisons un véhicule citadin.

Pour sortir de cette impasse, les constructeurs se sont orientés vers la voiture hybride dans laquelle un moteur thermique vient relayer la batterie pour procurer l’autonomie nécessaire.

C’est une solution complexe, puisqu’elle fait appel à plusieurs moteurs ou générateurs, selon le concept:

- Un moteur électrique principal, utilisé en agglomération pour le mode « zéro émission ».

- Un moteur thermique plus ou moins puissant, utilisé en propulsion hors agglomération, éventuellement couplé au moteur électrique.

- Un alternateur générateur, entrainé par le moteur thermique, et utilisé pour recharger la batterie.

- Une batterie de capacité moyenne ( 5 à 10 KWh) pour assurer le fonctionnement électrique en ville.

A partir de ces éléments, plusieurs combinaisons sont possibles pour favoriser soit la puissance sur route, soit l’économie de carburant, soit l’autonomie.

L’idée étant de faire travailler ensemble l’électricité et les carburants liquides ( plus tard les biocarburants).

Ces véhicules existent déjà aujourd’hui, leur prix est élevé eu égard à la complexité et aux quantités produites.

Mais leur consommation de carburant est notablement supérieure à deux litres aux cent km, elle est plutôt de l’ordre de 4 à 5 litres.

Que faire alors pour se rapprocher de l’objectif ?

Sur un véhicule uniquement électrique comme la ZOE que nous avons prise pour référence de comparaison, le système de traction électrique bénéficie d’un excellent rendement, voisin de 85%, compte tenu de la récupération d’énergie au freinage. L’énergie disponible pour la traction est donc de 17 KWh environ.

Si l’on remplace le moteur électrique par un moteur thermique de conception actuelle, et la batterie Lithium-ion par un réservoir contenant 2 litres de carburant (Equivalent énergétique de 20 KWh), l’énergie disponible pour la propulsion sera seulement de 7 KWh en estimant le rendement moteur+transmission à 35%, ce qui est une valeur plutôt haute.

L’énergie disponible est donc divisée par 2,4 !!

Inutile d’être spécialiste pour comprendre que les performances de la voiture seront très dégradées, soit en accélération, soit en vitesse, soit en autonomie.

Pour atteindre l’objectif des 2 litres aux cent avec des performances équivalentes à celles de la ZOE électrique, il faut augmenter considérablement le rendement de la traction à moteur thermique, qui doit passer de 35% à 85%.

Ce qui est impossible selon l’état actuel de la technologie des moteurs thermiques, et confirmé par les thermodynamiciens.

Cependant il existe une marge importante pour l’amélioration du rendement, et passer de 35% à 50% serait déjà on grand progrès.

Les constructeurs travaillent dans trois directions:

La première voie consiste à utiliser des matériaux nouveaux, tester des cycles thermodynamiques différents, le recyclage des gaz d’échappement, la récupération de la chaleur dissipée (cogénération), le système de graissage, et bien sûr la gestion moteur, etc…

La seconde voie explore l’optimisation du système de transmission et les accessoires consommateurs d’énergie.

La troisième voie étudie l’opportunité de travailler à régime constant, le moteur thermique étant alors utilisé pour recharger la batterie, en conservant un moteur électrique pour la propulsion.

C’est un véhicule hybride mais dans lequel le moteur thermique n’est pas utilisé pour la propulsion.

En complément des travaux sur la motorisation, des modifications seront apportées à la carrosserie pour réduire le poids grâce aux matériaux nouveaux. Les pneumatiques feront également l’objet d’études pour réduire le frottement de roulement.

En complément de ces recherches technologiques on pourrait également se demander s’il n’est pas temps de se pencher sur les performances réellement nécessaires du véhicule du futur.

Hors autoroutes aucun véhicule n’est autorisé à dépasser la vitesse de 90 km/h. La limite de 130 km/h sur autoroutes sera probablement ramenée à 120 dans un avenir proche.

Il y a dans le respect de ces limitations un gisement d’économie de carburant que chacun a pu vérifier par lui-même.

Si la voiture à deux litres aux cent existe un jour, elle sera un engin de haute technologie qui réunira les avantages de l’électrique et du thermique. Son développement passera par des stades intermédiaires, pour aboutir à une coopération intelligente entre l’électricité renouvelable et les biocarburants du futur.

Il n’est pas interdit, dans une étape intermédiaire, de profiter des progrès du moteur thermique pour produire un véhicule classique thermique à consommation réduite ( 3 à 4 litres aux cent) et faible taux d’émissions et surtout d’un prix abordable.

La transition énergétique, c’est aussi cela.

Encore une affaire de compromis.

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