Les Automobiles Hybrides

Plan :

• I/ Introduction
• II/ Principe de fonctionnement
• III/ Avantages
• IV/ Inconvénients

I/ Introduction :

L'une des innovations les plus récentes pour réduire la dépendance au pétrole est le moteur hybride. Le secteur met du temps à se développer.
Toyota est à la pointe de la technologie hybride, avec plus d'un million de modèles électriques hybrides vendus à ce jour. D'autres fabricants veulent une part du gâteau, bien entendu. Cette année, on trouve 17 modèles électriques hybrides sur le marché. En 2011, ils seront 65 -- pour l'instant : la liste pourrait s'allonger à mesure que de nouveaux modèles sont conçus.
Mais construire une voiture hybride, ce n'est pas la même chose que construire une voiture conventionnelle. Les moteurs hybrides demandent des batteries spéciales. Aujourd'hui, le modèle standard est une batterie nickel-métal hydrure. Malheureusement, elles sont lourdes et leur puissance n'est pas franchement convaincante.
Pour vraiment attirer l'attention du grand public, les constructeurs de voitures ont besoin d'une nouvelle batterie. Et elle est justement sur le point de voir le jour. C'est une batterie lithium-ion -- et elle est plus légère, plus petite, plus puissante et plus durable que les précédentes.
Définition :  Une automobile hybride est un véhicule faisant appel à plusieurs sources d'énergie distinctes pour se mouvoir. On parle généralement de moteur hybride dans le cas de l'association d'un moteur thermique et d'un moteur électrique.
Toutefois l'utilisation d'une pile à combustible dans un véhicule entraîne également son association avec un dispositif de stockage électrique réversible (ex : batterie, réalisant ainsi une architecture hybride électrique/électrique au lieu d'une architecture hybride thermique/électrique.

Photo de la célèbre Toyota Prius (élue voiture européenne de l'année 2005) Il s’agit d’une automobile hybride essence-électricité

Consommant moins d'essence et moins polluantes, les voitures hybrides fonctionnent grâce à l'action combinée de deux moteurs : l'un à essence et l'autre électrique. Explications…
II/ Principe de fonctionnement :

Le principe général de fonctionnement consiste à faire fonctionner soit le moteur électrique, soit le moteur thermique, ou bien même soit les deux en même temps selon les modèles.
Description du fonctionnement :

• Lors des phases stationnaires (le véhicule est immobile), les deux moteurs sont à l'arrêt ;

• Au démarrage, c'est le moteur électrique qui assure la mise en mouvement de la voiture, jusqu'à des vitesses plus élevées (25 ou 30 km/h);

• Lorsque des vitesses plus élevées sont atteintes, le moteur thermique prend le relais ;

• En cas de grande accélération, on observe la mise en marche des deux moteurs à la fois, qui permet d'avoir des accélérations équivalentes au moteur de même puissance, voire supérieures ;

• En phase de décélération et de freinage, l'énergie cinétique est utilisée pour recharger les batteries (cette fonction est en option lors de l’achat d’un véhicule hybride)

 

Schéma de décomposition des différents niveaux d’hybridation:

Niveaux d'hybridation
Il existe de nombreux types de véhicules hybrides que l'on classe en fonction de l'importance de la partie électrique et de la façon dont elle est interconnectée avec le moteur thermique (nomenclature très variable selon les sources et les constructeurs).

• La solution Micro Hybride, correspondant au niveau le plus faible d'hybridation, est illustrée par le Stop&Start disponible sur les Citroen C2 et C3. Il s'agit d'une machine réversible remplissant les rôles du démarreur et de l'alternateur d'une voiture classique, qui possède la capacité de couper automatiquement le moteur thermique lors des arrêts (typiquement aux feux tricolores), réduisant ainsi sensiblement la consommation en milieu urbain.

 

• Les Mild Hybrid sont un niveau d'hybridation légèrement supérieur. Le système appelé Urban Hybrid chez PSA est un stop&start aux fonctionnalités élargies, capable également de fournir un freinage régénératif (la machine fonctionne en générateur et fournit un couple s'ajoutant au frein moteur) et de fournir un appoint de puissance pour aider les reprise, l'énergie étant stockée entre temps dans des batteries ou des supercapacités. Des technologies comparables existent chez BMW, Honda ou encore Ford.

• Les hybrides parallèles sont la solution la plus connue. Les mouvements des moteurs thermique et électrique sont additionnés mécaniquement. C'est le système illustré dans les figures de la page précédente. Ces voitures sont capables de fonctionner en tout électrique. La Toyota Prius, les prototype Hybride HDi de PSA, la Nissan Altima et d'autres utilisent des variantes de ce principe.

 

• L'hybride série est en réalité une voiture électrique dotée d'un groupe électrogène. Le moteur thermique ne fait qu'alimenter un générateur électrique, il peut donc tourner à régime optimal. De plus, il n'y a pas de pertes mécaniques dans la transmission. Les batteries et/ou les supercapacités permettent de stocker l'énergie de façon transitoire et éventuellement de rouler en "tout électrique". Le freinage est bien sur régénératif. La Chevrolet Volt (concept-car dont la commercialisation n'est pas encore décidée) illustre cette technologie.

Chevrolet Volt (concept-car)

• On parle d'hybride branché (plug-in Hybrid) lorsqu'un véhicule hybride, qu'il soit série ou parallèle, peut se recharger sur le réseau électrique, ce qui permet, pour les petits trajets quotidiens, de l'utiliser comme une voiture électrique. Ainsi la chevrolet Volt permettrait à ses utilisateurs de rouler un maximum de 60 km par jour sans utiliser d'essence, en rechargeant les batteries la nuit. Le moteur thermique est remis en route lorsque les batteries sont épuisées.

 

• Accéleration :  A l'arrêt, l'ordinateur sollicite les accus pour délivrer l'énergie nécessaire au démarrage du véhicule. Durant cette étape, le moteur traditionnel n'est pas sollicité afin de permettre un démarrage sans consommation de carburant.

• Freinage :  Le freinage enclenche le moteur électrique. Il fonctionne comme un générateur convertissant une partie de l'énergie récupérée par les roues pour recharger les accus. Le moteur électrique produit l'énergie nécessaire pour redémarrer.

• Vitesse de croisière : Le moteur électrique atteint sa limite entre 25 et 50 km/h. Le moteur à essence prend alors le relais. A ce point, une légère vibration peut être ressentie. Le moteur électrique récupère l'énergie produite afin de recharger les accus.

• Dépassement : Lors d'un dépassement ou d'une sollicitation supplémentaire d'accélération, les deux moteurs combinent leur puissance afin d'atteindre la vitesse désirée plus rapidement et sans à-coup.

• Auto traditionnelle : Que ce soit un modeste moteur 4 cylindres ou bien un V12 surpuissant, le moteur traditionnel à explosion transforme la combustion de carburant en énergie mécanique, qu'il transmet ensuite au roues via l'embrayage.

III/ Avantages
▶  Diminution de 10 à 50 % de la consommation
▶ Limite les émissions polluantes.
 La motorisation hybride est donc particulièrement intéressante pour les taxis et elle commence à être appliquée aux autobus aux USA, en Europe et au Japon.

Il s'agit d'engins imposants (4 essieux, 2 articulations avec soufflets) au look de Tramway. Ils utiliseront la transmission hybride General Motors Allison, qui équipe déjà plus de 500 bus aux Etats-Unis. Mercedes et Volvo étudieraient de leur côté une solution 100 % européenne.

Le premier véhicule hybride à avoir été mis sur le marché en grande série est la Toyota Prius, fin 1997 au Japon, suivie par le coupé 2 places Honda Insight en 1999, qui fut également exporté aux USA et dans quelques autres pays mais pas en France.

Honda Insight
Toyota vient avec sa nouvelle Camry Hybride de remporter encore plusieurs prix d'importance dans le monde automobile (voiture de l’année 2007)

Depuis, d'autres grands constructeurs automobiles ont annoncé des programmes de recherche importants dans ce domaine, notamment General Motors, qui s'associe dans ce domaine avec Mercedes et BMW, Ford ayant acquis la technologie de Toyota de première génération.

IV/ Inconvénients
▶  Durée de vie limitée pour les accumulateurs (obligation de les changer une ou plusieurs fois  avant le recyclage total du véhicule)
 → Surcoût de maintenance et une obligation importante de recyclage pour le fabricant
Critiques
Certains constructeurs ont avancé le fait que l'économie en carburant occasionnée par la technique hybride pour des véhicules à essence était proche de celle du passage de l'essence au diesel, et qu'elle n'était donc pas intéressante pour eux sur les marchés ayant fait le choix d'un fort taux d'utilisation de moteurs diesel comme l'Europe.  À titre d'exemple, on pourra comparer la quantité de CO2 rejetée par différents modèles vendus sur le marché français (données constructeur) :

• Toyota Prius : 104 g/km
• Citroën C4 1.6 HDI 110ch : 125 g/km
• Citroën C4 1.6i 16v 110ch : 169 g/km

Deux précisions : les prototypes Hybrides HDI développés par le groupe PSA, sur la base, justement, d'une Peugeot 307 et d'une Citroën C4, et présentés à la presse en 2006 rejettent 90 grammes de CO2 par kilomètre parcouru ; d'autre part, la Citroën C4 HDI 110ch a été choisie en exemple parce qu'elle présente l'un des meilleurs rapports performances / consommation de la catégorie des compactes diesel, notamment grâce à un rapport puissance / cylindrée élevé et à une faible traînée aérodynamique. La plupart des berlines diesel vendues en Europe rejettent plus de 140 grammes de CO2 par kilomètre parcouru.
Exemples :
La 1ère berline hybride signée General Motors :



Preuve s'il en fallait que GM est de plus en plus impliqué dans le respect de l'environnement, le constructeur américain vient d'annoncer la commercialisation de la Saturn Aura Green Line pour 2007. Dessinée par le studio Opel Allemagne sur la plateforme de la Vectra, cette berline disposera d'un moteur 4 cylindres 2.4 CVVT développant 164 ch et 215 Nm de couple. Il sera associé à un moteur électrique situé entre la boîte automatique (4 rapports) et le bloc moteur. D'une puissance de 10 KW, les batteries seront, elles, placées derrière la banquette arrière. Il est néanmoins à noter, qu'aucun mode 100 % électrique ne sera proposé, les batteries ne servant que d'appoint !

Sources d'informations:

http://fr.wikipedia.org//

http://ecologie.caradisiac.com//

http://web.univ-pau.fr/~roby/vrac/cmh/fra/c_m_h_fra.html