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IFP Energies nouvelles publie un ouvrage sur les véhicules hybrides aux Editions Technip

Véhicules hybrides
avril 2013

Entretien avec François Badin, Directeur Expert dans le domaine des véhicules hybrides à IFPEN, qui a coordonné cet ouvrage.

François Badin

Pourquoi un livre sur le véhicule hybride ?

F.B. : Parce que la notion d'hybride, avec toutes ses variantes, est une composante clé de la transition énergétique dans le domaine des transports. L'hybridation des motorisations permet, en effet, d' améliorer sensiblement les performances énergétiques et environnementales des véhicules. Mais l'association de l'électrification à un moteur thermique est complexe et se heurte encore à de nombreux obstacles techniques et économiques.
 Des différents types de motorisations thermiques et électriques aux bilans (analyses de cycle de vie – ACV, coûts) en passant par les systèmes embarqués de stockage de l'énergie et sa gestion, ce livre aborde tous les aspects liés à l'hybridation des motorisations ; il permet de mieux comprendre les enjeux de son développement.

  • Quels sont les avantages de l'hybride ?

F.B.  : En associant motorisations thermique et électrique, la technologie hybride permet de choisir en permanence le mode le mieux adapté à chaque trajet. L'utilisation du moteur thermique va être privilégiée dans des zones de fonctionnement où le rendement va pouvoir être optimisé, en particulier sur route et sur de longues distances grâce à l'énergie du carburant. Tandis qu'on aura davantage recours à la motorisation électrique dans les configurations de conduite où la demande de puissance est faible et les distances réduites, typiquement en zone urbaine.
 On trouve aujourd'hui différents types de véhicule hybride en fonction principalement de leur degré d'électrification. La première étape est le stop&start, qui permet de couper le moteur thermique à l'arrêt. Vient ensuite le mild hybrid, dans lequel la machine électrique peut assister le moteur thermique et récupérer de l'énergie au freinage, puis les full hybrid qui possèdent un mode tout électrique limité, et enfin les hybrides rechargeables ou plug-in, qui peuvent être rechargés sur le réseau électrique et présentent un mode tout électrique plus étendu.

  • Y a-t-il encore des verrous techniques et économiques à lever ?

F.B.  : Oui, beaucoup reste à faire en recherche. La  densité d’énergie et de puissance des batteries ainsi que leur durée de vie doivent être augmentées et le coût abaissé, tout en assurant les meilleures conditions de sécurité. Des progrès doivent aussi être réalisés sur la motorisation électrique et son intégration mais aussi sur certains composants auxiliaires comme la climatisation. Autre point clé, le superviseur du véhicule, véritable cerveau qui gère l’énergie à bord, les systèmes de motorisation, le freinage récupératif et la communication entre le véhicule et les différentes infrastructures (circulation, recharge en énergie).
 Les progrès technologiques récents permettent d’envisager une diffusion des motorisations hybrides, avec leurs différents degrés d'électrification, sur la majorité des véhicules d’ici à 2020.

  • Quels sont les travaux de recherches et développement d'IFP Energies nouvelles ?

F.B.  : En s'appuyant sur son expérience dans le domaine des motorisations conventionnelles, IFPEN met au point les briques technologiques associées à l'hybride. Il s'agit d' optimiser le dimensionnement et les caractéristiques de chaque composant, comme la batterie ou la machine électrique et son électronique de puissance, notamment à travers l'utilisation de modèles. Pour la batterie, l'enjeu est de mieux la contrôler (équilibrage, thermique) et d'estimer au mieux son état de charge et son état de santé afin de garantir sa sécurité et allonger sa durée de vie.
 Pour cela, nous mettons en œuvre une approche système utilisant la simulation et développons des systèmes de contrôle électronique qui assurent un pilotage en temps réel. Une telle approche permet un contrôle sur le fonctionnement du composant, prenant en compte la répartition de la puissance à chaque instant entre moteur thermique et machine électrique, et également la gestion d'ensemble de l'énergie à bord du véhicule. Parallèlement à cela, nous continuons de travailler à l'amélioration du rendement du moteur thermique.

  • La voiture hybride, une voiture propre ?

F.B.  : Pour répondre à cette question, il convient d'une part d'évaluer l'ensemble des impacts potentiels sur l'environnement dus aux émissions à ce type de véhicule associées (émissions dans l'eau, dans l'air ou le sol) ; et d'autre part d'inclure dans l'analyse toutes les étapes du cycle de vie : depuis la production des matières premières et du véhicule jusqu'au recyclage du véhicule, en passant par son usage et la production du carburant : vecteur hydrocarbure et vecteur électricité si rechargeable. C'est l'objet des analyses de cycle de vie (ACV) que nous conduisons à IFPEN. Dans ce livre, nous nous sommes principalement attachés aux bilans énergétiques et gaz à effet de serre (GES).
 Avec un véhicule hybride (VEH), les gains en émissions de GES, directement liés à la réduction de la consommation de carburant, varient selon le type de trajet et peuvent atteindre  jusqu'à 38 % en milieu urbain (20% sur le trajet type considéré dans la figure ci-dessous).
 Avec les véhicules hybrides rechargeables,  la réduction des émissions de GES dépend en outre de la nature de l’électricité utilisée pour alimenter le véhicule. Ainsi en France, où près de 91 % de l'électricité est d'origine nucléaire ou renouvelable, avec donc des émissions de GES extrêmement faibles, le bilan d'un véhicule hybride rechargeable est beaucoup plus favorable que dans d'autres zones comme l'Europe des 27 ou les États-Unis par exemple, où une part importante de l'électricité est produite à partir de charbon et de gaz naturel (voir figure ci-dessous).

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