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Les véhicules électrifiés

Août 2009

Pour réduire les émissions de CO₂ et la dépendance pétrolière du secteur transports, les véhicules électrifiés présentent un potentiel important.
De l'hybride simple à l'hybride plug-in en passant par le véhicule entièrement électrique, les configurations sont nombreuses et elles tendent toutes vers des performances environnementales améliorées.

Philippe Pinchon, Directeur Moteurs-Energie à IFP Energies nouvelles, nous explique pourquoi l'électrification du véhicule va être progressivement augmentée et quels en seront les bénéfices.

Quels types de véhicules électrifiés vont se développer à l'avenir ?

Ph. P. : Les perspectives pour le marché mondial de l'hybride sont estimées entre 6 et 7 % des ventes à l'horizon 2018. Différentes configurations de véhicules hybrides, avec des puissances électriques disponibles à bord très variables, vont se développer. Selon leur configuration respective, et particulièrement les caractéristiques de leur batterie, les différents modèles vont avoir une autonomie électrique variant typiquement entre 5 et 200 kilomètres. Il faudra également compter dans les années à venir avec les véhicules purement électriques pour des usages essentiellement intra-urbains.
Selon le segment de marché et les usages visés, le choix s'orientera vers la solution offrant le meilleur compromis entre les gains en consommation énergétique et le surcoût du système embarqué et des infrastructures.

Quels sont leurs avantages en terme environnemental ?

Ph. P. : Les véhicules hybrides qui associent un moteur thermique, une machine électrique et leurs stockages d'énergie respectifs (réservoir de carburant et batterie) présentent un potentiel élevé en termes de réduction des émissions de CO₂. Cette association permet en effet de choisir le mode de fonctionnement optimal (thermique, électrique ou combiné) selon le profil du trajet, et notamment de réserver l'utilisation du moteur thermique dans ses zones de bon rendement.

Mais la réduction de consommation de carburant et donc d'émissions de CO₂ est fonction du degré d'électrification du véhicule : 3 à 7 % pour les modèles Stop&Start qui stoppent le moteur thermique à l'arrêt du véhicule; 20 à 35 % pour les modèles Full hybrid (capables de fonctionner en mode tout électrique sur de très courtes distances, entre 1 et 5 kilomètres), grâce notamment à la récupération d'énergie électrique lors du freinage. Quant aux futurs modèles rechargeables sur le réseau électrique et pouvant fonctionner en mode tout électrique sur des distances importantes, ils pourraient voir leurs émissions de CO₂ réduites de 50 à 90 % en usage urbain et à condition toutefois que l'électricité soit produite à partir d'une source bas carbone comme en France. Enfin, avec les voitures électriques, des réductions moyennes d'émissions de CO₂ de 50 % sont possibles en Europe.

Il ne faut en effet pas oublier que les marges de progrès sont très variables selon la source d'énergie électrique utilisée, la France avec une électricité d'origine nucléaire étant plutôt bien positionnée.

Y a-t-il encore des défis à relever avant une mise sur le marché à grande échelle ?

Ph. P. : Les batteries, dont la densité d'énergie et de puissance doit être augmentée et le coût abaissé tout en assurant les meilleures conditions de sécurité, nécessitent encore beaucoup de travaux de R&D. Les batteries lithium-ion et lithium-polymère constituent un réel progrès en termes de puissance embarquée comparées aux batteries nickel-métal-hydrure. Mais elles sont plus coûteuses et posent plus de problèmes de sécurité.

Des progrès doivent aussi être réalisés sur le moteur électrique lui-même, encore trop couteux et peu adapté à la grande série automobile. Autre point clé, le superviseur, véritable cerveau de l'automobile qui gère l'énergie à bord, les systèmes de climatisation, le freinage et les infrastructures de recharge. De fait, les architectures des véhicules hybrides sont complexes. De nombreux modes de fonctionnement sont possibles, du 100 % thermique au 100 % électrique en passant par la récupération d'énergie au cours du freinage où l'inertie du véhicule permet de recharger la batterie.
Les deux systèmes de motorisation peuvent aussi être utilisés en même temps, "en parallèle", pour disposer d'un supplément de puissance.
Tout ceci doit donc être piloté en temps réel par des logiciels intégrés dans les contrôleurs embarqués dans le véhicule pour, qu'à chaque instant, soit prise les meilleures décisions pour optimiser la charge de la batterie, diminuer la consommation et assurer le meilleur agrément de conduite.

Quels sont les travaux et les compétences d'IFP Energies nouvelles dans ce domaine ?

Ph. P. : Bénéficiant de compétences clés en technologies moteurs, modélisation, simulation et contrôle, IFP Energies nouvelles a engagé des travaux importants, en partenariat avec les industriels, dans le domaine de l'hybride et l'électrique. Les recherches s'articulent autour des axes suivants : la conception de moteurs thermiques dédiés au véhicule hybride, la mise au point de stratégies de contrôle pour optimiser la gestion de l'énergie à bord et opérer le choix, en fonction de l'usage du véhicule, de la répartition de la puissance entre le moteur thermique et la machine électrique et, enfin, l'amélioration de la gestion des batteries et en particulier du diagnostic de l'état de charge pour étendre leur plage de fonctionnement. Pour réduire les coûts et délais de développement, IFP Energies nouvelles a adopté une démarche innovante qui associe le travail sur des maquettes virtuelles via la simulation sur ordinateur et des moyens d'essais réels.

IFP Energies nouvelles participe à de nombreux projets dans ce domaine qui réunissent partenaires industriels et académiques (projets ANR, projets du Fonds démonstrateurs de l'Ademe, etc.). Un projet de plate-forme de recherche, qui sera située près de Versailles et regroupera de nombreux moyens d'essais et de calculs est en cours de montage. IFP Energies nouvelles en est un acteur important. On assiste actuellement à une véritable mobilisation autour de la thématique des véhicules hybrides et électriques qui devrait permettre une mise sur le marché accélérée de ces technologies.