Électrification et hybridation

Le véhicule électrique est encore loin d'être mature. La voiture 100 % électrique est pour l'instant réservée aux courtes distances, à cause de sa faible autonomie et du coût élevé des batteries. Le véhicule hybride offre quant à lui une plus grande autonomie, grâce à l'association d'un moteur thermique et d'une batterie. Cela permet d'adopter le mode de fonctionnement optimal (thermique, électrique ou combiné) en fonction du trajet. En agglomération, le véhicule peut ainsi fonctionner en mode tout électrique, tandis que pour les longues distances, la motorisation thermique reste la plus performante. Qui plus est si elle utilise un carburant « bas carbone », comme le gaz naturel par exemple.

En s'appuyant sur l'expérience acquise dans les motorisations conventionnelles, IFP Energies nouvelles développe les briques technologiques qui permettront aux constructeurs de développer les véhicules hybrides de demain. En effet, différents niveaux d'hybridation sont possibles (stop & start, récupération de l'énergie de freinage, accroissement du couple moteur, optimisation de la gestion de l'énergie à bord, hybridation rechargeable plug in, etc.) en fonction de la gamme de véhicule, des conditions d'usage et des performances souhaitées.

Parmi ces options, IFP Energies nouvelles a choisi de concentrer ses efforts sur le véhicule hybride rechargeable. Cette approche offre une perspective de gain en consommation d'énergie de 40 % par rapport aux véhicules conventionnels.

Les recherches d'IFP Energies nouvelles portent plus largement sur l'optimisation de l'énergie à bord d'un véhicule ou d'une flotte de véhicules. Il s'agit en particulier de prendre en compte l'interaction entre le véhicule et son environnement grâce à l'utilisation des technologies de l'information et de la communication.

Des défis techniques et économiques

L'électrification des véhicules se heurte encore à des problématiques techniques complexes, dont le stockage de l'énergie. Les principaux axes de recherche d'IFP Energies nouvelles portent sur l'architecture des nouvelles motorisations hybrides et leur intégration au sein du véhicule, sur la simulation numérique et le dimensionnement des différents composants, sur le contrôle électronique de ces derniers et sur la supervision de l'énergie à bord.

La modélisation intervient surtout pour l'élaboration et l'optimisation des systèmes de combustion. Les modèles physiques utilisés sont validés à partir de solides bases de données expérimentales, et s'enrichissent régulièrement grâce à la mise en œuvre de nouvelles techniques d'investigation.

IFP Energies nouvelles exploite également le potentiel offert par la modélisation aux grandes échelles (Large-Eddy Simulation ou LES) pour l'étude de l'écoulement, de l'injection et de la combustion dans les moteurs à essence. La simulation LES offre une précision inégalée et permet de mieux reproduire les comportements transitoires.

La simulation est employée via une approche système pour le dimensionnement et la validation de composants ou de groupes motopropulseurs complets. Elle joue un rôle essentiel dans la réduction des cycles de développement. Ainsi, dans le cadre du projet HyHIL, IFP Energies nouvelles a réalisé une plate-forme expérimentale permettant de reproduire et d'évaluer très rapidement différentes architectures complexes de véhicules hybrides.

Le banc d'essais haute dynamique est seulement équipé d'un moteur thermique, tous les autres composants (moteur électrique, transmission, batterie, etc.) étant simulés avec un niveau de précision très élevé. On peut ainsi quantifier les performances d'un groupe motopropulseur hybride avant toute expérimentation sur véhicule. Cette approche HIL est également appliquée sur nos bancs batteries depuis 2010 : l'élément physique est constitué par la batterie (ou un élément de batterie), et le reste du véhicule est entièrement simulé.

Le contrôle moteur est lui aussi au cœur des recherches d'IFP Energies nouvelles. Il permet d'optimiser, par des algorithmes de calcul, le fonctionnement de chaque composant d'un groupe motopropulseur : moteur thermique, système de post-traitement des gaz d'échappement, moteur électrique, batterie, etc.
Il assure également la supervision de l'ensemble de ces composants de façon à garantir les meilleures performances en gestion d'énergie, sûreté de fonctionnement et fiabilité. Il intervient à différents stades du développement d'un véhicule, depuis les premiers tests d'un concept de groupe motopropulseur jusqu'à la mise au point d'un véhicule démonstrateur. Les motorisations hybrides, la réduction des consommations et des émissions des moteurs diesel et essence, ou encore les carburants alternatifs posent bien évidemment des défis aux chercheurs dans ce domaine.

De multiples partenariats

IFP Energies nouvelles travaille en étroite collaboration avec d'autres instituts de recherche, notamment dans le cadre des Instituts Carnot, dont il fait partie depuis 2006 pour son activité moteur.

Il participe aussi à plusieurs pôles de compétitivité, notamment Mov'eo dans le secteur de l'automobile et LUTB dans le secteur des poids lourds. Enfin, dans le cadre du Grand emprunt, IFP Energies nouvelles est porteur d'un projet d'institut thématique d'excellence en Ile-de-France baptisé VeDeCoM, visant à faciliter la mise sur le marché de véhicules intelligents et communicants par le regroupement des forces entre la recherche et l'industrie.

IFP Energies nouvelles participe à de nombreux projets de démonstrateurs issus des appels à manifestation d'intérêt de l'Ademe, comme VELROUE (avec Renault et Michelin), HYDOLE (avec PSA, EDF, Freescale, Leroy Somer et le CEA) ou encore TIGRE (piloté par Renault Trucks).
Par ailleurs, il noue des partenariats stratégiques de long terme. Comme avec PSA et Renault (recherches amont sur le moteur à combustion interne), LMS (logiciels métiers moteurs), D2T (ingénierie du groupe motopropulseur et équipements d'essais), et plus récemment Valeo (contrat-cadre signé en décembre 2010 dans le domaine de la combustion interne et des motorisations hybrides et électriques).
Enfin, il s'appuie sur sa filiale D2T pour la valorisation industrielle de ses travaux de R&D dans les domaines de l'ingénierie du groupe motopropulseur et des équipements d'essais.

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