Carnot IFPEN Transports Energie

Le Carnot IFPEN Transports Energie membre du réseau Carnot depuis près de 15 ans...

Le Carnot IFPEN Transports Energie a reçu le label « Institut Carnot », dès son lancement par le ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation, en 2006. Au sein du réseau qui compte aujourd’hui 39 Carnot, il poursuit depuis près de 15 ans sa mission : préparer l'avenir industriel et économique en accélérant le transfert de technologies de la recherche vers le mode socio-économique.
> Carnot IFPEN Transports Energie
 

... et engagé dans deux filières Carnot

Les Carnot impliqués dans un même secteur de marché s’organisent et regroupent leurs moyens pour faire bénéficier les entreprises d’une offre de partenariat et de transfert de connaissances et de technologies complète et lisible. Le Carnot IFPEN Transports Energie est engagé dans les filières :
> Carnauto, dédié à l'automobile et la mobilité,  en tant que coordinateur
> AirCar : dédiée à l'aéronautique, en tant que membre

Mobilité électrifiée     
Contexte et enjeux

Au niveau mondial, le secteur du transport représente 24 % du total des émissions de gaz à effet de serre (GES) (31 % en France). Pour les réduire au niveau local, le recours à l’énergie électrique s’intensifie sur tous les segments de marché et dans tous les pays, des véhicules particuliers aux véhicules de transport de personnes et de marchandises. 

L’électrification des transports permet en outre de : 

• réduire significativement les émissions de polluants locaux et de CO₂,
• améliorer le bilan énergétique des véhicules, grâce par exemple à la récupération de l’énergie de freinage.

Les efforts technologiques à produire concernent :

• les machines électriques et leur électronique de puissance associée (onduleurs et contrôle),
• les stockeurs électrochimiques (batteries) et leur contrôle,
• les piles à combustible comme alternative à la batterie,
• l’électrification de fonctions du groupe motopropulseur comme le turbocompresseur,
• les systèmes de récupération d’énergie, basés sur des cycles de Rankine (ORC) par exemple, pour valoriser l’énergie thermique perdue dans les gaz d’échappement des moteurs thermiques hybridés ou les circuits de refroidissement des moteurs thermiques, voire des piles à combustible.
   

Une réduction drastique des prix de vente, le déploiement d’infrastructures de recharge rapide et le développement de politiques publiques incitatives pour augmenter les parts de marché sont les trois principaux défis à relever pour que l’électrique devienne une alternative pérenne et massive au thermique dans le parc automobile mondial.

Les véhicules électriques pourraient représenter de 6 à 9 % du parc mondial en 2030 (contre moins de 1% en 2016) – Source Foley.

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MOTORISATIONS THERMIQUES      
Contexte et enjeux

En complément à l’électrification, l'atteinte des objectifs ambitieux de réduction des émissions de CO₂ du secteur des transports et du off-road à l'horizon 2030 impose une nette amélioration des motorisations thermiques utilisant des carburants à faible empreinte environnementale ou d’hydrogène renouvelable, de manière à :

• rendre accessible à tous les usages des technologies sobres et efficientes,
• recourir à un degré d'hybridation croissant en fonction du type d'application,
• viser de forts rendements moyens des moteurs thermiques et des émissions proches de zéro,
• accélérer l’utilisation d’hydrogène renouvelable.

Quatre objectifs principaux vont permettre de relever ces défis :


1 - Augmenter significativement le rendement thermodynamique des motorisations thermiques :
 

• par l'optimisation des technologies existantes ou émergentes,
• mais aussi par l'introduction de solutions en rupture,
• tout en veillant à conserver un système de dépollution simple et efficace sur toute sa plage de fonctionnement.

2 - Atteindre des niveaux d’émissions de polluants avec un impact nul sur la qualité de l’air en usage réel et pour toute la durée de vie du véhicule, selon trois axes :
 

• développer des systèmes de post-traitement innovants,
• qualifier finement l’impact des émissions sur la qualité de l’air,
• contrôler en temps réel les émissions de polluants.

3 - Développer des moteurs à hydrogène permettant l’utilisation des moyens de production industriel existants :
 

• concevoir des systèmes de combustion optimisés, 
• adapter la boucle d’air et son contrôle,
• identifier des systèmes de post-traitement pour un impact nul sur la qualité de l’air.

4 - Identifier les carburants présentant un double impact pour réduire les émissions de CO2 :
 

• par leur origine non fossile (biocarburants et carburants de synthèse ou E-Fuels),
• et grâce à leurs propriétés favorables à l’amélioration du rendement des moteurs.
   

La part des carburants liquides dans le transport terrestre restera encore significative les prochaines années. A l’horizon 2040, elle sera à plus de 80 % au niveau mondial (source : BP) et entre 60 et 70% en Europe (scénarios WAPO).

Mobilité connectée        
Contexte et Enjeux

• L’automobile subit une double transformation :
  • une « maîtrisée » et poussée par une motivation des constructeurs, même si les GAFA les stimulent et veulent y jouer un rôle : le véhicule autonome,
  • l’autre subie et venant de la société, conséquence du dieselgate. Par une désaffection du moteur diesel automobile et une disparation annoncée en 2040 du moteur thermique, elle accélère, à marche forcée, la mutation du secteur automobile vers une électrification généralisée et une emprise du logiciel, embarqué ou pas.
     
• Durcissement des normes Euro applicables aux véhicules neufs >> les constructeurs ont développé des systèmes de dépollution de plus en plus performants.
   
• Mais les émissions en conditions réelles sont bien plus importantes que la norme, en raison notamment de conditions d’homologation trop restreintes. La nouvelle norme WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures), entrée en vigueur à l’automne 2017 pour les véhicules mis en circulation à cette date, permettra une homologation plus fidèle à la réalité ; mais cela ne concernera que les véhicules neufs, donc une partie du parc automobile.
   
• L’efficacité énergétique et le niveau des émissions d’un véhicule dépendent aussi de son usage en conditions réelles >> connecter les véhicules en exploitant les possibilités offertes par les technologies de l’information et de la communication (TIC) doit permettre d’accompagner les conducteurs dans l’amélioration de leur comportement au volant et in fine d’améliorer la qualité de l’air.
   

Faire évoluer en profondeur les habitudes de mobilités exige à la fois de :

• sensibiliser les automobilistes sur l’impact de leur conduite en matière de polluants et sur l’effet de ces derniers sur la qualité de l’air, et donc leur santé et celle de leurs concitoyens,
• les aider à « mieux » rouler.
   

Pour un même véhicule et un même trajet, la variation des émissions de NOx peut aller jusqu’à 400 % et celle des émissions de CO₂ jusqu’à 20 % : optimiser le style de conduite est donc un facteur majeur de réduction des NO_x (source IFPEN).

IFPEN participe à l’amélioration de la qualité de l’air dans les villes en développant des outils connectés, pour les territoires, le grand public et les professionnels de la route, capables de mesurer leur empreinte environnementale (CO₂, énergie et polluants) et de les conseiller pour améliorer leur comportement au volant.

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