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Allègement et amélioration de l’architecture du véhicule : une multiplicité de gains


La masse des véhicules a réellement commencé à augmenter de manière notable (de l’ordre de 200 kg) à partir de 1992-1995, en parallèle de leur puissance. Différents facteurs ont contribué à l’achat de véhicules plus lourds et plus puissants : les progrès technologiques (électronisation), la baisse du prix du carburant et des véhicules, la hausse du niveau de vie, les évolutions dans les gammes de véhicules. Cette augmentation de la masse dans une même gamme résulte à la fois de contraintes réglementaires mais aussi et surtout de l’amélioration sensible du confort intérieur : sièges, pneus larges, direction assistée, climatisation, réduction du bruit intérieur, etc. Le récent surpoids des seuls équipements sécuritaires et environnementaux « obligatoires » sur une voiture n’est en réalité que d’environ 90 kg (le reste, soit plus de 100 kg, est lié au confort du passager).
La puissance moyenne d’un véhicule est passée de 63 kW (1998) à 80 kW (2007) et sa masse de 1 030 kg (1995) à 1 260 kg (2007). Ce constat est identique dans les différents pays d’Europe.




Aujourd’hui, avec l’augmentation du prix du carburant et les contraintes environnementales, la question de l’allègement, commune à tous les véhicules, est devenue centrale. Elle est devenue particulièrement cruciale pour les véhicules équipés de batteries. En effet, l’énergie massique contenue dans une batterie (120 à 200 Wh/kg) reste sans commune mesure à celle contenue dans de l’essence ou du gazole (10 000 Wh/kg), pour des questions d’autonomie et de puissance, d’importants progrès doivent être faits sur la réduction de la masse. La difficulté est alors la suivante : comment fortement réduire la masse sans réduire les prestations réglementaires et de confort, tout en diminuant la consommation et cela à un coût acceptable ? Les techniques actuelles ne permettent que de réduire la consommation sans réduire fortement la masse : amélioration de l’aérodynamisme (interne et externe) ; utilisation de pneumatiques plus efficaces (3 % de réduction de consommation) ; climatisation perfectionnée (3 %) ; systèmes de transmission et de direction moins consommateurs ; éclairage LED (3 %) ; auxiliaires électriques optimisés (5 %) ; dispositifs d’aide à la conduite. Autant d’améliorations qui permettront, d’ici à 2020, une réduction de consommation de l’ordre de 30 %. À ces technologies s’ajoutent celles décrites plus haut sur l’hybridation et la motorisation thermique. Mais tout cela a un coût élevé et contribue à complexifier fortement le Il faut donc repartir de la base : viser un véhicule plus léger, et certainement moins performant en matière de vitesse de pointe (réduction de consommation de 15 %).
La climatisation est l’auxiliaire du véhicule le plus consommateur d’énergie (surconsommation respectivement jusqu’à + 12 % et + 43 % pour un diesel atmosphérique en cycle extra-urbain et pour un diesel suralimenté, c’est-à-dire un turbo diesel, en cycle urbain). Cet auxiliaire peut être optimisé par l’intégration d’un système de pilotage automatique.


Pour y arriver, des progrès peuvent être réalisés en travaillant sur les structures, avec des matériaux composites, de l’acier à haute limite élastique (acier HLE), du magnésium (bloc moteur) ou encore de l’aluminium. Il faudra également réduire drastiquement la masse du groupe motopropulseur et optimiser la masse des auxiliaires et des habillages internes (sièges, banquette, tableau de bord, etc.). Cela pourrait conduire à terme à une réduction de masse de 200 kg. L’aboutissement serait ainsi d’obtenir un véhicule de 850-900 kg pour la gamme moyenne-basse et de moins de 1 000 kg pour la gamme moyenne-haute.

On reste loin cependant du concept de « petit véhicule électrique allégé » qui ne pourrait être viable que pour un poids de 400 à 700 kg. Au-delà des problèmes de sécurité (chocs, hétérogénéité des véhicules en circulation) que poseront ces véhicules, ce sont les « normes » de confort qu’il faudra revoir. Un compromis masse/confort doit nécessairement être trouvé pour permettre au véhicule électrique de se développer. Ces nouveaux concepts de véhicules verront également émerger de nouvelles architectures spécifiques au véhicule électrique : véhicule mono ou biplace ou encore véhicule équipé de moteur-roue, avec, par exemple, la technologie Active Wheel développée par Michelin, technologie dont le principal avantage est de libérer de la place pour les structures (ce qui favorise le développement des petits véhicules électriques, dont les batteries seront logées dans le plateau porteur). Cette technologie équipe déjà les véhicules Michelin HY-Light, Will (Michelin-Heuliez) et Venturi Volage.

L’émergence de ces nouvelles architectures entraînera alors de nouvelles questions sur la cohérence de la circulation, notamment en milieu urbain, des différents types de véhicules (gros véhicules rapides thermiques, petits véhicules légers électriques, etc.). L’impact sur l’encombrement urbain reste également à évaluer : y aura-t-il davantage de véhicules ? La taille moyenne des véhicules sera-t-elle diminuée ? Peut-on espérer un gain de place pour le stationnement ?

Quoi qu’il en soit, le développement des véhicules petits et très légers semble bien difficile. Ainsi, à moyen terme (horizon 2030), l’avenir du véhicule particulier paraît davantage être celui d’un véhicule d’un peu moins de 800 kg, possédant une motorisation hybride thermique-électrique, équipé d’un moteur à 3 cylindres, à performances « limitées » (vitesse maximale de 130-140 km/h) et consommant un biocarburant de deuxième génération. Les émissions de CO2 d’un tel véhicule devraient ainsi être égales, voire inférieures à 40 gCO2/km (l’analyse du cycle de vie devient prépondérante pour un niveau si faible d’émissions).

Enfin, il est nécessaire de rappeler qu’au-delà des progrès techniques (40-50 % de réduction de consommation à horizon 2050) et de la limitation des performances dynamiques du véhicule (15 % de réduction de consommation à horizon 2050), le changement de comportement du conducteur (20 % de réduction de consommation en suivant les consignes des systèmes intelligents informatifs et interactifs) permettra également des gains d’énergie substantiels, et qui plus est, à plus court terme.

Le transport routier de marchandises


Le transport de marchandises par les véhicules routiers se partage entre la distribution urbaine et périurbaine avec des véhicules de tonnages limités (6 à 8 tonnes au maximum) et le transport à moyenne et longue distances avec des camions grands routiers de forts tonnages (20 à 40-45 tonnes). Pour les premiers, les motorisations sont issues de celles des véhicules particuliers et les progrès techniques seront identiques (motorisations thermiques, hybrides et électriques) et seront appliqués selon les usages. Pour les grands routiers, les progrès porteront sur l’amélioration des motorisations diesel actuelles, la possibilité d’utiliser d’autres carburants (dual-fuel : gazole-gaz naturel), peut-être la transmission électrique à partir d’un moteur thermique, mais aussi sur l’optimisation énergétique globale (auxiliaires) et l’allègement à vide : l’objectif est de viser un gain énergétique de 20 % à 30 % à la tonne utile transportée. En réalité, les progrès pour les grands routiers seront toujours et surtout très liés à l’optimisation logistique : éviter les transports à vide, choix du camion adapté aux marchandises à transporter en termes de masse et de volume, éco-conduite et donc formation des professionnels.