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Le véhicule hybride thermique-électrique : une variété d’optimisations possibles selon l’usage choisi


Les innovations concernant les véhicules à motorisations hybrides thermiqueélectrique porteront sur l’optimisation de la circulation des flux d’énergie entre moteur thermique, batteries et moteur électrique, en fonction de l’usage visé. En effet pour un usage urbain, le moteur électrique et les batteries seront davantage mis en avant, et les constructeurs tenteront en parallèle de minimiser la masse du véhicule(petit véhicule léger, batteries à fort stockage massique). Le moteur thermique sera de petite taille et utilisé de manière exceptionnelle pour de longs trajets (prolongateur d’autonomie). Pour un usage routier, le véhicule sera plus lourd, plus gros, le moteur thermique sera prépondérant (pour de nombreux véhicules à hybridation « douce », « forte » et véhicules hybrides rechargeables). Même si la masse reste un facteur majeur, son importance est moindre sur ces véhicules, qui pourront embarquer un poids de batteries plus élevé (jusqu’à 200 kg actuellement). Évidemment, les deux cas exposés ici sont des cas extrêmes pour usage routier ou urbain. Tous les choix de performances du moteur thermique, des batteries et du moteur électrique sont bien entendu possibles pour des situations mixtes.



Le second secteur d’innovation pour le véhicule hybride à motorisation thermiqueélectrique concerne le choix des batteries. La batterie nickel-métal-hydrure (NiMH) est la plus largement utilisée pour ce type de véhicules (à l’exception des hybrides rechargeables qui utilisent majoritairement la batterie Li-ion). Les recherches sur cette batterie se focalisent sur l’augmentation de son énergie massique : 75 Wh/kg actuellement. Ainsi, un véhicule hybride thermique-électrique à batterie NiMH embarque à l’heure actuelle environ 150 kg de batteries (utilisées uniquement à 2-8 % de leur capacité : charge/décharge faible) ce qui lui procure une autonomie en mode tout électrique de quelques kilomètres (2-3 km pour la Peugeot 3008). La batterie Li-ion, qui possède, elle, une énergie massique plus importante (120-200 Wh/kg) procure une autonomie en mode tout électrique plus grande : environ 20 km (23 km pour la Toyota Prius rechargeable dont la sortie est prévue en 2012).

La batterie NiMH a une très bonne durée de vie (de l’ordre de 15 ans, soit la durée de vie du véhicule). En outre, elle est pour le moment moins chère que la batterie Li-ion. Cette dernière reste donc principalement destinée aux véhicules électriques, pour lesquels le critère de poids et d’autonomie est prépondérant. Mais avec les progrès techniques et économiques prévisibles à court terme de la batterie Li-ion, les véhicules hybrides devraient également finir par l’adopter au détriment de la NiMH.

Compte tenu des évolutions technologiques, on peut envisager de réduire les émissions de CO2 des véhicules à motorisation hybride-électrique de manière conséquente. On peut ainsi espérer atteindre 40 gCO2/km avec des performances limitées (vitesse maximale réduite et allègement). Du fait des faibles émissions de ce type de véhicules, le résultat des analyses des cycles de vie (en matière d’émissions) peut alors devenir prépondérant. Cela renvoie à la problématique de recyclage des matières premières (lithium, terres rares), recyclage qui n’est pour le moment pas réalisé mais qui devrait se développer à court terme, pour des questions de coût.

L’utilisation des biocarburants pourrait permettre de réduire encore l’empreinte CO2 des véhicules thermiques ou hybrides thermiques-électriques.

Enfin, pour descendre sous ce seuil d’émissions, l’unique solution (à l’heure actuelle) est de s’orienter vers un véhicule électrique.