TPE Année 2013

VOITURES INNOVANTES

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L’hybride :

la solution ?

Les véhicules hybrides, panacée des problèmes de transport ?

Problèmes de transports

Pages 4-5

L’hybride, une grande différence avec les modèles conventionnels ?

Pages 6-8

Deux moteurs, une complémentarité économique ?

Pages 9-11

L’hybride, dans tous les moyens de transports ? Des marques qui innovent

Pages 12-13 D’autres énergies pour l’automobile ?

Pages 14-15

Pour conclure

Page 16

Sommaire

Page 2

L’énergie dite hybride des véhicules automobiles est en sorte la simple combinaison de deux énergies : l’énergie électrique et l’énergie thermi-que. La combinaison de ces deux éner-gies n’est malheureusement pas simple à faire puisque ces deux énergie n’ont pas la même utilité (l’électrique ne sert à rien lors des trajets à grandes vites-ses du fait une puissance trop faible dans le cadre automobile). Elle néces-site une gestion des deux moteurs simultanément et ceux-ci avec une grande précision, raison pour laquelle les véhicules hybrides commencent à se généraliser par l’utilisation des na-notechnologies et des hautes techno-logies. Cependant, ces technologies sont coûteuses, c’est pourquoi de nombreuses marques haut de gamme les développent : néanmoins sans que les consommateurs en ressentent le

coût plus élevé. On retrouve ainsi les marques Porsche, Cayenne, ou encore les marques allemandes (Audi, BMW), les coûts sont alors aux alentours des 100000€. Des véhicules, plus modes-tes, accessibles aux plus grand nombre, sont aussi fabriqués. Cependant, ils sont encore couteux (des modèles à partir de 20000€ mais la grande part du marché se situe dans les 40000€) et leur rentabilité reste à démontrer (pourquoi acheter un hybride plus qu’un thermique traditionnel?). Les véhicules hybrides reçoi-vent, il est vrai en France, une aide gouvernementale (de 2000€ à 4000€) mais cet investissement a-t-il réelle-ment des intérêts économiques, écolo-giques et durables sur le long terme ? Clairement, les véhicules hybrides sont-ils la solution aux problèmes actuels des transports mondiaux ?

La technologie hybride

Les véhicules hybrides, panacée des problèmes de transport ?

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TPE Année 2013

La pollution

« Des primes ont

été mises en

place pour

encourager les

consommateurs à

acheter des

véhicules moins

polluants. »

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Technologies innovantes

d’hydrocarbures non brû-lés. Cependant, toutes ces émissions de polluants sont en baisse. Il est vrai que le CO2 représente la plupart des rejets polluants dans l’atmosphère lors du fonc-tionnement du véhicule. Aussi les transports sont responsable de 45% des émissions totales de CO2. Cependant ces émissions de polluants peuvent dé-

Lorsque l’on parle de pollution des transports, on pense aussitôt au dioxy-de de carbone CO2, mais de nombreuses autres es-pèces chimiques s’échap-pent lors du fonctionne-ment du véhicule, ils dépen-dent généralement du type de combustible utilisé: par exemple, la combustion du diesel entraîne l’émission de particules et d’oxydes d’azote NOx, mais aussi

pendre des choix des utili-sateurs ou du propriétaire. Des primes (bonus/malus) ont d’ailleurs été mises en place pour encourager les consommateurs à acheter des véhicules moins pol-luants ( jusqu’à –7000€ sur le prix initial). Mais la pollution des transports, c’est aussi la pollution sonore, l’utilisa-tion de plus en plus fré-quente des véhicules en-gendre des nuisances sono-res sur les populations voi-sines du trajet effectué (habitants, animaux,…). De plus , le nom-bre grandissant de véhicu-les en circulation entraine l’engorgement des villes et les rendent moins sécurisés pour les piétons ou autres usagers.

Problèmes de transport

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76

1990 1995 2000 2005 2010

Evolution des émissions de CO2

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Evolution des rejets des principaux polluants (autres que C02)

Emissions de NOx

Emissions de COVNM

Emissions de CO

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Interview d’un mécanicien Toyota : ‘‘Le coût des voitures Toyota n'est pas sensiblement diffé-rent, seulement 1000 € d'écart pour une voiture de même gamme, cela grâce au bonus éco-gouvernemental’’

Les réserves éner-gétiques mondiales de pé-trole sont estimées à 164,4 milliards de tonnes. Environ 50% ont déjà été pompées. En Juin 2008, il restait 42 années de réser-ve, au rythme actuel de la consommation qui était de 80 Mbbls* journalier. (1baril=159L, soit une consommation journalière de 12.72 Milliards de litres). Or cette consommation est

en constante hausse, par l’émergence de nouveaux pays : les pays asiatiques tel la Chine, l’Inde,... ou encore l’Amérique latine avec le Brésil,… On constate donc une raréfaction grandissan-te de cet or noir, étant donné que sa synthèse est pour l’heure impossible et qu’il faut des milliers années à la nature pour le produi-re.

dernier émet des particules dans l’atmosphère, très nocives pour l’homme. Il existe maintenant des sys-tèmes qui limitent les rejets dans l’environnement (pots catalytiques, modification du moteur,…). La pollution sono-re est en constante aug-mentation. Des études ont d’ailleurs vérifié que cette pollution sonore pouvait être responsable du déve-loppement de maladies telles que les maladies car-diovasculaires. L’utilisation de plus en plus fréquente des transports oblige la créa-

tion d’axes routiers. Ce besoin de (re-)faire ces axes est couteux pour les collectivités, mais aussi pol-luant pour l’environnement (le bitume est imperméable et à base de produits pé-troliers, la mise en place des voies entraîne la dispa-rition d’écosystèmes et l’exploitation des routes entraîne des pollutions sur l’environnement proche, car les produits de traite-ment (peintures,…) sont à base de produits polluants.

Le transport auto-mobile regroupe un grand nombre d’inconvénients impactant l’environnement (naturel, humain,…). La pollution au dioxyde de carbone dépend du carburant, de la consommation du moteur, du poids du véhicule ou de son chargement, de la cli-matisation et de la manière du conducteur de mener son véhicule. Le dioxyde de carbone est responsable du gaz à effet de serre. Les véhicules émettant le moins de CO2 sont les véhicules électrique, hybride, GPL, ou diesel. Cependant ce

« En juin 2008, il

restait 42 années

de réserve, au

rythme actuel de

la consommation

[…] »

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TPE Année 2013

Raréfaction du pétrole

Les impacts environnementaux

*Mbbls : millions de barils

Une voiture hybride, c’est en fait une voiture à deux moteurs, mais ces deux moteurs fonc-tionnent en même temps pour permettre la plus faible consommation en carburant et la plus grande performance du véhicule. Dans la plupart des cas, l’énergie électrique est four-nie directement (récupération du surplus d’énergie) ou indirectement (récupération des freinages) par le moteur thermique (cf 2 systèmes hybride).

2 systèmes d’hybridation mier modèle mondial lancé en 1997. C’est l’alliance de l’énergie du moteur thermi-que et du moteur électri-que qui permet au véhicule d’avancer, la voiture peut circuler en tout-électrique, avec les deux moteurs pour une puissance optimale ou en moteur thermique seul. La voiture hybri-de « série » est une voiture électrique pourvue d’un groupe électrogène (moteur thermique fonc-tionnant au gasoil). En soit, c’est le moteur électrique qui tracte la voiture, cepen-dant, il est aidé par le mo-teur thermique qui lui per-

met de recharger les batte-ries ou qui lui donne la puissance nécessaire pour fonctionner. Comme dans la « mild hybride » (cf d’au-tres systèmes d’hybrida-tion), ces voitures récupè-rent, le plus souvent, l’é-nergie cinétique des freina-ges pour recharger leurs batteries et la réutiliser ensuite. Dans ces systèmes, on remarquera une très faible perte énergétique, une grande partie de l’éner-gie déployée est récupérée au freinage.

Les véhicules, ca-ractérisés et repérés com-me hybride sont dotés de systèmes hybrides sophisti-qués, les nouvelles techno-logies ayant grandement contribué au développe-ment de ces véhicules (passage d’un moteur à l’autre sans commande du conducteur par exemple). Il existe deux systèmes qui équipent la plupart des vé-hicules sur le marché : l’hy-bride parallèle et l’hybride série. La voiture hybride « parallèle » est la plus connue, elle équipe notam-ment la Toyota Prius, pre-

« Dans ces

systèmes, on

remarquera une

très faible perte

énergétique »

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Technologies innovantes

batterie (arrêt et redémar-rage automatique du mo-teur thermique au feu rou-ge par exemple) ; elle per-met une consommation moindre avec des arrêts du moteur lorsque la voiture est à l’arrêt plus d’un cer-tain temps. Le mild hybride permet la récupération et le stockage

D’autres systèmes hybri-des, plus petits que les 2 précédents et plus discrets existent, c’est le cas du micro hybride et du mild hybride. La micro hybride, c’est une voiture à moteur thermi-que mais dont certaines fonctionnalités de bases sont alimentées par une

temporaire de l’énergie cinétique en énergie élec-trique, elle est développée et récupérée lors d’un frei-nage. Le véhicule peut ainsi déployer davantage de puis-sance lors de l’accélération suivante, sans augmenter la consommation de carbu-rant. Un petit moteur élec-trique utilise en effet cette énergie automatiquement

D’autres systèmes d’hybridation

L’hybride, une grande différence avec les modèles conventionnels ?

2 systèmes, un même principe

Le démarrage

Pendant les accélé-rations, les deux moteurs (conjointement) offrent à la voiture une puissance maxi-male qui lui permet d’at-teindre la vitesse souhaité le plus rapidement possible sans augmenter de beau-coup la consommation.

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TPE Année 2013

Au démarrage de la voiture, le moteur élec-trique fournit la puissance nécessaire pour faire dé-marrer la voiture. Le mo-teur électrique peut fonc-tionner seul pendant envi-ron 2km à une vitesse de 30km.h-1.

S’il existe deux systèmes qui équipent actuellement les véhicules hybrides, leur principe de fonctionnement est le même. Ils ont aussi un but principal : optimiser l’utilisation des deux moteurs et réduire le coût d’utili-sation pour le consommateur. Ce principe est expliqué ici pour une voiture hybride dite « parallèle ».

Lorsque le véhicu-le atteint une vitesse cons-tante, le moteur thermique assure seul la motorisation du véhicule. Il prend un rythme constant et rechar-ge au passage les batteries. Les variations de vitesse ne changent pas le rythme du moteur, celui-ci s’arrêtent alors de recharger les bat-teries et offre toute sa puissance à la motorisation.

Phase d’accélération

Phase à vitesse constante

inverse que lorsqu’il action-ne les roues motrices : il transforme l'énergie méca-nique en énergie électrique, puis la stocke dans les bat-teries. L'énergie est ensuite réutilisée lors de la phase d'accélération, permettant d’augmenter l’autonomie des batteries et de dimi-nuer, de ce fait, la consom-mation de carburant.

L’énergie cinétique produite est calculée par la formule Ec = ½ m × v² (m : masse du véhicule en kilo-gramme (kg) ; v : vitesse du véhicule en mètre par se-conde (m.s-1) ; Ec : énergie cinétique en Joule (J)).

Des résultats mon-trent une économie pou-vant aller jusqu’à 15 à 18% de carburant.

Lors des freinages, l’énergie cinétique, au lieu d’être dispersée en chaleur, est récupérée par un mo-teur électrique. Dans les véhicules hybrides, tel que les voitures Toyota équi-pées du système HSD, c’est le moteur électrique qui joue le rôle de récupéra-

teur de l’énergie produite. Le mo-teur fonc-tionne alors de la façon

« Les résultats

montrent une

économie pouvant

aller jusqu’à 15 à

18% de

carburant. »

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Technologies innovantes

La récupération de l’énergie cinétique

km.h-1 à 0 km.h-1) près de : Ec = ½ x 850 x 25²= 265kJ Le pouvoir calorifique de l’essence qu’utilise ce véhi-cule est de 35,5MJ.L-1. On peut ainsi constater une

économie d’énergie égale à ≈ 0,008L de carburant (soit 160m, pour une consom-mation moyenne de 5l/100km).

A titre d’exemple : Une voiture de tourisme de 850 kg équipée d’un systè-me de récupération d’éner-gie cinétique roulant à 90km.h-1 libère lors d’un freinage (passage de 90

Système HSD de Toyota

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Moteur hybride Toyo-ta équipé du système HSD

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Interview d’un mécanicien Toyota : ‘‘C'est évident que c'est moins polluant qu'une es-sence car il y a moins de consommation’’

Une voiture hybride est constituée de deux moteurs puisqu’elle fonctionne à l’aide de deux sources d’énergies distinctes, le plus généralement c’est une combinaison du thermi-que et de l’électrique. En effet l’intérêt du moteur électrique dans ces véhicules est son rendement élevé, en effet près de 90% de l’énergie électrique est transmise en énergie mécanique, ce rendement contraste avec celui du moteur thermique où seulement 35 à 40% de l’énergie électrique est transmis en énergie mécanique. L’alliance de ces deux mo-teurs permet donc un rendement correct, cependant la fiabilité des moteurs électriques est parfois décriée (risque d’une casse moteur, surchauffe, soucis de batteries,…) malgré de très bons résultats à tous niveaux (endurance,…), ceci est peut-être la conséquence de la nouveauté de ces technologies et du manque de recul par rapport à celle-ci. Cette bi- motorisation donne ainsi au véhicule une certaine viabilité, par l’expérience acquise sur le moteur thermique.

Les voitures hybrides sont le plus souvent généralement construites de la même manière, les deux moteurs à l’avant et les batteries et le réservoir à l’arrière (photo ci-dessous), mais cette complémentarité est-elle économique ?

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TPE Année 2013 Deux moteurs, une complémentarité économique ?

un rotor, constitué d’une bobine qui entraîne l’axe central. L’axe central redis-tribue ensuite la force mé-canique vers le système d’entraînement des roues. Le moteur électrique fonc-tionne avec l’électricité stockée dans les batteries.

Le moteur le plus utilisé dans l’automobile est celui dit continu, en effet il s’adapte facilement aux variations de vitesse, de sens de rotation,… Le moteur électrique compor-te deux parties : un stator, qui un aimant immobile, et

Schéma d’une moteur électrique Sour

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e -Le principe de fonctionnement

Le moteur électrique

Vue d’une voiture hybride, placement des principaux éléments de la motorisation. Voiture Citroën DS5

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Interview d’un mécanicien Toyota : ‘‘les véhicules hybrides de Toyota ont un moteur hybri-de couplé avec un moteur essence, les batteries se trou-vant dans le coffre’’

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Technologies innovantes

Deux moteurs, une complémentarité économique ?

en plus à base de lithium. En effet, celle-ci permettent de stocker entre 80 et 200 W.h par kilogramme de batterie. Cela représente une autonomie de l’ordre de 150 km avec un groupe de batteries de 100 à 200 kg. Les batteries lithium-ion présentent cependant l’in-convénient du prix, en effet le prix d’une batterie avoi-sine les 6000 à 12000€. Les techniques, l’utilisation des nanotechnologies pour la structure des éléments de la batterie et de matériaux rares, et donc coûteux, en sont les responsables.

Une batterie se compose de trois éléments. Une anode, qui est le pôle négatif, une cathode, qui est le pôle positif et un électro-lyte, qui est l’élément

(liquide ou solide) conducteur permettant le passage du courant entre ces deux pôles.

Le fonctionnement de la batterie repose sur une double réaction chi-mique à chaque pôle de la batterie qui va opérer un transfert d’électrons : -l’anode cède des élec-trons : cette demi-réaction est une oxyda-tion -la cathode les récupè-re : cette demi-réaction

est une réduction Le fonctionnement

d’une batterie, de n’impor-te quels matériaux, repose

sur l’utilisation de couples de métaux capables d’é-changer des électrons. Lorsqu’on utilise la batterie pour fournir du courant, la réaction d’oxydoréduction se produit normalement et les électrons migrent, par le circuit extérieur, de l’a-node vers la cathode. La batterie fonctionne ainsi jusqu’à qu’il n’y ait plus assez d’éléments chimiques disponibles pour produire de nouveaux ions, la batte-rie cesse alors de fournir du courant, et il faut la charger en la soumettant à un courant électrique exté-rieur (branchement sur le secteur, système de KERS). La réaction se produit alors en sens inverse. Cette re-charge offre un nouveau cycle de vie à la batterie. Les batteries lithium-ion ont la particularité de pou-voir supporter jusqu’à près de 2000 cycles charge/décharge, soit près de 10 ans, en conservant une capacité de stockage de l’ordre de 80%. En effet à la longue, les réactifs de la réaction diminuent légère-ment, la batterie devient alors moins efficace, elle perd de sa capacité de re-chargement.

Les batteries em-magasinent et restituent l’énergie nécessaire au fonctionnement du moteur électrique. Une batterie est un accumulateur élec-trochimique. Elle contient d e s m a t é r i a u x (généralement des métaux), capables de produire une réaction chimique qui four-nit un courant électrique. Cette réaction ne dure qu’un certain temps et pour qu’elle recommence il faut alors recharger l’accu-mulateur.

Il faut, pour que la batterie soit performante, qu’elle soit résistante et puisse être rechargée et déchargée un grand nom-bre de fois sans perdre sa capacité de stockage initia-le. Les technologies et les

matériaux utilisés jouent un rôle important dans les objectifs de performances. Les batteries sont de plus

-Les batteries

«Les batteries

emmagasinent et

restituent l’énergie

nécessaire au

fonctionnement

du moteur

électrique. »

Emplacement des batteries dans les voitures Toyota.

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provoque l'explosion du mélange air - essence ce qui déclenche une poussée sur la tête du piston et sa descente. -4ème temps : Echappe-ment : Le piston remonte avec la soupape d'échappe-ment ouverte, poussant ainsi les gaz brulés vers l'extérieur.

Le moteur 4 temps équipe tous les moteurs utilisant comme carburant de l’es-sence. Comme son nom l’indique, il fonctionne selon 4 temps : -1er temps : Admission : Le point mort haut est consi-déré comme point de dé-part du cycle (donc piston en position haute). Lors de sa descente, le piston aspi-

re par la soupape d'admis-sion le mélange air - essen-ce. -2ème temps : Compres-sion : En remontant le pis-ton comprime le mélange. Les deux soupapes, celle d’admission et celle d’é-chappement sont fermées. -3ème temps : Explosion-Détente : En position haute l'étincelle se produit et

«leur combustion

dans le moteur

thermique

s’effectue selon

l’équation : 2C8H18

+ 25O2 →16CO2

+ 18H2O. »

Le moteur thermique

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TPE Année 2013

-Le fonctionnement

-La réaction chimique

On constate que sur deux positions hautes du vilebrequin, une seule fournit l'énergie. Le vilebre-quin est monté sur un ar-bre, le tourillon, qui redis-tribue cette énergie méca-nique par des courroies de distribution et des cardans à la boîte de vitesse. Elle permet en autre la trans-formation et la transmis-sion de la puissance du mo-teur aux roues motrices du véhicule. La boite de vitesse permet une démultiplica-tion de la puissance, elle adapte le couple moteur disponible, plutôt faible et souvent peu négociable, au couple nécessaire à la roue,

souvent très variable en fonction des différentes situations, les phénomènes de démultiplication varie en fonction des rapports choi-sis (1ère, 2ème, 3ème, etc…). La combustion d’un hydrocarbure (ou alca-ne), de formule brute CnH(2n+2), se produit selon l’équation : CnH(2n+2) + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O. Sachant que les carburants sont équivalent à des octanes, leur formule brute est C8H18, leur com-bustion dans le moteur thermique s’effectue selon l’équation : 2C8H18 + 25O2 →16CO2 + 18H2O.

On constate aussi que la pollution en dioxyde de carbone est proportion-nelle à la consommation de carburant. Ainsi pour rédui-re les émissions de C02, il faut réduire la consomma-tion, or cela impactera sur la puissance développée par le moteur, d’où l’utilité d’un moteur électrique. Cela évitera notamment les ac-célérations qui nécessite une consommation plus grande en carburant, la puissance nécessaire par l’accélération sera dévelop-pée par le moteur électri-que.

L’hybride, alliance de deux énergies différentes, date des années 2000 dans l’automobile. Les trains, les camions et les bus adoptent à présent cette technologie. En revanche l’aviation a mis plus de temps avant d’avoir recours à cette technologie. Et le projet d’un bateau hybride met plus de temps à se concrétiser pour les gros bateaux tel qu’on peut en trouver maintenant. Petit tour d’horizon des différents moyens de transport l’utilisant.

Transports routiers consommation de l’ordre de -20% grâce à l’utilisation du moteur électrique, elle réduit sensiblement le bruit pour les riverains ». De même que pour les automobiles, l’é-nergie cinétique du véhicule est récupérée lors du frei-nage ou des phases de dé-célération afin de la trans-former en électricité. Elle est stockée dans les batte-ries de traction qui fonc-tionnent donc en autono-mie et n’ont pas besoin d’être rechargées. L’énergie stockée dans les batteries est ensuite restituée pour le moteur électrique. Les camions hybri-de fonctionnent exacte-

ment comme les voitures (démarrage avec le moteur électrique, puis c’est le mo-teur thermique qui prend le relais, ou les deux moteurs - électrique et thermique - en cas de grande accéléra-tion). Par ailleurs, Re-nault Trucks prépare de-puis plusieurs années des véhicules de transport rou-tier fonctionnant avec des énergies alternatives, qui seront à long terme appe-lées à prendre une place plus importante. Ainsi Re-nault Trucks propose ac-tuellement à ses clients une large offre de véhicules Clean Tech (électriques, hybrides ou GNV).

La technologie hybride utilisée par le transport routier (poids lourd, bus, cars, camion tout type,…) est la même que celle utilisé pour les voitures. Elle est expéri-mentée depuis près de trois ans par Renault Trucks, qui l’est ime « particulièrement adaptée à la distribution en milieu urbain ou périurbain car, outre un gain certain de

« la technologie

hybride utilisée

par le transport

routier est la

même que celle

utilisé pour les

voitures »

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Technologies

innovantes

Véhicule hybride proposé par Re-nault Trucks

L’hybride, dans tous les moyens de transport ?

Des marques qui innovent

EADS, Siemens et Diamond Aircraft. Cet avion est équi-pé deux moteurs : le mo-teur électrique entraîne l’hélice et le moteur ther-mique recharge les batte-ries , il tourne en perma-nence et à vitesse constan-te, ce qui lui permet d’éco-nomiser jusqu’à 25% de

Le transport aérien repré-sente, en France, 8 à 10% des transports. Cependant il n’y a pour le moment aucun système hybride sur les avions gros porteurs (voyageurs, marchandises). Il existe seulement des pro-totypes, c’est le cas du mo-to-planeur développé par

carburant puisqu’il ne subit pas les accélérations. Le moteur électrique dévelop-pe une puissance de 70kW, l’équivalent de 95ch. (à titre de comparaison, c’est la puissance moyenne d’une voiture)

Transport aérien

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gie via les caténaires vers des trains situés à proximi-té et en phase d’accéléra-tion ; elle peut également être restituée au réseau de distribution qui alimente les caténaires. Le train n’est donc pas équipé de batte-ries qui récupèrent l’éner-gie produite, il est ainsi moins lourd et demande une énergie plus faible pour être tracté sachant qu’il

La compagnie fer-roviaire Japonaise JR East est l’une des premières a avoir lancé un train équipé d’une motorisation hybride diesel-électrique. Afin de diminuer la consommation d’énergie du train, un systè-me récupère lors du freina-ge une partie de l’énergie. Cette solution convertie l’énergie cinétique en élec-tricité et envoie cette éner-

n’est pas équipé de batte-ries, celle-ci aurait été im-posante et aurait augmenté le poids du train au vu de la puissance récupérée par le train. D’autres pays se tournent vers ces nouvelles locomotives avec freinage régénératif, c’est le cas par exemple de l’Allemagne.

Transports ferroviaires

Transport maritime

à propulsion hybride sont des petits bateaux, le plus généralement à voile. Un système peut, de ce fait, récupérer de l’énergie lors-que le bateau avance par la propulsion du vent. En ef-fet, l’hélice est actionnée par le mouvement de l’eau et produit une énergie qui sera ensuite stockée dans des batteries puis réutiliser pour produire l’accéléra-

tion du bateau. D’autres bateaux entièrement moto-risés présentent une double motorisation : ils sont équi-pés d’un moteur diesel et d’un moteur électrique. Celui-ci étant rechargé par le moteur diesel, le bateau ne présente que peu d’a-vantages sur d’autres ba-teaux classiques.

Pour le transport maritime, le projet d’un bateau type cargo avec une propulsion hybride parait loin de se concrétiser, en effet la puissance requise est très important et les moyens de récupération sont plus difficiles à mettre en œuvre. L’énergie pro-duite lors des ralentisse-ments est impossible à ré-cupérer. Les seuls bateaux

« D’autres pays se

tournent vers ces

nouvelles

locomotives avec

freinage

régénératif, c’est le

cas par exemple de

l’Allemagne. »

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TPE Année 2013

Train allemand hybride.

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L’énergie hybride est une énergie d’avenir, mais la consommation de pétrole qu’elle né-cessite, bien que diminuée, ne lui permet pas d’avoir une espérance de vie longue. En effet, les réserves de pétrole sont appelées à disparaître dans les 50 voire 60 prochaines années (en fonction des économies qui auront été réalisées). Sans pétrole, il faudra trou-ver une source d’énergie parallèle pour continuer à utiliser nos transports tel qu’on les connait. Cependant il existe déjà d’autres sources et d’autres moyens qui offrent des résultats similaires à l’énergie hybride. Petit tour de ces énergies alternatives au pétrole.

Véhicules électriques

La voiture électri-que est équipé d’un mo-teur, d’une batterie (au plomb, au nickel-cadmium, ou au lithium) et d’un sys-tème électronique. Le véhi-cule n’est en outre pas équipé d’une boîte de vites-se. On en trouve maintenant de nombreux modèles, dont les derniers prototype sont des modè-les familiaux et dont les constructeurs espèrent une autonomie jusqu’à 400kms.

« la technologie

hybride utilisé par

le transport

routier est la

même que celle

utilisé pour les

voitures »

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Technologies innovantes D’autres énergies pour l’automobile ?

Les - : -Un bilan environnemental parfois critiqué : des rejets de CO aussi élevés que le diesel -Pas de moteur spécifique GPL, donc pas de grandes performances écologiques et environnementales -Gaz lourd, stockage au sol, danger dans les sous-sol, les parking souterrains

Le GPL ou gaz de pétrole liquéfiée est consti-tué essentiellement de bu-tane (C4H10) et de propane (C3H8). Il est issu à 40% du raffinage du pétrole après avoir été distillé, autrefois il fut considéré comme un résidu du raffinage du pé-trole et était brûlé. Les 60% restants sont issus du trai-tement du gaz naturel.

Les + : -Prix du GPL attractif (entre 80 et 90 centimes le litre) -Les émissions d’ oxydes d’azote (NOx), de benzène (formule brute : C6H6) et de CO2 plus faible que les autres véhicules (diesel, essences)

GPL

Les - : -Faible autonomie des bat-teries, à peine 200kms (tout dépend de la vitesse). -Recharge de 5h. -Poids des batteries : plu-sieurs centaines de kilos. -Impossibilité de remplacer le parc automobile français, besoin d’électricité trop importante (nécessité d’augmenter de 25% le parc nucléaire français). -Coût élevé de production (batterie composée de composant couteux,...), et donc coût élevé d’achat du véhicule

Les + : -Véhicule compact, léger pour économiser l’énergie, pratique pour la ville. -Pas d’émission de gaz pol-luant lors du fonctionne-ment. Ainsi pas d’effet de serre dans l’atmosphère. -Énergie à moindre coût. -Rendement élevé : 80% de l’énergie électrique est convertie en énergie méca-nique contre 30% pour un moteur thermique.

forme l’énergie chimique en énergie électrique, cette énergie électrique est en-suite transférée à un circuit externe. Les piles à com-bustibles peuvent délivrer en courant continu, une puissance allant de 25 à 65W sous une tension de 12V. Les + : -Energie non-polluante lors de sa consommation, elle produit de l’eau lors de son utilisation avec de l’hydro-gène. Les - : -L’hydrogène est difficile à produire -Les autres carburants des piles (méthanol, éthanol)

Les véhicules fonc-tionnant à l’aide d’une pile à combustible, utilise des produits chimiques qui ré-agissent entre eux et pro-duisent de l’électricité. Son principe de fonctionnement est connu depuis 1839 par la découverte de William Grove. Son utilisation ne date que des années 60 avec les besoins de la NA-SA à produire de l’électrici-té et de l’eau dans les na-vettes spatiales. Les piles à com-bustibles peuvent utiliser du dihydrogène mais pour les transports, elles utilisent généralement du méthanol ou de l’éthanol. Un généra-teur électrochimique trans-

produisent cependant du dioxyde de carbone lors de leur fonctionnement.

Biocarburant une fois mélangé à du gazo-le forme un carburant pour les véhicules diesel. La filière éthanol permet la fabrication d’un carburant pour les véhicu-les essences à partir de sucres (issus des bettera-ves, de la canne à sucre, de l’amidon)

Les biocarburants sont issus d’une matière végétale qui, mélangée à de l’essence ou du diesel, for-me un carburant utilisable pour des moteurs actuels. Il existe deux principales filiè-res dans les biocarburants : la filière des huiles végéta-les et la filière éthanol. La filière des huiles végétales qui consiste en la fabrication d’EMHV (esters méthyliques d’huiles végéta-les) par transformation d’huile (de colza, de tour-nesol) en un produit qui

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TPE Année 2013

Les - : -La surface agricole français est trop faible, 120% de la SAU française devrait être cultivée pour assurer les besoins -Mise en concurrence avec les cultures à but alimentai-re Les + : -Impact sur l’effet de serre réduit

Pile à combustible

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1ère S2

GOUPIL Jocelyn LECONTE Hugo Les recherches réalisées per-

mettent de penser que les véhicules hybrides ont de nombreux avantages, pouvant surtout réduire la pollution liée aux transports, qu’elle soit sono-re ou atmosphérique. Cependant, il apparait difficile de croire que cette pollution pourrait être évitée totalement par l’utilisation de véhicules hybrides. Certes, la consommation de carburant sera net-tement réduite, mais nous ne ferons que ralentir la disparition des ressour-ces pétrolières. Les véhicules hybrides sont sans doute une solution alternative aux modes de transport à venir. Les modes de transport évoluant dans ce monde sont majoritairement des véhi-cules traditionnels car moins chers, mais qui restent polluants et consom-mateurs d’une énergie épuisable, mal-gré tous les efforts fournis dans ce domaine par la recherche. En effet les constructeurs sont à l’heure actuelle plus préoccupés par les économies réalisables avec les véhicules tradition-nels (travail sur l’aérodynamique des véhicules, sur la récupération des

Au final, le mieux c’est quoi ?

Pour conclure

énergies, performances de la motorisa-tion, …) que par la recherche sur de nouvelles motorisations ne faisant plus appel à l’essence (ou à toute énergie épuisable). Malgré cela, il existe des nou-veautés technologiques. En effet, les véhicules électriques peuvent apparai-tre comme la « solution miracle » mais ils sont chers et présentent des in-convénients comme le manque d’au-tonomie, qui pour l’instant ne peuvent être résolus. Aussi, l’homme n’a pas encore la capacité de produire de l’électricité en quantité suffisante sans dégrader l’environnement et le problè-me n’est finalement que déplacé. Comme beaucoup de choses présentent sur cette terre, les véhicu-les hybrides ont amélioré les perfor-mances dans le domaine économique et écologique. C’est sans doute l’une des moins mauvaises solutions à l’heure d’aujourd’hui à nos pro-blèmes de transports, mais elle n’est sûrement pas « la pana-cée ».

Sources : http://www.cnetfrance.fr/cartech/avion-hybride-siemens-eads-39761950.htm http://www.france-mobilite-electrique.org/l-hybridation-des-bateaux-a-le-vent-en-poupe,2418.html http://pourunmondedurable.blogspot.fr/2010/10/apres-la-voiture-voila-le-train-hybride.html http://www.smartplanet.fr/smart-business/renault-trucks-lance-un-camion-hybride-de-26-tonnes-9100/ http://www.lavoiturehybride.com http://terresacree.org/petrole4.htm http://voiture-electrique.durable.com/a-la-technique-de-la-voiture-electrique http://www.motoculture-jardin.com/moteur-thermique.php http://www.citepa.org/fr/pollution-et-climat/analyse-sectorielle/transports Peugeot « Peugeot 3008 Hybrid4 » Toyota « Nouvelle Toyota Yaris hybride » Capital « Voiture verte : la guerre Peugeot Renault » Livre Physique-Chimie 1S Hachette

Interview d’un mécanicien Toyota : ‘‘Toyota pense se pencher sur du tout-hybride durant ces prochaines années’’