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mercredi, mai 21 2008

Les boites automatiques consomment plus

Par futuristiKtrader le mercredi, mai 21 2008, 11:50

 

La vente des véhicules de tourisme équipés de boites automatiques augmente en Europe mais elle est très loin de ce que l’on trouve aux États-Unis ou au Japon où les pourcentages sont quasiment inversés. Ces tendances sont principalement culturelles : la sportivité et la maîtrise du véhicule d’un coté, le confort et les accélérations au démarrage de l’autre.

On reproche souvent aux boites automatiques leur surconsommation, ce qui, en ces périodes de pétrole cher et de réduction du CO2, est un argument massue. Depuis quelques années, les boites automatiques que l’on connaissait ont bien évolué. Entre les deux, les boites robotisées ont fait leur apparition.

 

Qu'en est-il de la consommation ?

Il est clair qu’une boite mécanique, basée sur des engrenages a un rendement excellent : les frottements réduits grâce à la qualité des usinages et de l’huile donnent des résultats proches de 96% (96% de la puissance du moteur est transmise en sortie de boite). Les boites automatiques avec leur couplage hydraulique sont bien moins performantes en termes de rendement…

La plupart des boites récentes sont couplées à un ordinateur qui calcule le bon rapport, en tenant compte du style de conduite, de l’accélération demandée, etc. Résultat : la gestion électronique du passage de vitesse est bien plus performante qu’un conducteur moyen et sa boite manuelle [1]. En effet, la boite manuelle entraîne une certaine « paresse » vis-à-vis du levier de vitesse, et de plus, peu de personnes connaissent les plages d’efficience des moteurs[2], exemple :

 w12_bsfc

Les chiffres donnent le nombre de grammes d’essence par kWh : une forme de visualisation du rendement. 245g/kWh représente donc le maximum de l'efficacité de ce moteur, le W12 d’Audi.

Le choix de la bonne vitesse au bon moment influence fortement la consommation. Suffisamment en tout cas, pour que les constructeurs ajoutent dans leurs véhicules des indicateurs de changement de vitesse. Cet indicateur devrait ouvrir droit à une réduction affichée de la consommation de la voiture de 10g par rapport à ce qui est mesuré au banc d’essai !

 

audi_indicateur_chgt_vitesse

Indicateur de changement de vitesse (source Audi)

 

La boite automatique consommerait-elle donc moins ?

Une chose est sure, la technique permet de calculer les rendements mécaniques des boites de vitesses :

  • Suivie par la boite robotisée, sorte de boite mécanique ou la pédale d’embrayage serait remplacée par un vérin. Elle arrive en second car il faut bien que l’énergie que l’on économise sur sa jambe gauche soit prise quelque part…
  • Arrive ensuite la boite robotisée à double embrayage, sorte de « double boite de vitesse » qui permet de réduire les temps de passage entre les vitesses,
  • Juste derrière, les boites CVT, Continuously Variable Transmission, boite à variation continue,
  • Classement terminé par la boite automatique classique « à planétaire » qui a néanmoins fait pas mal de progrès et qui va finir par rattraper ses petites camarades.

 

D’une manière générale, la boite de vitesse sert à adapter le moteur au véhicule et à ses besoins de puissance/couple. Faire tourner le moteur à la « bonne vitesse » est donc un enjeu majeur, qui lorsqu’il est atteint, réduit la consommation. Ce graphique montre bien qu’une boite de vitesse à variation continue (CVT) qui permet une adaptation exacte de la vitesse du moteur par rapport à la puissance demandée permet une meilleure optimisation du moteur, et donc une baisse de la consommation et du CO2.

bsfc_cvt_dct 

Ligne verte : courbe de puissance optimale
Ligne orange : efficience maximale du moteur
Surface rouge : boite CVT
Surface verte : boite DCT

boite_cvt 

Une boite CVT, ou le variateur d'un cyclomoteur adapté à une automobile

L’amélioration de la consommation nécessite donc la prise en compte du couple moteur/transmission. La mesure objective de cette amélioration est néanmoins difficile. Les cycles normalisés (NEDC & Co) sont les juges de paix, certes, mais les boites manuelles sont désavantagées : les rapports de boites (Gear number sur le schéma ci-dessous) sont fixés par la norme et ne sont pas adaptés aux caractéristiques du véhicule ! Cette contrainte n’existe pas pour les boites automatiques, mais où serait d’ailleurs le rapport d’une boite CVT qui fonctionne comme le bon vieux variateur d’un cyclo ?

nedc 

Si l’on se borne aux fameux cycles urbain et extra urbain, les changements de vitesse de la boite auto peuvent donc être calibrés par l’ordinateur de pilotage pour réduire la consommation de ce test… Coté boite manuelle, certains constructeurs « optimisent » les rapports de boite pour les cycles : cela donne des rapports de boite très longs… et de mauvaises sensations à l’usage. La comparaison réelle entre les solutions est donc difficile à faire, et les résultats peuvent changer en fonction de vos habitudes de conduite et de vos trajets.

 

4, 5, 6, 7 et bientôt 8 vitesses !

Avant, c’était simple : les moteurs avaient « du couple ». Ils pouvaient tenir un couple assez constant sur une plage de tours/mn étendue, on se contentait de 4 vitesses. Maintenant, les « optimisations » turbo, 16s – et le meilleur reste à venir pour économiser le pétrole jusqu’à la dernière goutte – fait que le moteur à une plage d’utilisation optimale de plus en plus réduite. Le nombre de rapports devient donc fondamental pour que le moteur tourne quasiment toujours à la même – et bonne – vitesse !

L’augmentation du nombre de vitesses permet d’obtenir deux exigences auparavant contradictoires : des vitesses courtes pour la performance, des vitesses longues pour l’économie.

 

CVT, boites robotisées, boites auto 8 vitesses ?

boite_zf_8hp 

Boite automatique ZH à huit rapports

Les avantages ou les inconvénients ressentis par les consommateurs varient d’un pays à l’autre. En Europe, la boite CVT a mauvaise presse : sensation « caoutchouteuse », le conducteur a l’impression que le moteur « patine » quand il prend rapidement des tours pour aller chercher la puissance, et du manque d’efficacité à haute vitesse.

Les boites robotisées sont lentes (surtout les premières générations) mais correspondent mieux aux attentes des consommateurs européens, alors que les américains et japonais n’aiment pas leurs lenteurs relatives au démarrage et la sensation de passage de vitesse.

 

Quid de l’avenir, électrique ?

Lors d’un précédent article sur les véhicules hybrides j’expliquais que la transmission Toyota permettait un mix infini entre les puissances du moteur électrique et du moteur à essence. Cette transmission permet aussi un changement de rapport continu, telle la boite CVT, mais sans passer par une courroie. On l’appelle parfois eCVT. Elle a le chic du mélange proportionnel des puissances et de l’efficience proche d’une boite mécanique.

Mais si l’on regarde plus loin, du coté des hybrides séries type Volt ou électrique avec batterie ou pile à combustible, la transmission se simplifie : les moteurs électriques ont du couple, un couple linéaire même. Les moteurs électriques de type « pancake », plats et de forts diamètres ont même beaucoup de couple. Et ils s’insèrent bien dans une roue… Les véhicules électriques auront-ils une transmission ? Aujourd’hui la réponse est non : le couplage est direct, avec éventuellement un réducteur : encore un coût d’économisé grâce à l’électrique !

Si l’on supprime à nos automobiles le moteur et tout ce qui va avec et la transmission, où se situera la valeur d’une automobile ? A suivre…

 


[1] Il est admis qu’un conducteur formé à l’éco-conduite économise jusqu’à 25% de carburant et son équivalent de CO2.

[2] Cette courbe est aussi appelée BSFC pour Brake Specific Fuel Consumption

 

Fabio FERRARI

symbiocars_logo_01 

Symbiocars a été créée pour promouvoir les technologies des véhicules hybrides et électriques.

Symbiocars publie des articles généraux sur ces technologies et aide le développement de jeunes pousses de ce domaine.

 

 

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mercredi, avril 16 2008

Decouvrez les Batteries Lithium : par Fabio FERRARI

Par futuristiKtrader le mercredi, avril 16 2008, 09:44

 

 

Les batteries Lithium prennent feu

 

En juin 2006, un laptop Dell prend feu pendant une conférence à Osaka. Conséquence principale : Sony, le constructeur de ces batteries, rappelle 10 millions de batteries… Un petit exemple ? Depuis les problèmes de Sony, la norme IEEE P1625(TM) décrit ce que doit « encaisser » une batterie.

 

Les batteries en technologie lithium s’enflamment au dessus d’une certaine température. Et l’échauffement peut tout simplement provenir de l’utilisation de la batterie, soit pendant le déchargement, soit plus souvent, pendant la recharge. Pour prévenir ce problème plusieurs solutions existent et sont maintenant en place :

 

Electronique de protection

 

Un capteur prévient des taux de décharge trop importants ou des élévations de température trop importante. L’électronique coupe alors le courant. Il s’agit souvent d’un « fusible » qui rend la batterie inutilisable ensuite…

 

 

Disposition différente

 

L’agencement des éléments de la batterie peut à lui seul permettre d’éviter « l’autoallumage » de la batterie. C’est une partie de la solution qui a été retenue par Boston-Power par exemple. Les batteries ne sont plus rondes, mais rectangulaires comme de bonnes vielles piles 4,5V.

 

 

Chimie différente

 

Les batteries françaises n’explosent pas ! Johnson Control-Saft en Bolloré utilisent cet argument de vente. La chimie traditionnelle est le LiCoO2. Les nouvelles chimies sont  (noms techniques ou marketing) LiFePO4, Nanophosphate, Lithium métal polymère, Argent-Zinc, Nano Titanate, etc. Ces chimies évitent l’explosion mais n’empêchent pas toujours l’autoallumage.

 

 

La durée de vie des batteries est limitée

 

En effet, dès qu’elle est construite, la batterie commence à s’user. Si vous acheter un PDA, je vous déconseille d’acheter une batterie supplémentaire en même temps. Mieux, il faut vérifier la date de fabrication de la batterie en cas de remplacement. La durée de vie moyenne d’une batterie lithium est de 3 ans. A l’inverse de la célèbre pile Wonder, la batterie lithium s’use même si l’on ne s’en sert pas !

 

Pour faire le lien avec le précédent article < Lien >, l’amortissement du coût d’une batterie change complètement si le véhicule reste immobile ! Or, si l’on considère qu’un véhicule est conçu pour rouler 300 000 km, à 20 000 km par an et 60km/h de moyenne, cela donne 333 heures ou 14 jours par an et un maximum de 5 000 heures, soit 208 jours ! La voiture passe 4% de sa vie sur la route.

 

La capacité d’une batterie change en fonction de nombreux paramètres…

Nombre de cycles

 

Nous l’avions vu lors du précédent article < lien >, la capacité d’une batterie se réduite en fonction du nombre de cycles de chargement/déchargement, et de la profondeur de décharge. D’autres facteurs s’ajoutent à ce vieillissement.

 

 

La puissance

 

En effet, si on considère que la batterie est un « réservoir d’énergie », le « débit d’énergie » maximum, c'est-à-dire la puissance, qui d’écoule de ce réservoir dépend de la technologie de la batterie. De plus, lorsqu’on « tire » beaucoup de puissance d’une batterie, sa capacité diminue. Les courbes données par A123 démontrent ce phénomène :

 

discharge_25dc_batteries_lithium

 

 

 

 

A environ 100 W, la capacité de la batterie (ligne grise) baisse d’à peu près 20%.

 

  discharge_batteries_25dc_lithium

Sur une charge de 40 A, la batterie contient 2,6 * 2,1 ≈ 5.5 Wh

Sur une charge de 1 A, la batterie contient 3,25 * 2,1 ≈ 6.8 Wh 

 

Sur un véhicule par exemple, cela signifie que la batterie peut aussi être un goulot d’étranglement de la puissance. Pour mémoire, lors de l’accélération d’une voiture normale, il faut tirer au minimum 40 kW.

 

Et ou partent les 20% de puissance ? Ils s’évaporent en chaleur, chaleur, qui si elle devient trop importante, provoque le feu d’artifice déjà vu au début de cet article.

La puissance maximum est donc un paramètre important de la « qualité » de la batterie. Les batteries A123 par exemple, supporte 30 fois leur capacité normale de décharge de 7,6W, et même 52 fois en pointe, soit environ 400W ! Le schéma ci-dessous (source CEA) résume les différentes puissances des différentes technologies de batteries (courbe logarithmique en y) en les comparants au Wh que l’on peut stocker dans un même kilo (courbe linéaire en x).

 

specific_energy_power_batteries_lithium_650

 

La température

 

La température a aussi un effet sur la capacité : plus il fait froid, moins la batterie restitue d’énergie comme le démontre cette courbe, provenant toujours de A123 :

 

low_temperature_discharge_batteries_lithium 

 

Qui n’a pas déjà pesté contre son appareil photo lorsqu’il ne veut plus marcher sur les pistes de ski ? La réponse est dans la courbe : si la température descend trop bas et que la batterie est très sensible à la température, le voltage est si bas que l’appareil considère que la batterie est vide ! Il faut savoir que les constructeurs automobiles imposent des températures de fonctionnement de -20°C à +80°C, et parfois même -40°C à +80°C…

 

 

Et une batterie, c’est long à recharger…

 

En fait, pas tant que ça : si l’on reprend les spécifications de la très bonne batterie A123, elle accepte 10A à 3,6V, soit 15 minutes pour la charger. Si on charge toutes les batteries en parallèle, 15mn suffisent donc. Toshiba annonçait même 1mn ! Mais 36W par élément, ça donne quand même 2400*36 = 86kW à sortir de la prise de courant pour la future Volt ! Allo, EDF, vous pouvez me changer de compteur ?

 

D’un autre coté, si on veut récupérer l’énergie cinétique qui part en chaleur à chaque freinage, il faut que la batterie accepte d’être brusquée : les 50 Wh d'énergie cinétique d’une Scenic qui roule à 50km/h doivent pouvoir entrer dans la batterie en moins de 1,5s en cas de freinage d'urgence (10m), soit environ 215kW.

 

Autre léger problème, la batterie lithium n’aime généralement pas être rechargée à basse température…

 

 

L’importance de la forme de la batterie

 

La batterie est souvent représentée sous forme d’un cylindre. Il existe aussi des batteries « liquides » qui peuvent donc prendre toutes les formes. On trouve maintenant des batteries sous forme de feuilles, que l’on peut enrouler ou sous forme de prismes.

 

Lorsque l’on veut augmenter la capacité de stockage, on assemble des éléments des formes précités, parfois simplement avec de l’adhésif ou un emballage plastique. Dans le cas de batteries cylindriques, on perd évidement pas mal de place.

 

Les liaisons électriques entre les éléments posent aussi des problèmes : diamètre, longueur et donc poids du fil, fragilité des soudures etc. Les formes en prisme ou rectangulaires permettent de souder les éléments entre eux et évitant des câbles.

 

Enfin, les montages en série et parallèle ne facilitent pas la gestion de l’état des cellules…

 

 

Et on fait quoi du lithium après ?

 

La Volt contient quand même 170kg de batteries. Certes, le lithium devient facilement inerte. Mais, encore faut-il que le cycle de récupération soit au point. Enfin, le lithium est l’élément principal, mais quid des autres composants cobalt, phosphore, fluor ? Les batteries rentreront certainement dans le cycle actuel de recyclage des piles. A suivre…

 

Conclusion

 

La gestion des batteries est donc un sujet complexe, qui demande des capteurs multiples du code et du câblage pour gérer la batterie et ne l’utiliser que dans la profondeur de décharge décidée en fonction de la durée de vie recherchée ! Enfin, si elle ne reste pas dans un garage. Cela donne une idée de ce qu’il faut faire pour adapter la jauge de carburant à la batterie.

 

La qualité d’une batterie ne se juge pas seulement à sa capacité à stocker plus d’énergie au kilo ou au litre, mais aussi :

-          à sa résistance à l’autoallumage, et d’une manière plus générale, la sécurité d’usage et la robustesse,

-          du nombre de cycle de charge et décharge qu’elle peut subir, mais qu’il faut pondérer avec l’amélioration que peut donner une profondeur de décharge « raisonnable »

-          à sa durée de vie – même si l’on ne s’en sert pas,

-          à la puissance qu’elle peut produire, sans que tout ne parte en chaleur,

-          à la puissance qu’elle accepte lors de sa charge,

-          à sa résistance aux variations de températures,

-          sa facilité d’implantation (câblage, résistance aux chocs des câbles et soudures etc.),

-          et… éventuellement son prix !

 

Il est à noter que la solution pourra aussi provenir de « panachages » : ultracapacité + plomb, hydrogène + lithium etc. A suivre donc !

 

 

 

 

 

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mercredi, mars 26 2008

Réflexion : l'agriculture est raisonnée mais pas forcément certifiée

Par futuristiKtrader le mercredi, mars 26 2008, 09:49

L'agriculture est raisonnée mais pas forcément "certifiée"

 

 

L'agriculture n'aurait pas besoin d'être certifiée pour être de qualité et être faite par des gens pationnés et respectueux aussi de leur environnement.

 C'est ce que nous explique M. Hervaut, exploitant agricole à Mauron près de Plöermel en Bretagne :


mauron_bretagne_650

Mauron au centre de la Bretagne (vue google maps)

 

 

La raison 

L'agriculture d'aujourd'hui est une agriculture raisonnée, nous intégrons beaucoup de paramètres pour utiliser le moins de produits possibles avec une efficacité maximum.

Par exemple sur une culture céréalière tel que le blé, je déminéralise l'eau pour la ramener à un PH 0. Ensuite suivant les produits que j'utilise, j'augmente le PH de l'eau ce qui me permet d'utiliser de petites quantités de produits phytosanitaires, mais en concervant une efficacité maximum. Grâce à cette technique pointue cela nous permet d'avoir des marges par hectares très interressantes tout en préservant l'environnement.

La qualite de l'eau est degradee en Bretagne, et c'est de la responsabilite de chacun, de faire de petits gestes.

 

 

Recyclage

 

Nous avons aussi choisis de recycler nos dechets . 

Pour utiliser moins d'engrais pour nos céréales à destination de notre cheptel bovin, nous avons investis dans un système de séchage de fientes de poules pondeuses que nous avons sur notre exploitation.

Nous obtenons un produit à haute teneur en matière sèche 85%, produit normalisé N2170. De plus, c'est un produit très facile à utiliser, qui ne nécessite pas de manipulations particulières, et qui ne dégage aucune odeur.  Avantage non négligeable pour les voisins.

Grâce à cet engrais naturel, bien équilibré (N, P, K : azote, phosphate et potassium, très connus des jardiniers particuliers) nous en utilisons beaucoup moins, donc très avantageux pour l'environnement, et nos rivières.

 

Ce sont des exemples concrets qui ne font pas l'objet de certifications particulières.

Pourtant notre démarche lie économie et developpement durable, surtout quand on se situe près de sites remarquables comme la Forêt de Brocéliande. Réaliser une agriculture raisonnée, réfléchie, c'est aussi notre souhait. Il doit être possible de faire plus, certes. C'est une réflexion possible qui peut être poussée, années après années.  

 

 

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mardi, mars 25 2008

La batterie, cette inconnue : par Fabio FERRARI

Par futuristiKtrader le mardi, mars 25 2008, 09:12

Chérie, tu as bien déchargé ton portable avant de le charger ?

Certaines habitudes ont la vie dure. L’effet mémoire qui réduisait la capacité des batteries NiCd (Nickel Cadmium) n’existe plus depuis que cette technologie polluante a été quasiment interdite (directive 2006/66/CE) ! Pour mémoire, si ces batteries n’étaient pas utilisées à 100% périodiquement, elles « mémorisaient » le pourcentage d’utilisation et ne permettaient plus l’utilisation du pourcentage restant.

 

 

La décharge profonde

 

L’effet mémoire n’existe plus en NiMH (Nickel-Metal Hydride) et Lithium. Au contraire, la technologie NiMH qui a remplacé le NiCd n’aime pas les « décharges profondes », c'est-à-dire, l’utilisation de la batterie à 100%. La décharge profonde réduit la durée de vie de la batterie. Pire encore, le stockage déchargé peut détruire la batterie. Cette durée de vie s’exprime en nombre de cycles de charge/décharge profonde, et on considère qu’une batterie est « morte », une fois qu’elle stocke moins de 80% de sa charge initiale. A titre de comparaison, une batterie au plomb admet 200 à 300 cycles, une batterie NiCd 1500, NiMH 300 à 500 cycles, et les meilleures batteries lithium 2000 cycles. Lorsque l’on recharge sa batterie alors qu’elle n’est pas complètement déchargée, on augmente considérablement le nombre de cycles et donc, sa durée de vie. Cette astuce permet à Toyota d’annoncer 600 000 km pour sa batterie NiMH, soit largement plus que les 300 000 km généralement retenus pour la durée de vie des composants automobiles, et de la garantir 160 000km. Revers de la médaille, une batterie de 8kWh n’aura plus qu’une « capacité réelle » de 2,4kWh si on ne l’utilise qu’à 30%[1], mais elle fera ses 600 000 km. On imagine facilement l’impact de ce pourcentage sur le poids et sur les coûts.

 

 batteries_kokam_a_100_de_dod_1400_cycles_suffisent_a_user_la_batterie

 

batteries_kokam_80_dod_a_300_cycles_90_de_capacite_relative_01

 

 Le prix du réservoir ?

 

 

Passer d’une voiture à essence à une voiture électrique nécessite d’être capable de stocker du courant, la batterie est une des solutions. Mais pour que la comparaison soit juste entre les deux vecteurs d’énergie, il faut intégrer le coût du « réservoir »[2]. En effet, stocker de l’essence dans un réservoir en acier ne coûte pas cher alors que le prix du « réservoir batterie » est loin d’être négligeable ! Quel rapport avec le nombre de cycles ? L’amortissement du coût de la batterie se fait sur sa durée de vie, qui s’exprime en nombre de cycles… encore faut-il transformer « cycle » en kilomètres pour que la comparaison soit possible, ce que nous allons tenter de faire.



De l’essence aux kilos de batterie…

 

Un litre de gazole ≈ 3.3kWh ≈ 33kg de batterie Lithium de dernière génération si l’on considère que :

  • Le rendement d’une motorisation diesel est de 30% en cycle mixte[3],
  • Le rendement du moteur électrique et de l’électronique de puissance est de 90%,
  • 1kWh de batterie lithium moderne pèse 10kg
  • 1 litre de gazole contient environ 10 kWh[4]

Ces 33 kg sont à comparer aux 0.85kg de l’équivalent gazole… Mais il ne s’agit pas de refaire le débat sur la voiture électrique.

 

 

Du kilo de batterie au prix au km…

 

Le prix du kWh est d’environ 400€. Les grosses batteries sont encore chères si on les compare aux batteries de portable qui sont quasiment moitié moins chers au kWh. Il n’y a pas aujourd’hui de grandes séries pour les batteries de traction qui permettent d’abaisser leurs coûts. Donc en considérant qu’une Scenic a besoin de 16kWh au 100km en cycle mixte, nos 3.3 kWh consommés avec un rendement de 90% nous permettent de faire 18.6km, et cela, 2000 fois. Le coût de la batterie au km est donc de 400 * 3.3 / (2000 * 18.6) = 0.035 €/km. Si on n’utilise pas 100% de la capacité, par exemple, 80%, la batterie devrait tenir 5000 cycles[5]. Le coût devient alors : 400 * 3.3/80% / (5000 * 18.6) = 0.018 €/km. Si on ajoute à ce prix, le coût électrique de 0.16*3.3/18.6 = 0.028€/km[6], on obtient 0.046 €/km. A comparer au 0.07 €/km de gazole[7].

 

 

La voiture électrique coûte donc moins cher !

 

Non seulement elle pollue moins, mais elle est plus efficace et coûte moins cher à l’usage. La chaine de traction électrique est plus simple donc nécessairement moins couteuse qu’un moteur thermique, une boite de vitesse, des cardans etc.

Il y a fort à parier que les fournisseurs de batteries qui seront, ou sont déjà pour certains, choisis pour être les fournisseurs des constructeurs, devraient connaître des croissances fortes en terme de volume. C’est le cas de Johnson Controls-Saft choisi par Mercedes, A123 par GM etc.

  

[1] Ce pourcentage s’appelle aussi DOD, Depth Of Discharge ou profondeur de décharge.

[2] Vision simplificatrice qui ne fait pas entrer en ligne de compte la chaîne de traction, mais qui facilite les comparaisons.

[3] Le carburant est transformé par le moteur et la transmission en déplacement du véhicule. Lorsque l’on brûle de l’essence ou du gazole, ils dégagent une certaine quantité d’énergie. Le rapport entre cette quantité d’énergie contenue dans un litre de carburant et la quantité d’énergie réellement transmise aux roues pour déplacer le véhicule est de 20 à 40%. La loi de Carnot est passée par là.

[4] 1litre de gazole = 10kWh. 10kWh * 30% / 90%=3,3kWh. 3.3kWh * 10kg=33kg avec un DOD de 100%, mais 33/60%=55kg avec un DOD de 60%.

[5] On ne peut pas augmenter exagérément : le poids de la batterie devient trop important.

[6] 0,16€/kWh, moyenne européenne

[7] La Scenic consomme 5.2l/100 en cycle mixte, avec un gazole à 1.37€/l, cela donne 5.2*1.37/100=0.07€/km

 

 - - -

 

Par Fabio FERRARI,  fondateur de Symbiocars (site encore en construction).

Symbiocars est une société qui a pour objectif d’aider au développement des jeunes pousses

travaillant sur les transports renouvelables.

 

 

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mercredi, mars 12 2008

La voiture hybride est-elle mieux quune voiture non hybride ?

Par futuristiKtrader le mercredi, mars 12 2008, 09:47

 

Pendant 10 ans, tous les constructeurs se sont gentiment moqués de Toyota et de sa Prius. Pourtant, les véhicules hybrides sont de plus en plus nombreux sur nos routes et encore plus présents aux USA.

Les premières Prius, l’hybride la plus emblématique, sortent des chaines en 1997 au Japon, soit il y a déjà 10 ans ! Alors, va-t-on copier les japonais ?

 

Retrouvez les futures chroniques de Fabio FERRARI sur le nouveau site www.ecolo-trader.fr

 

Les avantages de l'hybridation

 

L’accueil de la presse spécialisée est à l’époque peu favorable. Cet OVNI sur quatre roues est jugé mou et peu sexy. Mais, commençons par regarder la réalité économique des choses : la Prius est chère dans sa catégorie, donc pour qu’elle soit acceptée, il faut que l’avantage soit réel, tant sur le subjectif que sur l’usage. Les principaux attraits de la voiture sont :

  • Le silence de fonctionnement (avant que le thermique ne se manifeste)
  • L’économie d’essence
  • L’économie d’entretien (par exemple, forte réduction d’usage des plaquettes)
  • L’image écologique
  • Le coté vaisseau du futur (voiture de monsieur haute technologie)

L’économie d’essence est réelle, surtout pour les conducteurs urbains. En quelques mots, l’hybridation de la Prius lui permet de récupérer une partie de l’énergie qui habituellement, part en chaleur à chaque freinage. Cette énergie est stockée dans la batterie et est restituée au démarrage, phase pendant laquelle un moteur thermique, essence en particulier, est très peu performant. Il faut rappeler que le rendement des voitures [1] est de 30% en « moyenne » à comparer au 90% d’une chaîne électrique. Ce rendement devient lamentable en ville : environ 20% sur le cycle standardisé, et encore plus lamentable dans la vraie vie. Qui consomme réellement ce qu’indiquent les constructeurs ?

 

 

La Prius n’est pas seulement une voiture à propulsion hybride...

 

Elle a hérité de toutes les améliorations du projet G21 « la voiture du 21ième siècle ». Elle est légère (aluminium), aérodynamique (Cx de 0,26). Elle utilise des éléments de confort économiques en puissance (direction électrique, clim électrique). Elle possède un moteur thermique optimisé (cycle Miller) et surtout une super transmission ! C’est bien ce dernier point qui est révolutionnaire : cette transmission permet d’additionner simplement la puissance des deux moteurs – le thermique, et l’électrique – avec le fonctionnel d’une boite à variation continue (CVT) [2] .

Toyota peut donc facilement jongler d’une énergie à l’autre avec une facilité déroutante mais en appliquant des règles complexes d’équilibrage des deux moteurs et de récupération d’énergie. Ces règles sont codées dans l’ordinateur de bord. Tout le reste est à la portée de tous les constructeurs et équipementiers qui désireraient faire des économies d’énergie. Par contre, la transmission de la Prius est propre à Toyota et brevetée Toyota.

Les bénéfices de l’hybridation sont donc plus difficiles à démontrer sur le Rx400h… qui est un 4x4 « normal » sur lequel Toyota a installé une chaîne de traction hybride. Par contre, les différences de consommation entre la version essence et la version hybride deviennent facilement comparables : le gain [3] est très net sur les parcours urbains, CQFD.

 

motorisation_rx400hbig_650

 

 

La voiture hybride, une voiture électrique ?

 

Toute l’énergie d'une voiture hybride provient de l’essence contenue dans le réservoir. Elle utilise des moteurs électriques, des petites batteries, de l’électronique de puissance, donc tous les composants fondamentaux des véhicules électriques : le loup dans la bergerie. Elle est aussi plus écologique car elle consomme moins à « confort équivalent ». Mais toute cette technologie complexe – la Prius est appelée « l’ordinateur sur roues » - est-elle plus rentable que les fabuleuses améliorations de rendement que nous promettent les diésélistes ?

Aujourd'hui, il n'y a pas de vainqueur par KO, mais, je dirais que dans l’absolu, je préfère investir dans une architecture qui fait la part belle aux technologies « électriques » qu’à l’optimisation d’un diesel, jusqu’à la dernière goutte de carburant. Le premier axe prépare l’avenir, le second pérennise les investissements. La bourse favorise souvent la vision court-terme et donc la pérennisation des investissements…

 

Hier honnie, aujourd'hui la solution ?

 

L’adoption de cette technologie, largement poussée par l’augmentation des prix des carburants et par la prise de conscience écologique, fait réagir les concurrents de Toyota. Cela commence par les USA où l’augmentation des coûts des carburants n’a pas été contrebalancée par le taux de change euro/dollar. Et même si le gallon était très peu cher, l’impact sur les budgets s’est fait sentir.

D’autre part, la différence de consommation entre une Cadillac et une Prius est énorme. Bien sur, on compare des choux de quelques tonnes et des carottes d’une tonne, mais qui sait faire la différence en termes de consommation ? GM essaie de trouver la parade en proposant une architecture dite « hybride série » : l’électricité est générée par un groupe électrogène et stockée dans une batterie. La voiture est propulsée uniquement par des moteurs électriques. Il s’agit là réellement d’une architecture de voiture électrique qui embarque un groupe pour générer de l’électricité lorsque les batteries sont vides. En Europe, Porsche et BMW s’y mettent.

Même Peugeot, après avoir juré grands dieux que jamais ils ne tomberaient dans cette aberration technologique tant le diesel avait d’avenir, nous propose aujourd’hui de beaux prototypes, à base d’hybridation diesel et nous promet une commercialisation « rapide dans les années à venir ». Il leur faudra néanmoins résoudre les problèmes de « légères vibrations » du diesel lorsqu’il démarre et s’arrête pour que le confort soit équivalent à une hybridation essence et, détail, trouver une parade à la transmission Toyota… ou peut-être acheter une licence à Toyota ? Enfin, l'hybridation est moins bénéfique dans le cas du diesel, plus performant que l'essence dans les bas régimes. Renault fait le pari du tout électrique avec Better Place. Je soutiens ce projet qui peut sembler être une utopie : remplacer les stations essence par des « stations de batteries »… mais ce projet a l’appui d’un pays tout entier pour que ce rêve prenne vie. L’hydrogène sera peut-être l’autre voie ? Entre temps, nous verrons certainement apparaitre des "Plug-in hybrid", mais nous en reparlerons de ces deux sujets dans des prochains billets.

 

PS : on reproche classiquement aux véhicules hybrides d’être beaucoup plus complexes à produire et à recycler, donc être de gros consommateurs de CO2 à la production, ce qui est vrai. Mais il ne faut pas oublier que la construction d’un véhicule ne représente en moyenne que 15% de l’énergie totale, le reste étant consommé lorsqu’elle roule… 



[1] J’appelle rendement le rapport entre l’énergie du bon vieux gazole brulé pendant un parcourt et l’énergie réellement nécessaire à ce même parcourt

 

[3] J’avais relevé Rx400h/Rx300 : urbain 9,2 contre 14,4 l/100 km ; et extra urbain équivalente

 

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Par Fabio FERRARI,  fondateur de Symbiocars

Symbiocars est une société qui a pour objectif d’aider au développement des jeunes pousses

travaillant sur les transports renouvelables.

 

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vendredi, février 22 2008

Tout le monde attend la voiture électrique : par Fabio FERRARI

Par futuristiKtrader le vendredi, février 22 2008, 09:32

J'ouvre ici une tribune libre, a quelques personnalites,

 en pointe dans leur domaine d'activite, de recherche.

 

Pour commencer voici l'article de M. Fabio FERRARI,  fondateur de Symbiocars (site encore en construction).

Symbiocars est une société qui a pour objectif d’aider au développement des jeunes pousses

travaillant sur les transports renouvelables.

 

 

Tout le monde attend la voiture électrique

 

 

L ’histoire de la voiture électrique commence avec l’histoire de l’automobile :

 

La voiture électrique : inconvenients 

 

Certains se souviennent de la Jamais-Contente, première voiture à dépasser les 100 km/h en 1899. A l’époque ou les pompes à essence étaient aussi rares que les stations à hydrogène aujourd’hui, la question c’est donc posée : pourquoi l’essence puis le gazole ont-ils supplanté la voiture électrique alors que « tout le monde l’attend » ? La réponse tient en une phrase : « la voiture électrique, c’est le fil ou le boulet »[1]. Ce qui a fait le succès des couples moteur 4 temps/essence puis moteur diesel/gazole, c’est que l’énergie nécessaire à transporter la voiture, son conducteur et accessoirement, le reste de sa famille et les bagages, doit prendre peu de place, de poids et être stockée de manière sûre. Il est bien difficile de concurrencer le litre d’essence sur ces domaines.

 

Le fil ?

 

C’est le train, le tramway, une solution élégante mais qui nécessite une infrastructure lourde à déployer et qui n’offre évidemment pas la liberté d’aller ou l’on veut. Le boulet ? c’est la batterie. La batterie au plomb qui n’a que peu évoluée depuis son invention[2] en 1889. Elle stocke en gros 100 fois moins d’énergie qu’un kilo d’essence, et 33 fois moins qu’un litre d’essence si l’on prend en compte le rendement moyen d’un véhicule diesel moderne et d’une chaine de traction électrique moderne. Ces rapports sont discutables puisqu’ils s’appuient sur des « rendements moyens de véhicules modernes », mais ils donnent une idée du rapport de force. Enfin, le temps de recharge d’une batterie est assez lent. Il ne faut pas oublier que l’automobile doit satisfaire un besoin de déplacement libre d’un certains nombre de passager, sans passer 6h à faire le plein, et même si ces critères sont loin de ceux qui décident aujourd’hui du choix d’un véhicule, ils restent des exigences de bases…

 


Les technologies évoluent : batterie et puissance  aussi

D’un coté, les batteries deviennent de plus en plus performantes. On ne remerciera jamais assez les perceuses électriques sans fil et les portables de toutes sortent qui financent ces avancées. Mais malgré tous ces efforts, nous sommes encore loin de l’essence…[3] Parallèlement à cela, les moteurs diesel évoluent, même si tout le monde s’accorde sur le fait que cette amélioration atteint une asymptote. Et que dire s’il était possible de fortement réduire la quantité de CO2 et des polluants relâchés dans l’atmosphère grâce à un « super pot » qui par exemple, stockerait les gaz. Car en effet, quels sont les avantages de la voiture électrique ? Son silence de fonctionnement : les personnes qui ont eu la chance de rouler en électrique s’en souviennent, et les conducteurs de voitures hybrides n’apprécient généralement pas le passage au thermique. La « puissance » : en effet, le moteur électrique a pour lui un couple linéaire, donnant une impression d’accélération forte et continue, le tout dans un rendement à faire pâlir de jalousie le plus beau des moteurs 4 temps[4].

 

Vous êtes certainement sensible à la pollution, et vous pensez que c’est l’avantage principal ?

Avantages de la voiture électrique

 

La démonstration est difficile à faire. La quantité de CO2 produite par kW d’électricité dépend fortement de l’énergie primaire qui a été utilisée pour la produire. S’il s’agit d’un dérivé du pétrole sans capture du CO2, le bilan reste un peu meilleur, mais il faut se battre pour le démontrer. Si la production est massivement à base de charbon, comme en Chine, le bilan devient défavorable. Ceci fait dire à certains réactionnaires que « la voiture électrique pollue plus que la voiture à essence ». La France est le bon élève sur ce sujet. Le nucléaire ne génère pas de CO2, mais des déchets radioactifs. Pour rester positif, l’effort sur la réduction du CO2 généré et l’augmentation de la part des renouvelables dans la production d’électricité est un effort mondial. Il est à parier qu’il sera plus simple de capturer le CO2 produit par une centrale à charbon que celui qui sort du pot d’échappement d’une voiture[5].

 

Il reste enfin le coût au km...

Prix d'une voiture électrique :

 

Le porte-monnaie est pour moi, le seul critère qui peut faire vraiment bouger les choses. La démonstration de l’avantage économique de l’électricité est elle aussi difficile à faire. Si l’on ajoute le coût du kWh au coût d’amortissement de la batterie, qui malheureusement s’use, le bilan n’est pas toujours en faveur de l’électrique. Et je ne compte pas les coûts d’industrialisation et d’adaptation des technologies électriques à l’automobile (seul Toyota a une vrai expérience), les coûts d’infrastructure, les efforts de transmutation culturelle du vieux monde de l’automobile (je cherche la pierre adéquate, des idées ?), etc.

La flambée du prix du pétrole aide à faire pencher la balance du bon coté, mais paradoxalement, si les constructeurs atteignent leurs résultats de baisse de CO2 par km, il s’en suivra une baisse mécanique de la consommation qui compensera en partie l’augmentation du prix de l’essence… On peut chipoter sur la date du peak-oil, mais une chose est sûre, nous finirons bien par ne plus avoir de pétrole !



La voiture électrique a-t-elle finalement une chance de voir le jour rapidement ?

Arrivée de la voiture électrique :

 

Dans l’état actuel des choses et sans changer les exigences (autonomies, mêmes voitures) les chances sont très faibles. Il existe tout de même des pistes : amélioration des batteries, « voiture de ville », hydrogène, nouveaux business modèles[6]. Dans un premier temps, l’hybridation ouvre la voie. L’hybridation oblige l’apparition des courants forts et des gros moteurs électriques dans les véhicules… Mon conseil : achetez une voiture hybride, demandez à votre concessionnaire favori des nouvelles des belles promesses des salons de Frankfort, Tokyo etc. Toyota reste l’aiguillon qui pousse tout le monde vers l’électrique.

Tout ceci démontre que dans la constante et passionnante évolution technologique que nous vivons, les équilibres établis peuvent être bousculés. Il est admis que le ou les producteurs de batteries qui seront retenus pour devenir les fournisseurs des constructeurs automobiles seront immédiatement les plus gros producteurs de batterie lors du lancement des véhicules[7]. J’espère vivement que le retard technologique accumulé par tous les constructeurs vis-à-vis de Toyota sera rapidement rattrapé.

Seul GM essaie aujourd’hui de faire mieux en proposant une solution encore plus innovante basée sur l’hybridation série. Mais il est vrai que sur le marché américain, les équilibres ne sont pas les mêmes[8].

L’Europe se sent protégée par le bon vieux diesel et le taux de dieselification.

 

A suivre donc...

[1]La solution qui semble émerger est le confinement dans des grottes souterraines, comme à Lacq.
[2] http://www.projectbetterplace.com/
[3] A surveiller, A123, LG, Valence, Bolloré, Saft, Kokam.
[4] Encore +27% en janvier sur les vente d’hybride au US.
[5] François Roby, Vers la voiture sans pétrole
[6] Mise au point par Gaston planté en 1889
[7] Rapports d’environ 40 pour le poids et 20 pour le volume en Li-ion
[8] http://www.youtube.com/watch?v=8qDZOBQs60w

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