Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020 Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

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Des technologies compétitives au service du développement durable destiné à un usage polyvalent : principalement urbain et exceptionnellement routier. Il pourra se permettre d’être plus lourd, et embarquer davantage de batteries. Ces véhicules émettront alors 0 gCO 2 /km, du réservoir à la roue et donc sans prendre en compte le mode de production de l’hydrogène. Air Liquide estime qu’avec son objectif de produire 50 % de son hydrogène pour des applications énergétiques de manière décarbonée à horizon 2020, les émissions du véhicule, du puits à la roue cette fois-ci, seront de l’ordre de 4-5 gCO 2 /km. 6 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 1 . Différents facteurs ont contribué à l’achat de véhicules plus lourds et plus puissants : les progrès technologiques 2 (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 3 (le reste, soit plus de 100 kg, est lié au confort du passager). 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 4 (3 %) ; systèmes de transmission et de (1) 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. (2) L’amélioration de la maîtrise de la combustion (électronisation), la diésélisation avec l’arrivée de l’injection directe haute pression et ses évolutions, les pneumatiques à résistance au roulement optimisée, la réduction de la consommation des auxiliaires, le système stop & start, etc. (3) Ceci est une estimation. Elle comprend des dispositifs antipollution et de réduction du bruit d’échappement (10 à 15 kg avec catalyseur, filtre à particules, additif, etc.) ; des dispositifs de sécurité (30 à 40 kg « obligatoires » et 20 kg « complémentaires ») ; et enfin un dispositif antibruit (5 à 15 kg) pour le respect de la norme, soit un total de 90 kg « obligatoires ». (4) 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 Centre d’analyse stratégique - 260 - Août 2012 www.strategie.gouv.fr

Le véhicule particulier 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 véhicule ainsi que sa maintenance. On arrive ainsi à une limite du concept de véhicule. 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 %). 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 1 (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 2 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 CO 2 d’un tel véhicule 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. (1) Faurecia, équipementier français, s’est engagé à réduire d’au moins 20 % la masse de ses produits. (2) Roue à l’intérieur de laquelle est placé le moteur électrique qui l’alimente directement (chaque roue possède son moteur électrique). Centre d’analyse stratégique - 261 - Août 2012 www.strategie.gouv.fr

Le véhicule particulier<br />

direction moins consommateurs ; éclairage LED (3 %) ; auxiliaires électriques<br />

optimisés (5 %) ; dispositifs d’aide à la conduite. Autant d’améliorations qui<br />

permettront, d’ici à <strong>2020</strong>, une réduction de consommation de l’ordre de 30 %. À ces<br />

technologies s’ajoutent celles décrites plus haut sur l’hybridation et la motorisation<br />

thermique. Mais tout cela a un coût élevé et contribue à complexifier fortement le<br />

véhicule ainsi que sa maintenance. On arrive ainsi à une limite du concept de véhicule.<br />

Il faut donc repartir de la base : viser un véhicule plus léger, et certainement moins<br />

performant en matière de vitesse de pointe (réduction de consommation de 15 %).<br />

Pour y arriver, des progrès peuvent être réalisés en travaillant sur les structures, avec<br />

des matériaux composites, de l’acier à haute limite élastique (acier HLE), du<br />

magnésium (bloc moteur) ou encore de l’aluminium. Il faudra également réduire<br />

drastiquement la masse du groupe motopropulseur et optimiser la masse des<br />

auxiliaires et des habillages internes 1 (sièges, banquette, tableau de bord, etc.). Cela<br />

pourrait conduire à terme à une réduction de masse de 200 kg. L’aboutissement serait<br />

ainsi d’obtenir un véhicule de 850-900 kg pour la gamme moyenne-basse et de moins<br />

de 1 000 kg pour la gamme moyenne-haute.<br />

On reste loin cependant du concept de « petit véhicule électrique allégé » qui ne<br />

pourrait être viable que pour un poids de 400 à 700 kg. Au-delà des problèmes de<br />

sécurité (chocs, hétérogénéité des véhicules en circulation) que poseront ces<br />

véhicules, ce sont les « normes » de confort qu’il faudra revoir. Un compromis<br />

masse/confort doit nécessairement être trouvé pour permettre au véhicule électrique<br />

de se développer. Ces nouveaux concepts de véhicules verront également émerger<br />

de nouvelles architectures spécifiques au véhicule électrique : véhicule mono ou<br />

biplace ou encore véhicule équipé de moteur-roue, avec, par exemple, la technologie<br />

Active Wheel 2 développée par Michelin, technologie dont le principal avantage est de<br />

libérer de la place pour les structures (ce qui favorise le développement des petits<br />

véhicules électriques, dont les batteries seront logées dans le plateau porteur). Cette<br />

technologie équipe déjà les véhicules Michelin HY-Light, Will (Michelin-Heuliez) et<br />

Venturi Volage.<br />

L’émergence de ces nouvelles architectures entraînera alors de nouvelles questions<br />

sur la cohérence de la circulation, notamment en milieu urbain, des différents types de<br />

véhicules (gros véhicules rapides thermiques, petits véhicules légers électriques, etc.).<br />

L’impact sur l’encombrement urbain reste également à évaluer : y aura-t-il davantage<br />

de véhicules ? La taille moyenne des véhicules sera-t-elle diminuée ? Peut-on espérer<br />

un gain de place pour le stationnement ?<br />

Quoi qu’il en soit, le développement des véhicules petits et très légers semble bien<br />

difficile. Ainsi, à moyen terme (horizon 2030), l’avenir du véhicule particulier paraît<br />

davantage être celui d’un véhicule d’un peu moins de 800 kg, possédant une<br />

motorisation hybride thermique-électrique, équipé d’un moteur à 3 cylindres, à<br />

performances « limitées » (vitesse maximale de 130-140 km/h) et consommant un<br />

biocarburant de deuxième génération. Les émissions de CO 2<br />

d’un tel véhicule<br />

pour un diesel suralimenté, c’est-à-dire un turbo diesel, en cycle urbain). Cet auxiliaire peut être<br />

optimisé par l’intégration d’un système de pilotage automatique.<br />

(1) Faurecia, équipementier français, s’est engagé à réduire d’au moins 20 % la masse de ses<br />

produits.<br />

(2) Roue à l’intérieur de laquelle est placé le moteur électrique qui l’alimente directement (chaque<br />

roue possède son moteur électrique).<br />

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