COLLOQUE ENERGIE ET TRANSPORT : ENERGIE EMBARQUEE

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COLLOQUE ENERGIE ET TRANSPORT : ENERGIE EMBARQUEE
COLLOQUE ENERGIE ET TRANSPORT :
ENERGIE EMBARQUEE – VEHICULE
HYBRIDE
Ouverture du colloque
1
Laure REINHART
Présidente – Ile de Science
Hydrogène-énergie : vers le transport respectueux de l’environnement
2
Guy de REALS
Air Liquide
Les enjeux de la gestion de l’énergie à bord des véhicules
9
Joseph BERETTA
PSA Peugeot-Citroën
Quel avenir pour la pile à combustible dans l’automobile ?
14
Philippe SCHULZ
Direction de la Recherche, Renault
Batteries Li-ion pour véhicules hybrides et électriques : vision du CEA
20
Gilles LE MAROIS
Centre CEA de Grenoble
Stratégie d’hybridation par Valeo : pour des applications grande série compétitives
25
Daniel RICHARD
Valeo
Les hybrides sont-ils une solution d’avenir pour les transports en commun ?
Retour d’expérience de la RATP
30
Sylvestre COSTA
RATP
La technologie hybride HDI PSA Peugeot-Citroën
34
Joseph BERETTA
PSA Peugeot-Citroën
Les véhicules de demain : sur quelles technologies seront-ils basés ?
39
Table ronde
Conclusion
Guy BOURGEOIS
Directeur Général de l’INRETS
45
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Colloque Energie et Transport :
Energie Embarquée – Véhicule Hybride
Ouverture du colloque
Laure REINHART
Présidente – Ile de Science
Bienvenue à cette journée consacrée au thème d’actualité de l’énergie dans les transports. Ile de
Science est une association, créée il y a une trentaine d’années, qui regroupe des établissements
scientifiques publics et privés pour les faire travailler sur des sujets communs. Nous nous intéressons
tout particulièrement à la création d’entreprises innovantes s’appuyant sur la recherche publique et
privée. Les journées Ile de Science ont pour objectif de rassembler autour d’une thématique
scientifique ou systémique transverse différents acteurs de la recherche, du monde universitaire et de
l’industrie.
Vous entendrez aujourd’hui des interventions de grands industriels particulièrement impliqués sur ce
thème. Récemment, plusieurs communautés se sont rassemblées autour d’opérations structurantes.
Ainsi un laboratoire sur les énergies embarquées, Speelab, a été créé. Il réunit des chercheurs de
Supélec, de l’ENS Cachan, de Paris 6, de Paris 11 et de l’INRETS.
En outre, l’Assemblée générale constitutive du pôle de compétitivité Moveo s’est tenue
lundi 19 juin, sur le site de Renault. L’énergie dans les transports est l’une des problématiques
majeures de ce pôle de compétitivité, constitué par le rapprochement des deux pôles Normandie
Motor Valley et Vestapolis.
Les aspects scientifiques et techniques de nos débats conduiront à débattre en fin d’après-midi
autour d’une table ronde, sous la présidence de Guy Bourgeois, Directeur Général de l’INRETS, à
laquelle participeront Alain Bravo, Directeur de Supélec, et les autres intervenants de la journée.
Un compte-rendu de ce colloque
(http://www.iledescience.org/).
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
sera
disponible
sur
le
site
Ile
de
Science
1
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Hydrogène-énergie :
vers le transport respectueux de l’environnement
Guy de REALS
Air Liquide
Je vous parlerai d’énergie et de transport, mais aussi d’environnement et d’hydrogène. Ces quatre
mots ont fréquemment résonné au cours des dernières semaines, à l’occasion de différents
événements, comme la semaine du développement durable, le challenge Bibendum qui présentait des
véhicules utilisant des énergies nouvelles ou le WHEC à Lyon.
La dimension scientifique de ma présentation sera réduite. Je me concentrerai sur l’introduction de la
vision industrielle d’Air Liquide concernant la filière hydrogène-énergie, de la production primaire
jusqu’à l’utilisation.
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Notre entreprise réalise un chiffre d’affaires de 10 milliards d’euros. Nous sommes très orientés à
l’international et réalisons 80 % de ce chiffre d’affaires à l’étranger.
I.
Les défis de l’énergie
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Les défis de l’énergie liés au transport et à l’environnement sont les suivants :
•
les problèmes de pollution et d’émission de gaz à effet de serre ;
•
la raréfaction des ressources et l’accès à des ressources de plus en plus difficiles à exploiter ;
•
la congestion des grandes agglomérations, nécessitant l’apparition de nouvelles formes de
mobilité individuelle, l’automobile devenant un objet particulièrement encombrant, notamment en
centre ville.
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Un consensus fort s’est créé très rapidement sur la thématique du réchauffement climatique et des
gaz à effet de serre. La convergence d’une grande partie de la communauté scientifique et
industrielle pour accepter l’urgence et la réalité du problème est impressionnante.
Les données publiées par l’IPCC en attestent et mentionnent par exemple, que pour stabiliser le taux
de CO2 dans l’atmosphère au niveau de 440 ppm, il faudrait parvenir à stabiliser les émissions de
CO2 entre 2010 et 2015.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
2
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
II. Quelle contribution pour Air Liquide ?
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L’utilisation de l’hydrogène dans les transports n’est pas une nouveauté. Il est utilisé depuis
longtemps par exemple pour la désulfuration des carburants..
Je présenterai également d’autres gaz et leur contribution, notamment à l’élaboration des carburants
de demain. Nous verrons alors que l’hydrogène constitue plutôt le carburant d’après-demain.
1. L’hydrogène dans la filière énergétique
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L’hydrogène est très largement utilisé pour la désulfuration des carburants. Le renforcement des
réglementations a permis de réduire de façon drastique les quantités de soufre dans les carburants, ce
qui a entraîné une amélioration considérable de l’environnement dans les pays concernés (Europe,
Etats-Unis et Japon). Ainsi, les terribles effets des pluies acides ne sont quasiment plus que des
mauvais souvenirs dans ces pays. Il y a là un exemple intéressant de traitement d’un problème
environnemental majeur par des solutions réglementaires.
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A l’avenir, les difficultés d’accès aux carburants fossiles traditionnels conduiront à une valorisation
plus importante du. gaz naturel et des charbons, qui elle-même passe par des processus qui utilisent
de grandes quantités d’oxygène. Cette valorisation permet de créer des carburants de synthèses plus
propres qui ne contiennent quasiment pas de soufre. En outre, la gazéification de charbons permet
d’utiliser des charbons de qualité variable, avec un impact environnemental limité.
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Les technologies permettront la séquestration de CO2 à la source, par exemple sur des centrales à
charbon. En déballastant l’azote il est possible de le remplacer par du CO2 recirculé des fumées,
pour obtenir des effluents constitués quasi exclusivement de CO2, et presque directement
séquestrables.
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2. L’hydrogène dans les transports : comment contribue-t-il à une mobilité propre ?
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Le rendement de la filière hydrogène est au moins double de celui des filières essence classiques. Les
technologies ne sont évidemment pas encore toutes disponibles, mais l’hydrogène apparaît très
adapté au transport. Par ailleurs, il ne génère aucune émission à l’utilisation, ce qui évite une
pollution et des émissions de CO2 disséminées.
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Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Trois défis principaux apparaissent pour l’utilisation de l’hydrogène en tant que carburant,
notamment dans l’automobile.
a. Le stockage de l hydrogène et le stockage embarqué
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Notre objectif est de proposer un stockage qui permette aux véhicules de rouler 500 kilomètres
Cette distance représente la demande standard d’un utilisateur. Pour y parvenir, il faut environ
60 mètres cube d’hydrogène à pression atmosphérique. Des technologies de stockage permettent
heureusement de réduire ce volume, dans des proportions importantes : 200 litres à 350 bar,
125 litres à 700 bar ou 75 litres liquéfiés à -253°C..
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Air Liquide travaille sur le développement de différentes filières de stockage.
•
le stockage comprimé à 350 ou 700 bar
Une grande majorité des prototypes de voitures circule avec de telles bouteilles.
•
des petites cartouches de 2 à 5 litres sous très haute pression
Elles concernent la petite mobilité. Nous développons actuellement des prototypes à 700 bar qui
permettront à l’utilisateur d’effectuer des échanges plein contre vide dans une logistique allégée,
chez un distributeur standard ou par le biais de distributeurs automatiques.
•
l’hydrogène liquide à -253°C
Il s’agit de la troisième voie utilisée dans l’automobile. Elle a longtemps été considérée peu
viable, du fait de certains problèmes techniques comme les pertes par évaporation. Aujourd'hui,
certains constructeurs privilégient le liquide qui permet d’embarquer des quantités nettement
supérieures à ce que permet le gaz comprimé. Air liquide a développé des réservoirs embarqués
qui sont actuellement utilisés par certains constructeurs.
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b. Les piles à combustible
Il s’agit de la technique de conversion de l’hydrogène en énergie électrique. Nous développons nos
piles à combustible dans notre filiale Axane. Les premiers exemplaires arrivent actuellement en
utilisation commerciale. Il ne s’agit pas de piles à usage automobile, mais de piles d’une puissance
comprise entre 500 watts et 10 kilowatts. Elles répondent à un certain nombre de besoins, comme
certaines applications stationnaires ou certaines applications liées à la petite mobilité.
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Le problème principal de cette technologie demeure son prix élevé. La pile revient aujourd’hui à
7 000 ou 8 000 euros du kilowatt. Cela montre l’étendue du chemin à parcourir avant d’aboutir à
des montants acceptables pour les applications transport grand public, évalués autour de 50 à
100 euros du kilowatt.
Des ruptures technologiques ou des effets d’échelle permettront d’y parvenir. Actuellement, les piles
sont fabriquées en petites série, typiquement une à quelques dizaines d’exemplaires. Nous visons des
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
séries de milliers de piles en 2010, et des dizaines de milliers de piles entre 2010 et 2020 qui
permettront d’atteindre des prix de l’ordre de 300 Euro du kilowatt. Un tel prix nous rapprochera de
l’utilisation automobile. Cette montée en puissance sera permise par l’accès à certains marchés de
niches pour lesquels les applications piles à combustibles deviendront compétitives au fur et à
mesure que les coûts baisseront.
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c. Les infrastructures et la distribution
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Comment distribuer l’hydrogène nécessaire au transport et comment le mettre à disposition de
l’utilisateur ? Nous rêvons de voir se construire des stations dans toutes les villes, où des centaines
d’utilisateurs viendraient quotidiennement faire le plein. Pour l’instant, les stations existantes sont
uniquement expérimentales. Elles n’alimentent qu’une poignée de véhicules expérimentaux.
Slide 19
Aujourd’hui, trois modes de distribution sont utilisés.
•
le pipeline
Air Liquide opère environ 1 700 kilomètres de pipelines hydrogène sur une douzaine de réseaux.
Ce moyen de distribution s’adresse aujourd'hui aux industriels, notamment aux raffineurs et aux
pétrochimistes, qui consomment de grandes quantités. Nous étudions toutefois la possibilité
d’employer ce mode pour développer les premiers réseaux de stations services.
•
les tube-trailers ou liquid-trailers
•
Il s’agit de camions qui transportent le gaz sous forme comprimée, et qui embarquent
3 000 à 6 000 mètres cubes chacun,ou de camions cryogéniques, qui peuvent embarquer
40 000 mètres cubes d’hydrogène. Cependant la liquéfaction coûte cher en énergie, et
l’hydrogène gazeux coûte cher en transport. Le choix de la solution dépend des besoins
spécifiques de l’application à fournir.
les bouteilles
Ce mode de distribution est bien adapté aux petites industries et aux petits consommateurs.
Actuellement, une bouteille standard transporte 9 mètres cubes. Des centaines de milliers de
bouteilles tournent entre les utilisateurs, les centres de conditionnement et les distributeurs. Il
s’agit donc tout de même d’une logistique lourde, adaptée à de petites quantités. Ce système
viable pour les applications de petites mobilité, mais pas dans le cadre de l’industrie automobile,
sauf éventuellement dans le cadre de programmes de démonstration.
•
Slide 20-24
Les stations services :
Le développement des stations services H2 nécessite un parc automobile suffisant qui lui même a
besoin d’infrastructure pour se développer. Pour le moment, les stations services sont implantées
dans le cadre de programmes de démonstration financés. Il existe environ cent cinquante stations de
ce genre dans le monde, réparties entre l’Europe, les Etats-Unis, le Japon et la Chine.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
3. L’impact sur l’environnement
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L’emploi de l’hydrogène suscite immédiatement des questions concernant sa production primaire,
notamment sur les émissions de CO2. Aujourd’hui, cette production se fait à 94 % à partir d’énergie
fossile. Elle contribue de ce fait aux émissions de CO2, comme les autres carburants.
Cependant, la filière hydrogène permettra de réduire les quantités de CO2 émises. La comparaison
des filières essence et hydrogène révèle que l’hydrogène produit à partir de réserves fossiles génère
dans certains cas plus de CO2 à la source, mais que les émissions au véhicule sont nulles, alors
qu’elles sont très importantes dans le cas des véhicules traditionnels. Le bilan global étant nettement
favorable à l’hydrogène.
L’évolution des procédés de production d’hydrogène devrait permettre de supprimer totalement les
émission de CO2, pour aboutir à une filière hydrogène complètement propre.
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4. L’’ouverture de certains marchés de niches
Le problème du lancement de la filière est de trouver un point de départ. En effet, pour disposer de
stations, des voitures doivent les utiliser, et pour que des voitures roulent, des stations doivent
apparaître. Nous pensons que pendant la période de transition, un certain nombre de marchés de
niches devraient s’ouvrir.
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•
le marché de la petite mobilité
Le projet Hychain constitue un exemple de développement d’une centaine de véhicules (petite
mobilité), alimentés par des cartouches sur le principe du plein contre vide. L’objectif de ce type
de projet est de stimuler le développement des véhicules, mais aussi de la chaîne logistique et
d’emballage. Un essaimage devrait avoir lieu autour des points de déploiement de ce programme,
pour aboutir aux premiers noyaux d’utilisation de l’hydrogène en transports urbains.
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• l’alimentation électrique de sites isolés
Ce marché concerne par exemple les antennes de télécommunication dans des endroits nonraccordables au réseau. Certaines démonstrations sont en cours avec des opérateurs. Beaucoup
d’applications sont concernées par ce marché, en alimentation de base ou en secours, notamment
dans les environnements sensibles aux nuisances où il est impossible de placer des groupes
électrogènes : bâtiments administratifs, data-centers ou banques.
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Des projets de démonstration liés au transport automobile existent dans le monde entier,
principalement dans les pays développés. La mise en place d’infrastructures évoluées sera nécessaire
pour assurer une logistique hydrogène adaptée. Il apparaît évident que le développement mondial de
la filière sera long.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Cependant, même si le transport de masse se situe dans un futur encore lointain, l’ouverture de
certaines niches permettra très prochainement des applications directes des progrès accomplis.
L’acceptation sociétale doit encore progresser, tant en termes de normalisation, de réglementation
que d’acceptation du public. Vous y contribuez et je vous en remercie.
Denis FRANCILLARD, Areva
En mentionnant des applications en sites isolés, comment vous positionnez-vous par rapport à la
concurrence de moins haute technologie des batteries ?
Ensuite, vous mentionnez que la production d’hydrogène contribue au réchauffement climatique
dans sa production de CO2. Or il existe des voies qui permettront la production sans CO2,
notamment par le nucléaire.
Guy de REALS
Les batteries ne constituent une solution que pour certaines applications, selon les niches
technologiques. Elles posent par exemple certains problèmes pour le back up en sites isolés. Leur
maintenance est lourde, leur taux de remplacement est relativement rapide, et leur énergie n’est pas
réapprovisionnable, alors qu’avec une solution à pile à combustible, il est possible de réalimenter en
hydrogène pour prolonger l’autonomie
Le nucléaire représente effectivement une possibilité clé pour la génération d’hydrogène sans
carbone et permettrait d’avoir à terme, une filière sans aucune émission de CO2.
Il ne faut cependant pas oublier que le contenant pèse bien plus lourd que l’hydrogène, qui ne
représente que 5% du poids total dans le meilleur des cas pour l’hydrogène comprimé.
Certaines technologies permettent un stockage liquide avec un taux de perte très faible, pour une
autonomie de plusieurs jours. Cela ouvre des possibilités pour des flottes de véhicules qui tournent
beaucoup ou pour des véhicules de forte puissance.
Ensuite, les problématiques de sécurité de l’hydrogène sont assez différentes de celles de l’essence
classique, mais pas nécessairement plus sévères. L’hydrogène est léger. Il se dilue très vite. Il est
certes explosif, mais sur peu de temps en cas de fuite ou d’épandage.
François LESIGNE, RTE
Une filière hydrogène pourrait-elle se charger de stockage d’énergie ?
Guy de REALS
Lorsque l’on transforme de l’électricité en hydrogène pour pouvoir retransformer ensuite cet
hydrogène en électricité, on a les ratios suivants : Il faut 4 à 5 kwh pour produire 1 Nm3
d’hydrogène par électrolyse et 0,7 Nm3 d’hydrogène pour restituer 1 kwh électrique à travers une
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
pile à combustible. Il existe donc un facteur 3 entre la quantité d’énergie que l’on cherche à stocker
et celle que l’on peut restituer... Cette solution apparaît envisageable à condition de disposer d’une
énergie bon marché comme c’est le cas lorsqu’il existe de la capacité disponible sur des moyens de
production.
Nous travaillons par exemple, sur des installations hybrides, éoliennes photovoltaïques avec
électrolyseurs et piles, pour déterminer s’il est possible de développer des systèmes autonomes à des
coûts acceptables.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Les enjeux de la gestion de l’énergie à bord des véhicules
Joseph BERETTA
PSA Peugeot-Citroën
L’automobile a environ 130 ans. A ses débuts, trois énergies existaient pour sa propulsion : l’énergie
électrique, le pétrole et la vapeur. Le pétrole a gagné. Aujourd'hui, ce choix est remis en cause.
I.
Le positionnement de PSA Peugeot-Citroën
Les évolutions dans ce domaine intègrent plusieurs facteurs, notamment technologiques ou
réglementaires, la réglementation pouvant être particulièrement contraignante. Ces évolutions
obéissent au triangle des hypothèses industrielles, fonctionnelles et économiques.
L’innovation dans l’automobile conduit à des changements profonds :
•
•
•
•
une évolution des procédés et des méthodes de conception ;
des travaux importants sur les matériaux ;
un large développement du groupe motopropulseur ;
des changements dans l’énergie.
Nous suivons une dynamique forte d’évolution, afin de réduire certains facteurs (les consommations,
le bruit, le poids, les émissions) et d’en améliorer d’autres (le confort, la sécurité, l’intelligence).
Nous sommes obligés de nous aligner sur les valeurs collectives : la réglementation, la sécurité, les
limitations d’émissions polluantes, les processus de recyclage. Nous devons tenir compte des
énergies disponibles dans les régions de vente des véhicules.
Les trois plus anciens marchés automobiles sont les Etats-Unis, l’Europe et le Japon, mais la
croissance du secteur est réalisée sur les marchés émergents : Asie, Chine et Inde.
Nous positionnons notre action autour de plusieurs grands chantiers :
•
•
•
•
•
la sécurité ;
la qualité perçue et les demandes de fonctionnalités des clients ;
le coût d’achat et le coût d’usage ;
les services ;
le respect de l’environnement.
II. La préservation de l’environnement
La prise de conscience de la nécessité de la préservation de l’environnement existe, mais si
l’hydrogène est présenté comme la solution ultime, des solutions intermédiaires devront auparavant
se développer.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
9
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
La partie du cycle de vie qui utilise le plus d’énergie est l’usage, loin devant la production et la fin de
vie. Dès lors, la réglementation agit sur ce point, ce qui a contribué à la baisse continue des
émissions polluantes, notamment grâce aux progrès technologiques. Cependant, bien que le
problème de la pollution soit traité, il reste le cas du CO2 et de la couche d’ozone. Le
renouvellement du parc automobile, qui prend de sept à huit ans, y contribue également. Un accord a
été signé entre la Commission Européenne, et les constructeurs automobiles. C’est un engagement à
atteindre, une valeur émission moyenne de 140 grammes de CO2 par kilomètre, d’ici 2008. La
moyenne actuelle se trouve autour de 186 grammes par kilomètre.
III. Le prix de la mobilité
D’ici 2020, l’Europe aura stabilisé ses émissions de CO2, tandis que celles d’Amérique du Nord et
d’Asie suivront encore une forte croissance, du fait du nombre de véhicules qui y circuleront. Leur
parc de véhicules s’élève aujourd’hui à 800 millions d’unités. Une projection les évalue à 1,5 milliard
en 2030. La plus forte croissance actuelle est à placer au crédit des pays en voie de développement,
ce qui nécessitera leur accès à l’énergie et au pétrole. Ainsi, les immatriculations ont augmenté de
40 % en 2005 en Chine et en Inde. Actuellement, le nombre moyen de véhicules par habitant se
trouve à 1 véhicule pour 2 habitants dans les pays développés, et à au moins 1 pour 10 dans les pays
en développement. La demande de pétrole pourrait donc doubler.
IV. Les possibilités d’énergie embarquée
Les choix sont limités : il s’agira soit d’énergie chimique qui est transformée en énergie mécanique,
soit d’énergie électrique, qui présente l’avantage d’être réversible. L’énergie mécanique concerne
plutôt les transports publics. Les autres énergies apparaissent insuffisamment adaptées au transport.
Le pétrole coûte actuellement cher et devrait le rester. Cette situation pourrait relancer l’intérêt pour
les énergies alternatives, tout comme elle amplifie les problèmes géopolitiques, du fait de la mauvaise
répartition des ressources.
V.
Les alternatives
1. Les biocarburants
Les moteurs à essence peuvent fonctionner sans problème à l’éthanol. L’éthanol alimente 22 à 24 %
des voitures brésiliennes, avec quelques flottes à 95 %. 5 % des voitures européennes pourraient être
concernées par ce carburant. L’ETBE, un dérivé de l’éthanol, peut également être employé.
Aux Etats-Unis, 10 % des véhicules fonctionnent au gazole et au E85 (85 éthanol nécessite des
moteurs flex-fuels).
Le développement de l’utilisation des biocarburants apparaît possible, mais il passe par une culture et
un traitement agricole particulier.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
10
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
L’éthanol réduit les émissions polluantes, de 10 à 14 % de CO, et de 5 à 9 % d’hydrocarbures. Il
présente comme inconvénient d’avoir une volatilité plus importante, qui nécessite de passer par un
système de traitement des vapeurs.
L’emploi de l’huile végétale pour les moteurs diesel a souvent été débattu. Il n’est pas recommandé,
surtout dans les moteurs modernes à haute pression d’injection. En effet, le système de contrôle est
censé fonctionner avec des carburants normalisés et normés. Des problèmes peuvent apparaître à
partir d’un mélange supérieur à 30 %. La meilleure solution consisterait à transformer ce carburant
en méthyle ester : il s’agit d’ajouter 100 kg de méthanol à 1 tonne d’huile, pour obtenir un mélange
ayant des propriétés proches du diesel.
Le biodiesel réduit le CO de 11 % et le HC de 20 %. Il baisse l’émission de PM et de CO2 de
manière significative. En revanche, l’émission de NOx augmente de 8 %.
2. Les batteries
Dans le choix des différentes batteries, le plomb apparaît comme une technologie vieillissante, tandis
que le NiMh et le lithium apparaissent comme leaders.
VI. Les rendements énergétiques
Alors qu’un moteur thermique classique des années 1980 connaissait un rendement du puits à la roue
de 15 %, nos moteurs thermiques modernes atteignent des taux de 30 à 35 %. L’écart diminue donc
par rapport aux piles à combustible.
VII. La consommation d’énergie des véhicules particuliers
Parmi les différents couple systèmes de traction/énergie, l’hybride apparaît comme le plus
intéressant. En revanche, l’emploi des piles à combustible à partir de gaz naturel apparaît encore plus
intéressant.
VIII.
Le stockage
Sur ce point, le volume et la densité massique sont les facteurs déterminants. Nous procédons à leur
évaluation en fonction des différentes énergies. Des résultats comparables pour l’essence, le diesel
ou les combustibles alternatifs apparaissent. En revanche, les écarts s’envolent avec le gaz. L’emploi
du GPL (liquide à température ambiante) et du méthanol double le volume et la masse du réservoir à
autonomie identique. Le CNV (gaz naturel de ville) accroît considérablement le poids du réservoir
pour atteindre une autonomie standard (150 kg). Le poids du réservoir à hydrogène liquide est plus
raisonnable (130 kg) ; par contre, son volume monte à 350 litres pour la même autonomie.
Dans le cas des batteries, les évaluations sont totalement décalées. Les nouvelles batteries, comme
les batteries Li-ion permettent des gains significatifs.
Les énergies alternatives ne renvoient donc pas aux performances que nous connaissons aujourd'hui,
d’où la nécessité de segmenter les utilisations.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
11
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Sachant que le pétrole coûtera de plus en plus cher, les biocombustibles devraient se développer et
entrer en application. De leur côté, le gaz et les batteries n’atteignent pas les performances
massiques et volumiques du pétrole. Il convient donc de gérer au mieux les réserves, et de tenir
compte des limites des énergies alternatives.
IX. L’utilisation de l’énergie à bord
1. La transformation d’énergie
Les pertes de la transformation d’énergie chimique ou mécanique représentent 70 % de la
consommation d’un moteur thermique. Le frottement, le pompage du moteur, les accessoires et la
transmission entrent aussi en compte. Enfin, une partie est utilisée pour vaincre l’inertie,
l’aérodynamisme et la résistance au roulement.
Nous travaillons pour améliorer l’efficacité de la combustion, pour limiter les pertes thermiques.
Quant aux accessoires, le passage au 42 volts permettra d’améliorer leur rendement.
2. La gestion de l’énergie
La partie thermique, qui représente 20 % de la consommation du véhicule, connaît une amélioration
de son efficacité par la régulation précise de la température ou la réduction de l’amplitude des chocs
thermiques.
Nous menons également un travail sur les systèmes de climatisation, qui consomment du carburant
surtout à l’arrêt. Notre objectif est de mettre en lien la boucle de la climatisation avec la gestion du
moteur, ce qui devrait permettre d’obtenir des gains significatifs.
Nous nous penchons également sur les accessoires électriques, sachant que les accessoires
auparavant non-électriques le deviennent peu à peu, comme la direction assistée, la suspension ou les
freins de parking. Ce point devrait connaître une croissance importante, pour arriver à une situation
en 2010 où le coût de ces systèmes représentera 20 à 35 % du coût du véhicule, tandis que la partie
mécanique n’occupera que 30 % du coût.
Dès lors, qu’inclure dans l’électrique ? Son principe de fonctionnement est simple : il connaît de
nombreux consommateurs, mais pas en permanence. Même si leur consommation augmente, nous
tâchons de maîtriser la consommation moyenne à bord. Ainsi, certains consommateurs peu utilisés
peuvent être désactivés en cas de demande de puissance.
Le passage en 42 volts permettra des gains variables, car certains consommateurs posent encore des
problèmes, comme l’éclairage, dont la duré de vie est réduite par quatre.
Etudions les sources électriques de la consommation d’énergie embarquée : en cas de remplacement
d’un moteur thermique par un moteur électrique, la moitié des pertes disparaît. Cependant, il
convient de considérer que cette source thermique peut s’avérer utile en hiver. En effet, un moteur à
très bon rendement entraîne la nécessité d’employer un chauffage additionnel. Dans le cas des piles,
les pertes peuvent être utilisées pour chauffer l’habitacle.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
En conclusion, le moteur thermique apparaît de plus en plus performant. Il consomme moins de
5 litres au 100 kilomètres. Dès lors, le management thermique est aujourd’hui nécessaire. Les
hybrides électriques et les piles réduiront encore les pertes, mais de nouveaux problèmes ne
manqueront pas d’apparaître, du fait du passage des hydrocarbures classiques à des combustibles de
synthèse.
La thermique connaît une évolution de l’équilibres de ses sources. Dans une voiture classique, la
partie chimique et mécanique est majoritaire. Dans un véhicule hybride, la source électrique prend
une ampleur nouvelle et considérable.
Les coûts des systèmes essence et diesel baissent. En revanche, la réduction des coûts des systèmes à
pile et des hybrides n’atteint pas encore un niveau intéressant. Nous ignorons quand les courbes se
croiseront, et les prévisions d’asymptotes sont difficiles à tracer. L’avancée est progressive et se
réalise élément par élément.
De la salle
L’Europe importe et exporte encore beaucoup de véhicules diesel. Cette tendance se justifie-t-elle
encore, notamment au niveau de l’écart de prix ?
Joseph BERETTA, PSA
La fiscalité a favorisé le développement des moteurs diesel en Europe, ce qui n’a pas été le cas aux
Etats-Unis ou au Japon, où il est réservé aux poids lourds. L’écart continuera à se maintenir entre
l’essence et le diesel, avec des écarts de consommation de 15 à 20 %. Cela s’explique notamment
par la bien meilleure efficacité de la combustion du diesel. Par les projets avancés (fonctionnant par
combustion homogène), l’essence pourrait atteindre des performances similaires à celles du diesel,
mais ce n’est pas encore le cas.
Gérard JUGNON, CEA
Quelle est la stratégie de PSA pour évoluer d’un concept fondé sur la thermique vers des concepts
fondés sur l’électrique ? Y aura-t-il des ruptures ?
Joseph BERETTA
Nous aboutirons nécessairement à une déstabilisation du système, toutefois sans vraie rupture pour
l’instant. En effet, le coût du pétrole reste acceptable. Il s’agira davantage d’une transition vers
l’hybride, qui mélange électrique et chimique.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Quel avenir pour la pile à combustible dans l’automobile ?
Philippe SCHULZ
Direction de la Recherche, Renault
I.
Présentation du contexte
En analysant le secteur en tonne équivalent pétrole par habitant, l’Amérique du Nord apparaît bien
comme le plus grand consommateur, mais pour une population de seulement 300 millions
d’habitants. Il est important d’indiquer que plus de 4 milliards de personnes consomment moins de
0,2 tonne équivalent pétrole par habitant, ce qui laisse présager des perspectives importantes
d’augmentation de consommation énergétique.
La statistique de 85 millions de barils consommés par jour correspond à 2 litres de pétrole par
habitant et par jour. Cette information place ce besoin à un niveau similaire au niveau d’eau
nécessaire quotidiennement à tout être humain. Le carburant apparaît donc comme un besoin vital,
réparti de manière très inéquitable.
Nous nous penchons sur la recherche de réponses qui permettront d’assurer une solution durable et
économiquement acceptable, tout en respectant l’environnement.
Pour ne pas fausser le débat, il est important que les piles à combustible soient toujours présentées
dans ce schéma global, en comparaison avec d’autres systèmes de motorisation.
Les véhicules conventionnels entrent peu à peu dans la catégorie des véhicules propres, car la
pollution locale appartient au passé. La véritable évolution concerne dès aujourd’hui la baisse
d’émissions de CO2. Renault s’engage résolument sur ce sujet. Nous fabriquons d’ores et déjà des
véhicules à faible niveau de consommation, compte tenu de notre structure de gammes, et nous
poursuivons nos recherches sur les véhicules hybrides, les véhicules électriques, mais aussi
l’allégement de structure, les nouveaux modes de combustion…
II. Les facteurs d’évolution
Le client se trouve toujours au centre de nos préoccupations, de même que les attentes sociétales, et
la prise en compte de nos possibilités technologique à un instant t. Nos évolutions prennent en
compte les impératifs suivants
•
•
•
•
•
transporter les personnes et les biens en toute sécurité ;
garantir le confort ;
assurer le plaisir de la conduite ;
respecter l’environnement ;
assurer une mobilité durable à un coût acceptable.
Le premier projet de véhicule à hydrogène date de 1807, mais il n’a jamais été développé. Ce
domaine a été réinvesti depuis une quinzaine d’années, dans la recherche sur les piles à combustible.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Tous les constructeurs automobiles savent aujourd'hui faire des démonstrateurs technologiques ou
de communication, à plusieurs millions d’euros l’unité. Le véritable objectif demeure pourtant de
parvenir à un véhicule accessible au consommateur et fabriqué en série. Or il n’existe aujourd'hui que
200 véhicules à piles à combustible dans le monde.
L’hydrogène nous intéresse, car nous abordons la problématique des piles à combustible en tant
qu’ingénieurs, et non en tant qu’entreprise communicante. C’est la raison pour laquelle nous n’avons
pas produit de véhicule de démonstration. Nous considérons qu’il existe un vrai potentiel dans cette
filière, d’autant que les sources d’hydrogène sont très nombreuses (biomasse, charbon, électrolyse,
électricité d’origine nucléaire, etc.).
L’utilisation des piles à combustible concerne plusieurs champs, du portable au stationnaire jusqu’à
l’embarqué.
La comparaison entre la pile à combustible et le moteur thermique présente peu de sens :
l’hydrogène est un vecteur d’énergie, qui doit dès lors être comparé à l’électricité. La filière de
production de l’hydrogène apparaît comme un facteur fondamental. Pour limiter les émissions de
CO2, nous devrons passer par une production d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables ou à
partir du nucléaire Des sacrifices et des compromis (émissions de CO2, coût énergétique) seront
toujours nécessaires.
III. Les défis à relever et les projets envisagés
Le défi technologique est considérable. Le bénéfice environnemental global doit être mis en parallèle
avec les évolutions des systèmes traditionnels.
Notre système est construit autour d’un réservoir qui alimente une pile, celle-ci alimentant ensuite un
moteur électrique. Il présente l’avantage de n’entraîner aucune émission autre que de l’eau, et de
bénéficier du bon rendement de la pile à combustible. Ses désavantages concernent les émissions de
CO2, variables selon les filières de production, la complexité du stockage à bord, et la distribution
d’H2 à mettre en place.
Une seconde approche utilise du carburant liquide, stocké dans un réservoir conventionnel, et
transformé sur demande en hydrogène pour alimenter la pile à combustible. Il s’agit de la technique
dite du réformeur. Elle utilise le réseau de distribution de carburant existant, d’où une adaptabilité à
la pompe à n’importe quel carburant. Cette technologie est donc universelle et applicable partout
dans le monde. En outre, elle garantit l’autonomie du véhicule. Enfin, elle permet elle aussi une
excellente réduction des émissions polluantes. Elle présente cependant le désavantage d’émettre du
CO2 à bord du véhicule. Sur ce point, notre but est d’atteindre moins de 80 grammes de CO2 émis
par kilomètre. Enfin, le reformage à bord est un processus très complexe à développer.
La troisième voie concerne les auxiliaires de puissance. Elle intègre une pile de 5 kW et utilise du
carburant pour alimenter le moteur thermique, en présence d’un réformeur intégré. La pile ne sert
qu’aux besoins du consommateur en électricité.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
IV. L’alliance Renault-Nissan
Cette alliance a été formée en 2001. Renault se focalise de son côté sur le réformage embarqué de
carburants liquides. De nombreux essais et projets technologiques sont en cours sur ce sujet.
En parallèle, Nissan travaille sur l’hydrogène comprimé, présent sur le marché californien et
développe son propre stack de piles à combustible. Ces deux voies sont assez liées. La
différenciation se situe principalement sur le stockage d’hydrogène par rapport au réformage.
V.
La pile à combustible
Il s’agit d’un générateur électrochimique qui fonctionne en continu, avec une alimentation en
oxygène et en combustible, puis des réactions électrochimiques produisent l’eau et le courant
électrique. Ce processus nécessite un catalyseur aux électrodes.
Cinq technologies de piles à combustible existent. Nous utilisons la voie oxyde solide et la
technologie de membrane échangeuse de protons. Elle présente l’inconvénient de travailler à des
niveaux de température peu élevés, en dessous de 100°C, ce qui pose des problèmes d’intégration
thermique, car il y a beaucoup de calories à évacuer avec un delta T de quelques dizaines de degrés
seulement.
Une pile à combustible correspond à un empilement de membranes et d’électrodes, le tout mis en
place dans un stack.
Le c ur de la pile (appelé l’AME) est le siège des réactions électrochimiques. C’est là que les
développements sont les plus différenciant. Nous avons développé une collaboration avec 3M, qui
connaît bien les membranes, les films et les catalyseurs. En outre, un tel développement apparaissait
impossible en interne.
Les principaux défis à relever concernent les coûts et la performance sur les membranes et les
catalyseurs, mais aussi sur la température de fonctionnement, qui évolue entre -30°C et 100°C, avec
démarrage à froid.
Une pile comprend trois grands postes : la membrane, les électrodes et les plaques bipolaires.
L’histoire des piles à combustible est relativement récente. Elle n’a vraiment été étudiée que depuis
les années 60 pour des applications militaires et spatiales, et au cours des années 90 dans
l’automobile. En parallèle, nous progressons vers une réduction considérable de la teneur en platine
sur les électrodes, de 20 mg au cm2 à moins de 2, tout en améliorant les performances. Un stack de
70 kW intègre aujourd’hui environ 75 grammes de platine. Les prévisions estiment le besoin futur en
platines à 450 tonnes (hypothèse de parc de 5 millions de véhicules à pile et de 10 GW de piles
stationnaires, étude METI pour Japon en 2020). Les réserves terrestres se limitent à 40 000 tonnes,
et seulement 150 tonnes sont produites chaque année... Nous risquerions de passer d’un problème
pétrolier à un problème platine. Il apparaît donc indispensable de gagner un ordre de grandeur sur la
teneur en platine.
Des contraintes liées au fonctionnement et à l’intégration nécessitent également un travail
scientifique fondamental mené par nos équipes, notamment sur la résistance au fonctionnement et
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
aux chocs. Je précise qu’il faudra sept à dix ans pour appliquer toutes les technologies développées,
une fois que nous les maîtriserons. Tout un travail d’ingénierie sera donc nécessaire avant d’amener
ces technologies au consommateur.
Notre roadmap technologique s’attache à différents problèmes : la compacité, la masse et la
réduction de la teneur en platine.
Un programme de test est en développement sur le sujet du réformage qui consiste à transformer le
carburant liquide en hydrogène acceptable par la pile. Nous nous trouvons à un niveau où la pile
pose cependant davantage de problèmes que le réformage : ce dernier point est donc en passe d’être
résolu, notamment sur ses problématiques d’encombrement.
La contrainte du stockage de l’hydrogène dans le véhicule sera plus forte que pour un système de
réformeur. En effet, ce dernier peut plus facilement être miniaturisé et délocalisé.
Le système intégré au véhicule n’est pas seulement un module de puissance (incluant réformeur et
pile à combustible), mais aussi un système de traction incluant une importante partie
électrotechnique.
Nous travaillons sur l’ensemble de ces sujets fondamentaux, mais aussi sur la partie thermique, la
partie contrôle ou la loi de gestion d’énergie embarquée.
En 2010-2015, le nombre de véhicules intégrant des piles à combustible sera encore très limité : sans
doute moins de 2 000 au Japon (où existe une forte incitation), moins de 1 000 aux Etats-Unis et
moins de 500 en Europe, avec une corrélation forte avec les niveaux de subventions publiques. Nous
observerons une forte augmentation des applications stationnaires.
En conclusion, au centre de nos préoccupations se trouvent la réduction des émissions de CO2, une
plus grande flexibilité aux approvisionnements en carburants, l’introduction de nouvelles prestations
pour le client et enfin l’acceptabilité sociale.
La concurrence des moteurs thermiques à technologie hybride ou électrique sera réelle, grâce aux
progrès des batteries, tandis que les véhicules à piles à combustible se développeront. Il conviendra
de laisser leur chance à tous ces véhicules, aux qualités très différentes. Nous devrons surtout
appliquer une approche très pragmatique et ancrée sur le long terme, en maintenant notre rythme sur
encore dix à vingt ans.
Bernard DAUVIN, consultant indépendant
Que signifie l’engagement volontaire de 140 grammes de CO2 par kilomètre. Concerne-t-il
uniquement du CO2 d’origine fossile ? Cela me semble important, car l’introduction des
biocarburants entraînera un déstockage réduit de CO2 dans l’atmosphère, ce qui limiterait la
contrainte des constructeurs.
Philippe SCHULZ
Il ne s’agit pas de l’ensemble de la filière, du réservoir à la roue. Cet engagement ne concerne que
l’usage et donne une vision tronquée du bilan. Or je rappelle que le bilan du puits à la roue est
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
relativement récent : il a vu le jour à la fin des années 90. Cet engagement date également environ de
la même époque, il n’a donc pas été aussi détaillé.
Joseph BERETTA
Cet engagement est fixé pour 2008. Son échéance est donc très proche. Nous envisagerons sans
doute une autre orientation une fois cette date passée.
De la salle
Le combustible liquide appelé HC peut-il provenir du nucléaire et des énergies renouvelables ou
seulement des biocarburants ?
Philippe SCHULZ
Il convient de rappeler que l’hydrogène peut provenir de différentes sources. Or aujourd'hui les
carburants disponibles se séparent entre la biomasse ou une origine fossile, au sens large (pétrole,
charbon, gaz naturel, etc.)
De la salle
Vous avez mentionné la production d’hydrogène pour fournir de l’électricité dans un véhicule. Mais
que se passe-t-il en descente ? Y a-t-il une remontée vers le réservoir ?
Philippe SCHULZ
Non. L’hydrogène est fourni sur demande, avec une gestion de l’énergie à bord.
Denis FRANCILLARD, Areva
Vous avez indiqué que Nissan et Renault poursuivaient des voies indépendantes. Jusqu’où cette
indépendance peut-elle durer ?
Vous entretenez un partenariat avez Nuvera sur le développement de la pile à combustible. Or
Nuvera entretient lui-même des relations avec des chimistes, pour la membrane, tandis que vous
développez ce sujet avec 3M. Qu’en est-il de la cohérence de ces partenariats ?
A combien s’élève le coût de développement de piles à combustible chez Renault-Nissan ?
Philippe SCHULZ
Renault et Nissan mènent des recherches sur des technologies de long terme. La question de la
pertinence de la recherche sur le réformage est dépassée : il existe un large consensus qui atteste que
l’avènement de l’hydrogène aura bien lieu, mais qu’il sera beaucoup plus long que prévu. Le
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
couplage du réformage à une pile à combustible pourra constituer un premier marché, car le
consommateur continuera à utiliser la pompe traditionnelle. Nous fixons la transition vers le couple
idéal hydrogène et pile à combustible au-delà de 2020.
Nous avons pris une participation de 10 % dans le capital de Nuvera. Le réformage embarqué qu’ils
développent nous intéressait particulièrement. Ils ont commencé ces recherches dans les années 90.
De ce fait, ils bénéficient d’une vraie expertise. En outre il s’agit d’un observatoire privilégié du
développement de la technologie pile, qui n’a pas forcément un usage automobile, mais aussi
résidentiel. Tout cela nous permet de suivre l’avancée de la technologie. Nuvera n’étant pas
développeur de membranes, le partenariat avec 3M apparaît totalement cohérent. Nuvera nous
permet de nous concentrer sur le développement du stack, et 3M sur l’AME, c'est-à-dire la
membrane.
Enfin, je vous donnerai le seul chiffre publié en 2001 sur le développement de piles à combustible
chez Renault-Nissan. Sur les cinq dernières années, l’alliance aura investi environ 700 millions de
dollars sur la pile à combustible.
Gilles LE MAROIS, CEA
Renault envisage-il des alternatives au platine ?
Philippe SCHULZ
Oui, comme tous les constructeurs et industriels. D’autres recherches sont en cours, sur des
matériaux qui permettraient de lever l’hypothèque du platine. Un programme national hydrogène et
piles à combustible a été mis en place en France, avec un budget de recherche et développement de
30 millions d’euros. La partie catalyseur constitue une partie essentielle de cette recherche.
De la salle
Il a été dit que nous adaptions les moteurs aux carburants dont nous disposions. Sachant que nous
nous orientons vers des carburants de synthèse, y a-t-il un carburant préférentiel vers lequel l’avis
des fabricants convergerait ?
Philippe SCHULZ
Certains motoristes imaginent un carburant particulier, entre essence et diesel. Cependant, nous
souffrons avant tout du problème de la limitation des réserves de carburant d’origine pétrolière. En
effet, il existe des normes très sévères sur la composition et la qualité des carburants. Dès lors, les
volumes disponibles sont faibles. Si nous augmentions encore les contraintes sur les ressources
liquides d’origine pétrolière, cela diminuerait d’autant les réserves et entraînerait une hausse des prix.
Nous préférons employer les carburants les mieux adaptés à chaque mode de combustion, d’autant
que nous constaterons à l’avenir une multiplication des carburants pour répondre à la rareté de la
ressource.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Batteries Li-ion pour véhicules hybrides et électriques :
vision du CEA
Gilles LE MAROIS
Centre CEA de Grenoble
I.
Introduction et contexte
Le CEA s’organise en quatre pôles. L’un d’eux est la recherche technologique pour l’industrie,
répartie dans trois unités, dont l’une est le Liten. C’est au Liten que s’organise le développement sur
le thème qui nous réunit aujourd’hui. Les missions du Liten consistent à développer de nouvelles
filiales énergétiques, en réponse aux besoins de trois marchés : automobile, habitat et nomade.
Le contexte apparaît parfaitement favorable. Après une époque 100 % pétrole, nous rencontrerons
une diversification des sources énergétiques, notamment par les normes internationales et les
directives, ou grâce au soutien public et à divers programmes.
Ce mouvement est en train de s’amorcer au niveau de l’industrie : des budgets importants de
recherche et développement lui ont été attribués.
Cependant, cet élan est freiné par la forte pénétration du diesel et de ses performances, notamment
en Europe. Ces systèmes, qui polluent tout de même moins que l’essence, concurrencent directement
l’hybride.
Une limitation des batteries actuelles en termes de coûts et de sécurité s’observe également. En
outre, il est nécessaire de surmonter certains aspects culturels, notamment pour rester compétitifs
face à la forte concurrence.
II. La stratégie du Liten
Elle repose sur le choix du Li-ion. En effet, il existe un consensus sur ses performances potentielles.
En outre, ce système est particulièrement stable et réversible et autorise des cyclages élevés. Son
handicap majeur se situe au niveau de son coût, encore élevé. Cette stratégie est fondée sur l’offre
globale, depuis la conception jusqu’à l’intégration et à la gestion de l’énergie, grâce à des procédés
facilement transférables à l’industrie.
La stratégie du Liten repose sur deux développements distincts.
1. Les batteries pour véhicules électriques hybrides
Ces batteries connaissent un besoin de forte puissance, environ 3 kW par kilo. Elles doivent
également supporter des cyclages rapides et élevés, pour une durée de vie identique à celle du
véhicule, dans des conditions de température variées. Nous estimons son coût compétitif dans une
fourchette située entre et 20 et 25 euros par kW. La sécurité et la toxicité de ces batteries doivent
évidemment être maîtrisées.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Nous développons d’une part une technologie robuste, disponible à court terme, basée sur le couple
LiFePO4, et qui convient à des cycles urbains, du fait de la limitation de sa densité d’énergie.
En parallèle, nous développons des batteries beaucoup plus innovantes, qui utilisent de nouveaux
matériaux de cathodes et d’anodes. Le principe consiste à les coupler avec les électroniques
correspondantes, pour obtenir la meilleure densité, tout en conservant l’objectif initial de 3 kW par
kilo.
Nous avons également breveté une architecture de montage de batteries spécialement adaptée aux
batteries de puissance. Il s’agit d’une mise en série interne de batteries, qui permet de diminuer la
résistance interne, de proposer une meilleure dissipation de chaleur, et une mise en uvre facilitée
(c'est-à-dire plus facilement industrialisable).
Cette technologie robuste a obtenu d’excellentes performances par rapport aux matériaux
concurrents, pour un chargement en quelques minutes. En outre, les systèmes embarqués répondant
à des impératifs de sûreté exigeants, ces batteries présentent l’avantage d’être issues d’un matériau
beaucoup moins réactif. Aucune précaution particulière ne doit être prise pour les utiliser.
Nous cherchons évidemment à réduire le coût d’une batterie Li-ion de forte puissance, en utilisant de
nouveaux matériaux. Des gains devraient progressivement être obtenus, pour parvenir à diviser par
trois les coûts actuels. L’augmentation du taux de mécanisation, de fabrication et d’intégration
devrait également y contribuer. En outre, l’utilisation de matériaux d’électrodes et de cellules plus
fiables permettra de diminuer la quantité d’instrumentation utilisée pour les contrôler, et de réduire
encore le coût final de la batterie. Je précise que le coût de la cellule revient à 80 % du coût de la
batterie, car chaque cellule doit être instrumentée individuellement.
La roadmap pour ces batteries de véhicules électriques hybrides présente un objectif de 3 kW par
kilo pour les batteries robustes. Grâce à des électrodes de haute capacité, nous espérons atteindre
100 kWh par kilo d’ici trois ans. En outre, la validation de la technologie bipolaire nous permettra de
produire d’ici quatre ans une batterie à bas coût pour les véhicules électriques hybrides, aux environs
de 20 euros par kW pour chaque élément.
En ce qui concerne les véhicules purement électriques, nous cherchons surtout à obtenir de la densité
d’énergie, de l’ordre de 250 kWh par kilo. Pour ces modèles, le cyclage peut être plus modéré mais
doit être plus profond. Le coût est alors exprimé en kWh et non en kW. Il s’élève aujourd’hui à 700
euros/kWh. Il conviendrait de gagner un facteur 3 à 4 pour être compétitif.
2. Les batteries de forte densité pour les véhicules électriques
Il s’agit d’un modèle robuste que nous développons en parallèle, fondé sur le couple
LiFePO4/Graphite pour obtenir davantage de capacité.
Nous cherchons en outre à obtenir des matériaux toujours plus innovants, notamment sur les
cathodes de forte tension. C’est sur les anodes, sur la base du couple silicium-carbone, que le
meilleur gain en densité n’énergie peut être obtenu, en théorie d’un facteur 10.
Nous avons testé des matériaux haute capacité (5 volts), pour lesquels nous avons breveté une
technologie de traitement de surface, qui permet d’améliorer leur rétention de capacité. Ces
matériaux posent toutefois des problèmes d’interaction avec l’électrolyte.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
La roadmap fixée vise elle aussi à augmenter la densité d’énergie, et de remplacer les électrodes
« plus » et « moins » par des électrodes haute capacité, pour aboutir à une densité de 350 Wh par
kilo et 800 Wh par litre, pour pouvoir parcourir environ 400 kilomètres avec un véhicule électrique.
Ces développements reposent aussi sur la modélisation, qui nous permet d’optimiser la conception,
et de déterminer le domaine d’utilisation optimal, en profondeur et vitesse de décharge.
Une batterie destinée à la propulsion automobile doit intégrer des cellules et des modules
instrumentés, ainsi qu’un système de gestion électronique pour redistribuer l’énergie produite et
pour optimiser la durée de vie. Ce système repose donc sur une estimation préalable visant à
déterminer comment se comporte et vieillit la batterie.
Nous disposons à ce titre d’une base de données sur le comportement et le vieillissement des
batteries, testées selon différents protocoles correspondant à des cas réels d’utilisation. Cela permet
une vraie comparaison entre les différentes technologies. Nous cherchons en permanence à enrichir
cette base de données par de nouveaux tests.
A titre d’exemple, nous avons utilisé un signal modulé de charge et décharge et déterminé l’optimal
de fréquence, afin d’optimiser la gestion de vie d’une batterie. Nous avons ainsi pu optimiser de plus
de 50 % la durée de vie de batteries au plomb.
Nous développons à partir de ces éléments le software et le hardware qui indiquent l’état de charge
et de santé de la batterie, avec une marge d’erreur de 5 à 10 %.
En ce qui concerne l’intégration, nous étudions le couplage entre batterie et super capacité. Ensuite,
nous adaptons le système aux nouveaux concepts Li-ion.
III. Les moyens et les développements en cours
La structure du CEA à Grenoble comprend trois plateformes.
•
Une plateforme de mise en uvre des matériaux d’électrode et d’électrolyte,
•
Une ligne complète d’assemblage de prototypes. Cette dernière est pratiquement la même que
celle des fabricants de batteries, qui utilisent des technologies très bon marché dérivées de
l’imprimerie,
•
Une plateforme d’intégration et d’essais, qui inclut notamment un kart de tests.
Nous disposons d’une seconde plateforme à Chambéry, dédiée à l’évaluation des batteries de forte
puissance, et où sont développés les outils d’optimisation de gestion de l’énergie.
Nous sommes sensibles à la notion de propriété industrielle. Nous disposons de nombreux brevets,
autant sur les technologies de batterie que de stockage.
En conclusion, le CEA-Liten dispose d’une concentration de moyens et de compétences unique qui
lui permet de proposer une offre globale.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Il nous parait souhaitable de développer un partenariat fort avec l’industrie, pour mieux orienter
notre R&D en fonction de leurs besoins, et avec les laboratoires, pour accroître nos synergies et qui
pourrait se faire dans le cadre d’un institut national.
De la salle
Vous avez cité une tension de 5 V, s’agit-il de la tension unitaire de cellule ?
Gilles LE MAROIS
Il s’agit de la tension de l’électrode par rapport au couple Lithium Lithium-plus.
Un intervenant, Ile de Science
Existe-t-il de grandes réserves de lithium ?
De la salle
Il en existe dans l’eau de mer, donc en grandes quantités disponibles.
De la salle
Comment se comporte une batterie à laquelle on impose un courant de charge égal au courant de
décharge ?
Gilles LE MAROIS
Le Li-ion présente l’intérêt de toujours rester en Li-ion. Les systèmes sont totalement réversibles,
particulièrement pour le lithium-titanate au potentiel élevé, qui demeure toujours dans des états très
stables. Cela lui permet en outre de supporter des charges et décharges très rapides, et de délivrer
beaucoup de puissance.
Jean-Claude VANNIER, département énergie à Supélec
Pourriez-vous apporter un complément d’information sur la gestion de l’énergie de la batterie,
notamment sur la manière de déterminer le niveau d’énergie qu’il reste ?
Gilles LE MAROIS
Je ne suis pas spécialiste en ce domaine. Toutefois, je sais qu’une impulsion est envoyée pour
mesurer la résistance interne afin d’évaluer l’état de santé, et que l’information est ensuite traitée
pour aboutir à un résultat fiable.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Joseph BERETTA, PSA
Cette technique ne pose aucun problème sur les couples Li-ion, car la chute de tension est quasiment
proportionnelle à l’état de charge. En revanche, pour le lithium phosphate de fer, la courbe est très
plate. Dans ce cas, nous sommes obligés d’élaborer des estimateurs du niveau de charge. Pour cela,
nous comparons ces niveaux au modèle de batterie, la capacité restante étant modulée par l’état de
santé. Tout cela est donc assez complexe à traiter. La capacité du réservoir varie donc avec le temps.
De la salle
Le processus de charge est-il similaire pour les batteries Lithium que nous connaissons, en partie à
courant constant et ensuite à tension constante ? Un processus différent peut-il se produire ?
Joseph BERETTA, PSA
Comme ces batteries acceptent de forts courants, la charge ne pose pas de problème. La limite
concerne davantage la thermique et la sécurité de tension.
Gilles LE MAROIS, CEA
La thermique et la profondeur de décharge accélèrent le vieillissement, c’est pourquoi nous limitons
généralement les décharges à 80% de l’utilisation de la batterie. Dans le cas d’un véhicule hybride, la
batterie est peu sollicitée en charge décharge, mais plutôt en cyclage. L’intérêt du système lithiumfer-phosphate, très stable, est d’avoir des profondeurs de charge légèrement supérieures, ce qui
permet d’étendre sa capacité d’utilisation.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Stratégie d’hybridation par Valeo :
pour des applications grande série compétitives
Daniel RICHARD
Valeo
I.
Introduction et présentation de Valeo
L’objet de mon exposé est de vous donner un exemple d’approche industrielle française et
européenne à « l’hybridation ».
Le titre choisi répond à notre stratégie produit qui vise à offrir une hybridation accessible en termes
de prix, et adaptable à tous les véhicules en série. Dès lors, je parlerai de sujets sans doute plus
courts termes que ceux évoqués dans les exposés précédents.
Valeo réalise 10 milliards d’euros de chiffres d’affaires par an. L’entreprise emploie
70 000 personnes, compte 134 sites industriels et 65 centres de recherche et développement. Notre
vocation est la proximité dans le service à nos clients dans tous les pays de construction automobile
Au titre de la sécurité, nous travaillons sur l’assistance à la conduite avec des innovations
importantes portant, par exemple, sur la détection des angles morts ou sur éclairage optimisé de la
route.
Au titre du respect de l’environnement, nous avons été les premiers à introduire sur le marché (grâce
à PSA sur la Citroën C3) l’alterno-démarreur « StARS » pour réaliser une fonction stop-start très
conviviale, réduisant sensiblement la consommation des véhicules. Nos développements sur les
soupapes à actionneurs électriques sont aussi très prometteurs.
Nous organisons nos activités par lignes de produits opérées par des Branches Industrielles pour
adresser trois domaines :
•
les systèmes liés à l’assistance à la conduite pour apporter plus de confort et plus de sécurité ;
•
les systèmes liés à l’efficacité du groupe motopropulseur contribuant ainsi à la protection de
l’environnement ;
•
les systèmes liés à l’amélioration du confort à bord.
II. Les actions de Valeo pour réduire la consommation d’énergie
Dès maintenant ou à court terme des actions sont possibles dans notre environnement industriel pour
réduire la consommation d’énergie d’un véhicule de série :
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
25
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
•
Nous pouvons activer les accessoires mécaniques (ceux entraînés par la courroie avant) en les
électrifiant et en les pilotant aux vitesses requises à leur fonctionnement optimum. Cette piste
contribue pour 8 % de réduction de consommation potentielle en cycle MVEG.
•
L’optimisation du pilotage de la thermique du moteur peut permettre de gagner jusqu’à 4% de
consommation sur ce même cycle.
•
L’automatisation de la transmission (boite manuelle robotisée) peut participer jusqu’à hauteur de
6% à la réduction de consommation.
•
Commander l’ouverture et la fermeture des soupapes électriquement peut contribuer jusqu’à
20% à la réduction de la consommation – c’est le système CAMLESS en cours de
développement chez VALEO.
•
Les deux systèmes micro-hybrides de VALEO, StARS d’une part (fonction arrêt/marche
automatique) et StARS+X d’autre part (StARS + freinage récupératif) offrent jusqu’à 20% de
réduction de consommation sur la partie urbaine du cycle MVEG.
Ces systèmes, StARS (ou StARS +X) et CAMLESS combinés représentent une alternative
intéressante aux systèmes d’hybridation complexe, en terme de coût/prestations.
III. L’offre d’hybridation par Valeo
Le monde de l’automobile décrit 3 types d’hybridation :.
•
le micro hybride
Catégorie créée par VALEO et PSA avec le système « StARS » monté en série sur les C3 et les
C2 de Citroën. Il s’agit d’offrir la prestation de base d’un hybride : arrêt/marche automatique
(stop-start).
•
le mild-hybrid
Cette catégorie regroupe des véhicules du type Honda Civic qui offre des prestations suivantes :
- l’arrêt – marche automatique (idem micro hybride) ;
- une assistance électrique au couple du moteur thermique, souvent de cylindrée plus réduite
pour améliorer le rendement du Groupe motopropulseur;
- la récupération d’énergie au freinage.
•
le full-hybrid
Il s’agit de véhicules de type Toyota Prius, regroupant les prestations d’un « mild-hybrid » mais
offrant aussi une aptitude certes réduite (2 à 3 km) à la traction purement électrique.
L’arrêt/marche automatique (Stop/Start) apporte entre 4 et 6% de réduction de consommation sur
cycle MVEG. La solution « StArs » de VALEO fondée sur un alternateur piloté électroniquement et
de haut rendement apporte 6% sur ce cycle, et même jusqu’à 12% lorsqu’il est configuré dans sa
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version StARS+X, avec freinage récupératif et une prestation simple d’assistance de couple. Dans
les mêmes conditions les gains obtenus par les mild et full-hybrid vont de 15 à 35%.
Nous verrons plus tard dans l’exposé que les prestations des systèmes VALEO, se rapprochent de
celles de véhicules plus hybridés très complexes, lorsqu’on considère les conditions réelles
d’utilisation en ville.
Le bien fondé de l’approche proposée par VALEO d’introduire l’hybridation des véhicules pas à pas
en partant de systèmes simples, repose sur l’équation surcoût des fonctions/prestations très
fortement favorable aux micro et micro-mild-hybride (StARS et StARS+X de VALEO).
En effet, si nous considérons que le surcoût d’un système StARS est de 1 (pour 6% de réduction de
consommation en cycle MVEG, 20 à 25% de réduction en circulation ville réelle), il faudra compter
14 comme surcoût d’un véhicule full-hybrid (pour 25% de réduction de consommation sur cycle
MVEG, 40% de réduction de consommation en ville réelle, beaucoup moins en vie réelle, cycle
mixte). Alors que les coûts de développement et l’investissement industriel nécessaires à l’intégration
de StARS sont limités, les coûts de développement d’un véhicule hybride, tel que TOYOTA Prius
sont énormes (15 ans d’étude chez TOYOTA), sans compter les coûts d’investissement eux-mêmes
très élevés. C’est la raison pour laquelle nous proposons au marché nos systèmes StARS (alternodémarreurs à entraînement par courroies) issus de nos gammes standards d’alternateurs (nous en
fabriquons 14 millions par an) en 2 générations successives :
•
StARS GEN 1 avec boîtier électronique (de technologie conventionnelle) séparé. Cette
architecture n’est pas optimisée en coût mais offre une grande flexibilité d’intégration dans tous
les véhicules.
•
i-StARS, la deuxième génération disponible dès 2008 à coût optimisé grâce à une technologie
très innovante d’intégration sur la machine de son électronique de puissance.
Ces générations de produit peuvent être configurées en StARS+X ajoutant la fonction de
récupération d’énergie au freinage.
En résumé : StARS apporte :
•
une réduction de consommation importante, surtout en cycle d’utilisation réelle en ville pour un
surcoût véhicule beaucoup plus compétitif que les versions mild et full-hybrid ;
•
plus de confort : absence de bruit à l’arrêt, contribution importante à la pollution sonore en ville;
•
une image citoyenne et technique.
La vocation de cette gamme de produit est d’être appliquée en grande série par applications
successives sur tous les véhicules du marché.
La CITROEN C2 et C3 en sont déjà équipées. Tous les constructeurs Européens disposent de
démonstrateurs et trois d’entre eux sont en phase de décision pour une application série.
A nouveau, insistons sur les gains de consommation apportés par StARS. Si les mesures officielles
constructeurs oscillent entre 4% (Diesel) et 6% (Essence) sur cycle MVEG, nous avons prouvé lors
d’essais comparatifs effectués en situation réelle de conduite à Paris (Octobre 2005, essais
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comparatifs attestés par huissier) que les gains étaient supérieurs à 20% de consommation de
carburant entre le véhicule de série et celui équipé de StARS (Modus 23,8%, C3 proche de 28%).
Bien que les frais de R&D et les investissements soient raisonnables, l’introduction de ces systèmes
souffre de l’effort financier nécessaire aux premières applications. Certains règlements ont changé
pour inciter le montage de cette fonction sur les flottes (administrations, grandes entreprises). Un
avantage fiscal octroyé pour tout acheteur d’un véhicule équipé de « StARS » accélèrerait
l’introduction en grande série du système, et amorcerait la pompe de toute la stratégie d’hybridation
proposée par VALEO.
IV. En résumé, les solutions VALEO à l’hybridation
Nous décrivons ici, soit de solutions en série (StARS GEN 1), soit de solutions qui seront
disponibles à court terme (2008-2009).
1. Le stop-start : StARS GEN 1 et i-StARS
StARS GEN 1 est constitué d’une machine tournante similaire aux alternateurs de grande série. Son
boîtier de pilotage (pilotage dit « pleine onde ») en mode moteur pour le démarrage, en mode
alternateur de redressement synchrone en mode alternateur de haut rendement) est séparé : il permet
une grande flexibilité d’intégration sur toute première application des constructeurs (intégration
physique, intégration des softwares système du constructeur). Il abrite ainsi la stratégie de stop/start
développé par VALEO ou le constructeur selon l’image marketing visée sur le véhicule.
En contre partie de sa grande flexibilité de montage, cette architecture StARS GEN 1 avec boîtier
séparé n’est pas optimisée en coût et est limitée en terme d’environnement acceptable (température).
C ‘est la raison pour laquelle VALEO développe la seconde génération de produit avec électronique
de puissance intégrée originale et innovante : i-StARS sera doté d’une électronique très intégré,
« IML » (pour « Insulated moulded Lead Frame), où le silicium actif est reporté directement sur les
traces des modules de puissance intégrés à la machine. Cette technologie est déterminante pour
réduire les coûts, donc donner accès à la grande série aux générations futures d’hybrides. Ce produit
sera accessible en série dès fin 2008.
2. Le freinage récupératif et l’assistance de couple : Architecture StARS+X de VALEO
Il est composé principalement d’un système StARS GEN 1, (machine et boîtier de commande) d’un
convertisseur DC/DC, et d’une batterie d’ultra capacités.
Le réseau électrique est organisé en 2 réseaux « isolés » par le convertisseur DC /DC.
•
1 réseau local à la machine permet d’assurer le démarrage (démarrage rapide de moteur de forte
cylindrée) et la génération électrique (puissance élevée de freinage récupératif) à une tension
supérieure à 14V, typiquement entre 15/17V et 24/30V en contrôlant la charge et la décharge
des ultra capacités ;
•
le réseau normal de 14V sur batterie au plomb traditionnel.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Ile de Science
Entre ces deux réseaux l’énergie électrique est transférée grâce à un convertisseur DC/DC
bidirectionnel.
Cette architecture (breveté en grande partie par VALEO) a les avantages suivants :
•
une aptitude à démarrer tous les moteurs du marché, offrant une fonction stop/start rapide et
transparente pour l’utilisateur ;
•
une fonction de récupération d’énergie au freinage importante, aujourd’hui de 5/6 kW, demain
jusqu’à 10 kW selon les caractéristiques de la machine et l’évolution des caractéristiques des
ultra capacités ;
•
une fonction d’assistance au couple moteur, certes plus limitée que sur des systèmes dit à
pilotage PWM, mais efficace et de technologie simple évitant un traitement de compatibilité
électromagnétique complexe.
L’intelligence de ce système réside en une gestion optimisée de la charge des éléments de stockage
(batterie 14V et ultra capacités) et de l’assistance en couple du moteur thermique par la machine
électrique.
Chez VALEO nous pensons que cette architecture est très compétitive par rapport aux systèmes
mild-hybrid, tel que celui proposé sur HONDA Civic
V.
CONCLUSION
Nos développements ont été plébiscités par la presse spécialisée et notre système StARS a reçu de
nombreuses récompenses nationales et internationales : prix de l’Ingénieur de l’année 2004
(conjointement avec PSA), prix EPCOS SIA 2005, Pace Award 2006.
Nous déplorons cependant que le succès commercial se fasse attendre : premières applications
appréciées par les utilisateurs sur C2 et C3, mais limitées en volumes.
Dans un contexte où tout acheteur d’une Prius TOYOTA (véhicule fabriqué au Japon) bénéficie
d’une incitation fiscale de 1500 € à l’achat, nous oeuvrons pour que les Pouvoirs Publics aident au
lancement de notre offre en grande série. Cette impulsion est nécessaire pour amortir les surcoûts de
ces systèmes aux investissements grèvant les premières applications.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Les hybrides sont-ils une solution d’avenir pour les transports
en commun ? Retour d’expérience de la RATP
Sylvestre COSTA
RATP
Je fais partie du département matériel roulant bus de la RATP, dont la mission est de gérer notre
parc de 4 000 véhicules : nous nous chargeons de l’achat de véhicules neufs, de la réforme des
anciens, et du maintien des véhicules pour le département exploitation. L’ingénierie autobus travaille
sur l’amélioration des bus, par la technologie hybride, la réduction de la consommation, le passage à
la climatisation, etc.
I.
Le contexte dans lequel la RATP s’intéresse aux véhicules hybrides
La RATP est un acteur majeur des transports d’Ile-de-France. Elle parcourt 150 millions de
kilomètres par an. Très concernée par les problématiques environnementales, elle a mis en place au
début des années 90 le programme « bus écologiques » dont l’objectif était d’évaluer les différentes
technologies disponibles pour réduire les émissions polluantes des autobus. Après une phase
expérimentale en 1994, le déploiement a été opérationnel en 1998, ce qui incluait l’ensemble des
technologies propres disponibles à l’époque.
II. Nos actions
Aujourd’hui, tous nos véhicules Diesel roulent au gazole désulfuré (50 ppm). 3 089 véhicules sont
équipés de filtres à particules. 310 véhicules roulent à l’aquazole et 72 au Diester. A partir de 2001
les bus neufs répondent aux normes Euro 3.
Nous avons également développé les énergies alternatives : notre flotte compte 12 bus électriques
circulant à Montmartre. Ils parcourent 70 kilomètres par jour avec une charge rapide de 5 minutes à
chaque tour et une charge lente toute la nuit.
Nous exploitons également 90 bus au GNV et 53 au GPL.
Au final, 98 % de notre flotte ont été traités. Nous nous intéressons en outre aux nouvelles
technologies, comme l’hybride ou les piles à combustible.
III. La solution de l’hybride
Les véhicules diesel sont équipés de chaînes de traction classiques (moteur thermique, boîte de
vitesse, transmission). Ce système n’est pas optimal pour l’autobus, qui connaît des démarrages et
des arrêts fréquents, et de nombreux embouteillages. Il dépense donc beaucoup d’énergie pour
démarrer, cette énergie étant perdue au freinage. Or des véhicules de 12 mètres fonctionnant
complètement à l’électricité n’existent pas. L’hybride apparaît donc comme un compromis entre
véhicule électrique à faible autonomie et véhicule diesel trop consommateur.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Ile de Science
1. Définition
Nous distinguons deux grandes familles.
a. Les hybrides parallèles
Cette catégorie intègre deux sous-familles :
•
•
les hybrides parallèles à addition de couple (comme chez Peugeot), le moteur électrique étant
placé sur l’arbre moteur entre le moteur thermique et la boîte de vitesses;
les hybrides parallèles à addition de vitesse (de type Prius).
L’hybride parallèle conserve une liaison mécanique entre le moteur et les roues du véhicule.
b. Les hybrides séries
Les hybrides série sont équipés d’un moteur diesel, sur lequel est monté un alternateur qui alimente
le moteur électrique de traction.
2. Les projets de véhicules hybrides
a. Des appels d offre infructueux
Nous avons lancé dès 2000 un appel d’offres pour l’acquisition de bus hybrides de 12 mètres, pour
une ligne complète. La réponse ne convenait pas en termes de prix et de disponibilité. L’appel
d’offre a donc été rendu infructueux.
Les constructeurs se sont ensuite recentrés sur des véhicules plus petits. U nouvel appel d’offres a
été lancé pour l’acquisition d’un midibus à titre expérimental. Les deux propositions reçues
présentaient un coût prohibitif, et un gain de consommation médiocre. Cet appel d’offre a également
été rendu infructueux, dans l’attente de nouveaux développements.
b. Des midibus
Un midibus a été testé à Montmartre, avec des batteries Ni-Cd. Il garantissait une certaine
autonomie en électrique, mais sans gain de consommation flagrant. Un véhicule avec batteries Zebra
et à gestion manuelle de l’hybridation a été abandonné rapidement.
Un autre véhicule équipé d’une turbine à gaz a été testé sans succès d’un point de vue de la
consommation.
En Avignon, 9 midibus hybrides série sont exploités et roulent en électrique pur en centre ville.
c. Des bus de 12 mètres
En 2005, un bus 12 hybride série avec batteries plomb a été testé à Paris. Si la fonction stop and
start et le démarrage en électrique sont appréciables, le gain de consommation annoncé de 20% n’a
pas été constaté. De nouveaux essais seront réalisés avec des batteries NiMH.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Il existe un modèle hybride parallèle proposé par Allison, qui roule aux Etats-Unis. Ce système est
intéressant mais très complexe. En outre, il est vendu 200 000 euros pièce, ce qui correspond au prix
d’un bus neuf. Ce système équipera les véhicule Philéas (tramway sur pneus avec système de
guidage immatériel) de la ville de Douai.
Volvo a sorti un véhicule hybride parallèle à addition de couple. La RATP a exprimé son souhait de
tester ce véhicule.
En conclusion, l’hybridation apparaît intéressante pour réduire la consommation des bus mais
nécessite encore des développements. A elle seule la fonction stop and start permet un gain
théorique de consommation de 10% en exploitation type Paris. La récupération de freinage ouvre
également des perspectives intéressantes.
L’hybridation constitue aussi une alternative au manque d’autonomie des véhicules électriques.
Enfin, un bus moins bruyant bénéficierait d’une amélioration de son image. Cependant, la
technologie doit encore progresser, en efficacité comme en coût.
Nous sommes ouverts pour tester les véhicules qui arrivent sur le marché, ce qui s’avère profitable
pour nous comme pour les constructeurs. Cependant, peu de propositions sont émises, et le marché
demeure assez restreint. Nous gardons bon espoir pour les progrès de ce marché à l’avenir, tout
comme nous travaillons activement sur des projets de piles à combustible.
De la salle
L’hybride ne semble pas présenter un avantage considérable par rapport au trolley.
Sylvestre COSTA, RATP
Je partage votre avis. Malheureusement, beaucoup de gens n’aiment pas les lignes aériennes,
considérées parfois comme de la pollution visuelle. Un trolley coûte en outre plus cher qu’un bus.
Le cas du tramway bordelais est assez novateur. Il bénéficie d’une alimentation par le sol et
fonctionne parfaitement.
Jean-Claude VANNIER, département énergie à Supélec
Vous avez émis l’espoir d’un gain de consommation des bus, qui s’arrêtent et démarrent
constamment. Vous avez testé plusieurs solutions, et vous n’avez pourtant observé aucun gain de
consommation. Quelle analyse en faites-vous ?
Sylvestre COSTA, RATP
A ce jour nous n’avons testé que des technologies hybrides séries qui sont d’un point de vue
rendement de la chaîne moins performantes qu’une technologie hybride parallèle. Ensuite, se pose le
problème des batteries qui conditionnent les performances d’un véhicule hybride. A titre d’exemple,
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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sur nos véhicules électriques, la récupération de l’énergie de freinage est limitée par les batteries et le
confort voyageurs
Daniel RICHARD, Valeo
L’électrique entraîne des progrès de rendement. Un problème demeure sur le volume du stockage et
sur son coût. Il convient donc de trouver un bon compromis technique de coût. Sur un bus, l’énergie
électrique se stocke difficilement en énergie ou coûte trop cher. Or il n’existe pas de moyen potentiel
de stockage électrique. Les systèmes de récupération inertielle se sont avérés dangereux.
Sylvestre COSTA, RATP
Il existe en effet des prototypes sur lesquels ont été installés des volants d’inertie. En autre pour des
problèmes de sécurité, ces véhicules sont restés au stade de prototype.
Daniel RICHARD, Valeo
L’énergie stockée au freinage doit être utilisée tout de suite. Or cette gestion est tellement complexe
qu’elle masque souvent une partie des résultats. En effet, la récupération n’est qu’un premier pas : il
faut ensuite savoir utiliser cette énergie.
Sylvestre COSTA, RATP
En outre, il faut que l’usage des véhicules soit optimal : sur une même ligne, des variations
importantes s’observeront selon la période, creuse ou pleine.
De la salle
En ce qui concerne les éléments de stockage, un choix doit être fait entre Li-ion et des équilibres
ultracap-plomb. Or les financement font défaut en France pour de tels projets. Un industriel ne peut
pas les prendre en charge, car le marché est trop petit.
De la salle
La RATP a-t-elle étudié le cas de la ville autrichienne de Graz, où les bus roulent avec l’huile de
récupération de la restauration rapide ? Cette solution présente comme avantage de ne pas nécessiter
de nouvelles plantations agricoles.
Sylvestre COSTA, RATP
Nous savons que certaines villes ont opté pour une solution de ce genre, mais de par notre statut
particulier, nous préférons ne pas dévier des conceptions de l’Etat.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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La technologie hybride HDI PSA Peugeot-Citroën
Joseph BERETTA
PSA Peugeot-Citroën
Seul le full-hybrid présente un intérêt certain pour PSA.
Le rendement de l’hybride série pose problème, car tous les transformateurs de puissance sont en
série. Il est caractérisé par l'absence de liaison mécanique entre le moteur thermique et les roues. Les
transformations d'énergie mécanique en énergie électrique et vice-versa conduisent à des rendements
médiocres. Nous avons fabriqué de nombreux prototypes, et nous sommes parvenus à la conclusion
qu’il faudrait obtenir dans ce type d’hybride un rendement moyen du moteur thermique supérieur à
42 % aujourd’hui pour être compétitif en terme de consommation par rapport à un moteur diesel. Ce
chiffre de 42 % est irréaliste, et un tel projet d’hybride a été abandonné.
En outre, nous ne nous sommes pas lancés sur un hybride essence, car un tel projet ne présentait pas
une réelle avancée pour le consommateur (consommation du même ordre de grandeur que le diesel)
Nous avons retenu la technique d’hybride parallèle à addition de couple. Le moteur électrique et le
moteur thermique sont placés sur le même arbre et tournent à la même vitesse, et la puissance est le
résultat de la somme des deux couples. La puissance mécanique produite par le moteur thermique
est transmise directement aux roues. La puissance électrique délivrée par une batterie vient s'ajouter
à celle du moteur thermique par l'intermédiaire d'un moteur électrique. Un mode de traction
électrique est possible; l'embrayage permettant de désaccoupler le moteur thermique de la
transmission.
Ce type d'hybride privilégie le très bon rendement d'une transmission mécanique
La Toyota Prius fonctionne sur le principe d’hybride à addition de vitesse. la puissance mécanique
produite par le moteur thermique est transmise aux roues par deux voies différentes :- Une voie
mécanique et Une voie électrique. Le partage en proportion variable se fait à l'aide d'un train
épicycloïdal. (En entrée le moteur thermique et deux sorties: un générateur électrique et les roues du
véhicule). Un moteur électrique est nécessaire au niveau des roues pour restituer l'énergie électrique.
Une batterie peut servir de tampon entre le générateur et le moteur électrique lorsque la production
et la consommation électrique ne sont pas identiques.
Ce type d'hybride privilégie le fonctionnement du moteur thermique sur ses meilleures plages de
rendement. Il devrait donc favoriser un rendement optimal, bien que sa grande complexité le rende
délicat à maîtriser.
L’économie de carburant réalisée, comparée au surcoût de l’hybridation, montre un gain significatif
en passant au full-hybrid, malgré la hausse du coût. En mode électrique, le coût est prohibitif.
Dans le diagramme coût/gain de consommation de la Prius la définition actuelle permet un gain de
l’ordre de 31 % de la seule chaîne de traction/essence, sans tenir compte des autres gains (comme les
frottements). Nous nous sommes finalement situés sur un point présentant des gains de 25% par
rapport au moteur diesel, uniquement sur la partie chaîne de traction, mais dans les mêmes zones de
coût. Notre architecture se situe probablement au même coût que l’hybride essence de Toyota mais
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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avec des gains supérieurs. En outre, il existe aujourd’hui un faible écart de coût entre un hybride
essence et un moteur diesel. Si nous ajoutions un alterno-démarreur, l’écart de consommation
apparaîtrait faible. Ainsi, un diesel avec stop-start aboutit quasiment à la même consommation qu’un
hybride essence.
Le choix de PSA s’est porté sur un hybride parallèle, avec une boîte pilotée 6 rapports, un freinage
récupératif, et une batterie haute tension. La raison de ces choix est purement économique. Nous
souhaitions récupérer le plus de composants mécaniques existants : le moteur diesel 1,6 litre HDI,
66 kW, équipé d’un filtre à particules et d’un stop-start. Il est le moteur le plus fabriqué de notre
gamme.
La particularité de ce système réside dans son moteur électrique, sa batterie de puissance et son
convertisseur électronique de puissance. Nous avons retenu le moteur 1,6 l HDI d'une puissance de
66 kw qui nous permet d'obtenir un bon compromis entre performances et consommations. Ce
moteur 1,6 l HDI common rail est le plus produit des moteurs diesel du Groupe. Son utilisation dans
une chaîne hybride a nécessité quelques modifications telles que l'adaptation de la face embrayage
pour implanter le couple moteur électrique-embrayage dans l'espace disponible. Dans un véhicule
classique la demande d'accélération du conducteur se traduit directement au niveau du calculateur
moteur par une quantité de gazole à injecter. Dans une chaîne hybride cette demande est envoyée au
superviseur qui l'interprète comme un besoin en couple. Il répartit alors le besoin en couple entre les
organes concernés, moteurs thermique et électrique, pour satisfaire la demande. Le calculateur
moteur reçoit par conséquent une consigne en couple; c'est ce que nous appelons le contrôle du
moteur en couple. Le moteur diesel HDI a été optimisé en consommation dans le cadre d'un
fonctionnement hybride. Nous avons développé par ailleurs une évolution du système STT équipant
aujourd'hui la Citroën C3 pour les besoins de la chaîne de traction HDI. Cette nouvelle version
délivre une puissance motrice de 1,7 kw augmentée de 40% par rapport à celui de la C3 afin de lui
permettre de démarrer le moteur diesel 1,6 l HDI. Il est capable de supporter les sollicitations plus
importantes liées à une fréquence de mise en veille et de redémarrage du moteur nettement plus
importante.
L'embrayage a été compacté pour permettre son implantation entre le moteur thermique et le moteur
électrique. Il est piloté par le superviseur afin de désaccoupler le moteur thermique du reste de la
transmission dans toutes les phases où le moteur thermique est mis en veille (arrêt véhicule ou mode
électrique). La machine électrique peut fonctionner tout aussi bien comme moteur pour les besoins
de la traction du véhicule qu'en générateur lors des phases de décélération et de freinage. Dans ces
conditions l'énergie électrique produite est stockée dans la batterie haute tension pour un usage
ultérieur.
Notre choix s'est portée sur une technologie de moteur synchrone à aimants permanents développant
une puissance continue de 16 kw et une puissance de crête de 23 kw sous une tension de 210 à 380
V. Ce dimensionnement réalise la bonne synthèse entre l'architecture générale de la chaîne de
traction et le besoin en puissance électrique pour un roulage urbain à des vitesses inférieures à 50
km/h.
Hybride HDI est équipée d'une boîte pilotée à six rapports de dernière génération. Ce choix par
rapport à une boîte automatique ou un CVT, résulte du très bon rendement de ce type de boîte qui
participe ainsi à l'excellente efficacité de la chaîne de traction Hybride HDI.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Nous profitons de la présence d'un moteur électrique de 16 kw pour assister les changements de
rapports et améliorer ainsi la prestation de la boîte pilotée.
La batterie haute tension d'hybride HDI est une batterie de technologie NI MH délivrant une tension
de 288 V. La capacité d'énergie stockée a été dimensionnée pour optimiser la masse du pack batterie
et maximiser la réduction de la consommation du véhicule; l'autonomie en mode électrique est de
l'ordre de 5 km sur le cycle urbain. La capacité d'énergie stockée ressort ainsi à 1800 w.h.
La récupération d'énergie est un des éléments fondamentaux qui caractérise le fonctionnement d'un
véhicule hybride; l'énergie récupérée étant ainsi une énergie disponible devenue gratuite. Hybride
HDI est ainsi équipé d'un freinage récupératif qui agit dans deux configurations:
D'une part au lever de pied de l'accélérateur, phase dans la quelle le moteur électrique agit en tant
que générateur et simule le frein moteur.
D'autre part lors des phases de freinage le système cumule le freinage dissipatif classique avec un
freinage récupératif.
Pour minimiser les coûts, nous avons réutilisé au maximum l’architecture de notre plateforme 2, qui
équipe les 307 Peugeot ou les C4 Citroën, sans modification majeure de la structure. Nous avons
travaillé sur la résistance au roulement et l’aérodynamique, avec des gains significatifs dans ces
domaines. Le surpoids de 100 kg obtenu est acceptable, car il ne dépasse pas le poids de la
motorisation haut de gamme qui équipe ces véhicules.
L'implantation du pack de batteries haute tension à la place de la roue de secours permet de
conserver le volume du coffre des versions traditionnelles de la Peugeot 307 et de la Citroën C4.
Cette implantation conduit à une évolution géométrique du plancher AR de la plate-forme sans
incidence sur le style des véhicules. Elles sont refroidies par air, avec contrôle intégré.
Un travail de synthèse, cohérent avec le concept Hybride HDI visant une faible consommation, a été
effectué de manière à maximiser les baisses de consommation obtenu indépendamment de l'apport de
la chaîne de traction hybride HDI. Ce travail a concerné essentiellement deux domaines que sont
l'aérodynamique avec un gain significatif de 10% sur le SCx et les pneumatiques en vue d'une
réduction de la résistance au roulement. Hybride HDI offre à ses utilisateurs des fonctionnalités
particulières, activées par l'intermédiaire de push dédiés telles que:
Un mode électrique étendu améliorant l'agrément de conduite en augmentant ponctuellement la
plage d'utilisation du véhicule en mode électrique.
Un mode dynamique modifiant le compromis performances consommation au profit de meilleures
performances.
Enfin un mode de recharge des batteries haute tension se faisant véhicule à l'arrêt, moteur tournant.
Le moteur diesel HDI classique consomme 4,7 litres au 100 kilomètres, tandis que l’hybride HDI
n’atteint que 3,4 litres, soit une économie de 28 %.
Les prestations du véhicule demeurent similaires : l’accélération a gagné 2 secondes de 30 à
60 Km/h, et 0,5 seconde de 80 à 120 Km/h.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Le passage au moteur thermique se réalise sans à-coup et sans bruit.
Hybride HDI bénéficie du leadership historique de PSA Peugeot Citroën dans les véhicules
électriques et de la maîtrise des chaînes de traction associées, ainsi que du retour d'expérience du
Groupe dans les moteurs diesel common rail dont il est un leader incontestable avec une production
cumulée de plus de 8 millions de moteur HDI.
Hybride HDI est une nouvelle génération de voiture et de technologie proposant une véritable
rupture en consommation susceptible d'apporter une réponse au double défit de la croissance des
coûts des carburants fossiles et de la maîtrise des émissions anthropiques de gaz à effet de serre.
Ainsi, nous avons démontré qu’un tel hybride était réaliste vis-à-vis des performances pour le marché
européen.
Je vous remercie de votre attention.
De la salle
Pourquoi n’est-il pas prévu de recharger la batterie sur le réseau ?
Joseph BERETTA
Il s’agit d’un véhicule polyvalent, très comparable aux véhicules d’aujourd'hui. Ensuite, la capacité
de sa batterie demeure faible, car elle n’assure qu’une autonomie de 5 kilomètres, L’option de
recharge n’est donc pas utile. En effet, le coût supplémentaire inhérent à la pose d’un chargeur serait
conséquent. Il ne s’agit aucunement d’un problème technique. Certes, un gain de coût s’observerait
en cas de présence d’un tel accessoire, car la charge grâce au diesel revient plus chère que la charge
via le réseau électrique. Il s’agit cependant d’une part d’énergie très faible, de 1,8 kWh, minime par
rapport à l’autonomie du véhicule. Il faudrait qu’une plus grosse batterie équipe le véhicule pour
qu’une recharge sur le réseau soit intéressante.
De la salle
Quand et à quel coût cette technologie sera-t-elle disponible ?
Joseph BERETTA
Le coût de commercialisation est difficile à évaluer. Aujourd’hui nous avons déposé un programme à
l’AII pour ? économiquement cet ? (la réduction du coût de la batterie, de l’électronique et de la
machine électrique). Nous espérons commercialiser les véhicules vers la fin 2009, certes pas tout de
suite au coût escompté, ce qui devrait avoir lieu pour la seconde génération.
Notre architecture fait apparaître deux moteurs électriques, et non un seul, afin d’assurer un confort
optimal. Le start-stop pouvait effectivement être obtenu par le moteur traction, mais la rupture et la
baisse de couple étaient trop désagréables. Il aurait fallu prévoir un surdimensionnement pour
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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absorber la demande. Nous avons préféré reprendre une communauté d’organes existante, dans
laquelle s’inscrit le stop-start.
De la salle
S’agit-il d’une boîte pilotée ?
Joseph BERETTA
Il s’agit d’une boîte mécanique classique, qui fait le lien électroniquement entre le levier et les
fourchettes qui passent les vitesses. Cela permet au système de prendre la main et d’entrer en mode
automatique. L’utilisateur bénéfice alors de l’avantage de la boîte automatique, sans la
surconsommation des divers systèmes.
Jean-Claude VANNIER, département énergie à Supélec
Le moteur électrique se situe-t-il après l’embrayage ?
Joseph BERETTA
Oui. Il est raccordé directement aux roues à travers ? et n’entraîne donc pas le moteur thermique.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Les véhicules de demain :
sur quelles technologies seront-ils basés ?
Table ronde
Jean-Claude VANNIER, département énergie à Supélec
Gilles LE MAROIS, CEA
Joseph BERETTA, PSA
Daniel RICHARD, Valeo
Jean-Claude VANNIER
Nous avons abordé les solutions des véhicules fonctionnant en 100 % hydrogène, en 100 % batterie,
en micro-hybride, en mild-hybrid ou en full-hybrid. De ces différentes technologies dépendent
différents horizons de réalisation. Ainsi, l’hydrogène ne devrait pas être employé communément
avant une vingtaine d’années. En outre, la situation diffèrera selon l’utilisation prévue, qu’il s’agisse
de transport individuel ou de transport en commun.
La question des véhicules 100 % électrique pourrait même être relancée, grâce au renouveau des
batteries Li-ion.
Gilles LE MAROIS
Les progrès réalisés sur les batteries devraient d’abord bénéficiés aux véhicules hybrides, cela à
relativement court terme, à échéance de 4 ou 5 ans. Les progrès des nanotechnologies devraient
permettre de multiplier par dix ou vingt leurs capacités, à un horizon à moyen terme et permettre une
utilisation tout électrique.
Joseph BERETTA
Il convient de se pencher sur l’usage d’un véhicule électrique. Deux facteurs entrent en jeu :
l’autonomie et le temps de recharge. Les véhicules de notre offre électrique lancée en 1995 étaient
destinés à un usage urbain et périurbain, sur des distances réduites, comme les véhicules de livraison.
Les progrès apparaissent difficiles, notamment en termes de poids des véhicules.
Gilles LE MAROIS
La recherche technologique pose toujours le problème de l’adéquation des moyens techniques dont
nous disposons et du temps de développement nécessaire. Si les pouvoirs publics y participaient
davantage, il serait possible de réduire la période de recherche et développement.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
39
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Daniel RICHARD
Le véhicule électrique est une solution indéniable à la pollution en ville liée aux transports.
Cependant le bilan énergétique du véhicule électrique du « Puits aux roues » est incertain et donc
son impact sur l’effet de sure discutable (sauf dans le cas d’une production d’énergie électrique
NUCLEAIRE).
Par ailleurs, les hydrocarbures sont des sources d’énergie de très forte puissance massique d’une
grande flexibilité d’utilisation : il est plus simple de remplir son réservoir d’essence que de mettre en
charge pendant une nuit les batteries d’un véhicule électrique.
De la salle
Le problème majeur de la pollution liée aux transports concerne le CO2. Or les Indiens ou les
Chinois, qui doublent la demande mondiale de véhicules, ne se tourneront probablement pas vers
l’électrique.
Daniel RICHARD
La diversité des solutions doit être recherchée. Augmenter le rendement des moteurs thermiques par
une hybridation électrique fait partie des voies principales à exploiter.
Gilles LE MAROIS
Je précise que la batterie du futur se chargera en quelques minutes, et non en une nuit.
De la salle
Qu’en est-il de l’impact environnemental des batteries, de leur fabrication à leur recyclage ?
Joseph BERETTA
Une directive européenne impose à tout constructeur d’assurer le recyclage des batteries. Or les
filières de recyclage existent. Elles se chargent de récupérer par combustion les métaux nobles
contenus dans les batteries. Ces systèmes de récupération sont économiquement viables si plus de
5 % de métaux nobles sont recueillis, car ils permettent alors de fabriquer de nouvelles batteries. Le
fonctionnement est identique pour les batteries classiques, avec le plomb et l’acide.
De la salle
Un problème avec la batterie d’un véhicule hybride n’entraînera-t-il pas une surconsommation de
carburant ?
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
40
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Gilles LE MAROIS
Notre système fournit un état de charge et un état de santé de la batterie, avec la meilleure précision
possible.
Daniel RICHARD
La gestion du véhicule est automatique et garantit le niveau de charge et la santé des batteries. Avec
les constructeurs nous développons des systèmes de surveillance de ces batteries qui avertiront
l’utilisateur d’un problème à venir.
Joseph BERETTA
Nous considérons qu’une batterie est en fin de vie quand elle perd de 20 à 30 % de sa puissance. En
outre, nos spécifications techniques requièrent 10 ans de vie calendaire et 150 000 kilomètres.
De la salle
Comment intégrez-vous le confort climatique ?
Joseph BERETTA
Nous travaillons sur des systèmes de climatisation à meilleur rendement. Or l’électrique pur entraîne
la nécessité d’un système de chauffage additionnel, d’où un rendement inférieur en hiver.
Jean-Claude VANNIER
Quel est l’avenir du véhicule hybride, alors qu’il semble davantage à la portée du consommateur
moyen, par rapport à la motorisation actuelle ? Quel est l’équilibrage entre l’économie de
consommation et le surcoût ?
Joseph BERETTA
Des véhicules hybrides sont déjà commercialisés, pour un surcoût d’environ 3 000 euros, que les
aides étatiques contribuent à diminuer. La problématique majeure demeure le développement massif
et en série des véhicules hybrides, en fonction de l’évolution des motorisations classiques. La
rencontre entre ces deux courbes, qui ne dépendent pas seulement de la technologie mais aussi des
réglementations et du coût de l’énergie, pourra changer les comportements individuels. Pour
anticiper une éventuelle rupture, nous travaillons sur les véhicules hybrides et les piles à combustible.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Daniel RICHARD
L’avenir de l’hybride dépend des industriels comme des citoyens. Nous devrons commencer la
convergence de la pression accrue du coût des hydrocarbures et la réduction drastique des surcoûts
technologies hybrides déclencheront la décision d’achats des utilisateurs.
De la salle
Existe-t-il des niches intéressantes pour l’hybride ?
Daniel RICHARD
Les flottes des collectivités semblent en constituer, de même que certaines utilisations urbaines
spécifiques : taxis, livraison, véhicules de police, bennes à ordure, etc. Le stop-start particulièrement
adapté à ces applications.
De la salle
Qu’en est-il de l’adaptation de ces technologies à d’autres véhicules, comme les camions, les bus ou
les utilitaires, ou dans le cas du transport de marchandises ?
Joseph BERETTA
Les camions circulant sur autoroute resteront au diesel. L’adaptabilité électrique concerne
principalement la livraison urbaine.
Jean-Claude VANNIER
Vous affichez un surcoût de 250 euros pour la micro-hybride, alors que le surcoût prévisionnel était
bien supérieur.
Daniel RICHARD
Il s’agit d’une problématique industrielle : le surcoût annoncé en concession est bien inférieur à la
réalité. Le système doit progressivement trouver sa justification en grande série. Les systèmes microhybrides et hybrides devraient y parvenir.
De la salle
L’équation entre un surcoût de quelques centaines d’euros avec une consommation moyenne
d’1 litre au cent kilomètre trouve son sens. Le consommateur peut appliquer le même raisonnement
que celui qui le poussait auparavant à l’achat d’une motorisation diesel.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Daniel RICHARD
En effet, mais un effet de masse doit être lancé, ce qui passe par des changements de mentalités. Cela
requiert également un effort de vente et de conviction. Cependant, une fois testé, il apparaît difficile
de se passer des fonctionnalités hybrides.
De la salle
Ne pensez-vous pas que la crainte du consommateur se situe sur la fiabilité d’un véhicule aussi
complexe, et sur la crainte d’un service après vente incompétent ?
Daniel RICHARD
Malgré la présence d’une électronique, (que nous avons voulu simple), ces véhicules équipés d’un
système micro-mild-hybride StARS de Valeo auront la fiabilité des alternateurs classiques actuels
entraînés par courroie dont ils sont issus.
Joseph BERETTA
Le fonctionnement fonctionne toujours sur du 14 volts, qui ne demande pas d’habilitation
particulière. L’intervention est réalisée par un mécanicien traditionnel.
Daniel RICHARD
L’intérêt économique existe, mais une communication doit être engagée pour créer le marché.
Joseph BERETTA
En outre, quand d’autres constructeurs proposeront ces technologies, leurs coûts baisseront.
De la salle
L’approche de Toyota pour les hybrides est différente : ils proposent un gros 4x4 à deux moteurs,
l’un électrique et l’autre hybride, avec l’argument d’une consommation réduite pour des véhicules
toujours plus gros et plus lourds.
Joseph BERETTA
Cette solution semble adaptée à des véhicules de ce genre. Notre politique est différente : nous
souhaitons donner accès à tous à la technologie. Or les véhicules mentionnés dépassent le seuil de
140 grammes de CO2 émis au kilomètre. Au final, il est préférable d’équiper 20 millions de véhicules
avec du stop-start que 100 000 en full-hybrid. Notre problématique est complexe : nous devons
proposer des véhicules qui plaisent, qui se vendent et qui consomment de moins en moins.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Daniel RICHARD
Une certitude apparaît : nous avons raison de proposer du stop-start ou du freinage récupératif, qui
restent économiquement viables. Il apparaît ensuite un problème de convergence des coûts.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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Colloque Energie et Transport
Ile de Science
Conclusion
Guy BOURGEOIS
Directeur Général de l’INRETS
Je clôturerai cette table ronde par quelques informations sur Moveo et sur l’organisation des pôles
de compétitivité, dont celui de l’énergie.
Moveo est le résultat de la fusion de deux pôles de compétitivité, Normandie Motor Valley et
Vestapolis. Vestapolis a établi le constat de la disponibilité des pistes d’essai gérées par GIAT
industries. Il a émis l’idée que ces pistes pouvaient être reconverties en direction de l’industrie
automobile, d’autant que l’installation géographique apparaissait optimale.
A ses débuts, ce projet était très orienté vers la sécurité routière. Nous y avons ajouté la
problématique de l’énergie. Il existait en effet un potentiel en Ile-de-France, qui s’est d’ailleurs
concrétisé par la création de Speelab. Il était devenu nécessaire que les compétences en matière
d’énergie en Ile-de-France soient renforcées, rendues plus lisibles et mieux organisées.
Lorsque le gouvernement nous a demandé d’agir sur la fusion Vestapolis et Normandie Motor
Valley, nous avons réfléchi à la création d’un pôle de compétitivité à dimension mondial, sachant
qu’aucun des sept pôles français de l’automobile ne pouvait prétendre à une dimension
internationale.
Normandie Motor Valley s’était orienté vers l’amélioration du potentiel des moteurs classiques, avec
un partenariat avec l’IFP. Au fil du débat de fusion, nous avons décidé que la dimension évoquée
devait se circonscrire à l’Ile-de-France, avec une volonté soutenue de placer les technologies
hybrides au centre de nos préoccupations. Or les incertitudes générales de l’énergie et du prix du
pétrole nous placent dans une concurrence mondiale, dans laquelle l’ensemble des constructeurs ont
pris conscience que la maîtrise de l’énergie constituerait leur compétitivité. C’est le cas dans toutes
les industries de transport. Notre objectif demeure la maîtrise de ces technologies par les industriels
français, pour qu’ils puissent les placer rapidement sur le marché.
Désormais, Moveo affirme sa maîtrise des carburants classiques, diesel et essence, tout en
développant une dimension hybride.
Il est apparu récemment une distinction entre les véhicules urbains lourds. A ce titre, Volvo a fait le
choix stratégique de différencier ses recherches sur les véhicules longue distance et sur les véhicules
urbains. Nous avons déterminé que si les hybrides devaient percer sur le marché, cette avancée
commencerait par les flottes captives en milieu urbain. En effet, les acteurs publics sont prêts à payer
des surcoûts, et l’utilisation en milieu urbain apparaît adaptée à ces problématiques, du fait des
démarrages et arrêts incessants. L’équation semble ensuite totalement différente dans le cas du
transport longue distance par autoroute.
Il convient de souligner la montée importante de Poitiers, qui affiche sa volonté de travailler sur les
chaînes de traction hybrides.
Dans notre démarche des pôles de compétitivité, nous sommes parvenus à un double
décloisonnement :
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
45
Colloque Energie et Transport
Ile de Science
•
un décloisonnement de la recherche publique en elle-même, puis de la recherche privée,
traditionnellement plus cloisonnée ;
•
tout en multipliant les champs d’échange entre recherche publique et privée.
La création de Speelab est une réussite pour l’Ile-de-France, d’autant que Valeo a entamé des
partenariats avec les transports en commun. Ce rapprochement permettra de porter à maturité des
technologies de manière bien plus efficace que dans le cas de projets liés à de simples acheteurs
individuels.
Il existe un premier enjeu fort pour Supélec, l’INRETS ou les partenaires Speelab, dans le maintien
d’une compétence forte en Ile-de-France. Nous soulignons un second enjeu collectif, partagé entre
les industriels et les laboratoires publics de recherche, dans l’organisation de travaux de recherche et
d’échange dans le cadre de communautés scientifiques, quel que soit le statut des personnes qui y
travaillent. Ces communautés permettront à la France d’atteindre un niveau scientifique d’excellence.
Jean-Claude VANNIER
Y a-t-il beaucoup de projets initialisés ?
Guy BOURGEOIS
Normandie Motor Valley et Vestapolis ont engagé une vague de projets. Certains ont été labellisés
dès 2005, d’autres sont arrivés à maturité dans les appels d’offre 2006, dont les réponses sont
attendues à la fin du mois de juin.
En 2005, 6 millions d’euros d’aides publiques de l’ANR ont été versés sur l’ensemble des projets
labellisés, ce qui plaçait le pôle en cinquième ou sixième position parmi les pôles de compétitivité. La
dimension mondiale de ce pôle s’en trouve renforcée.
Il est toutefois encore tôt pour établir un bilan. Au final, Moveo constitue bien plus que la simple
juxtaposition de Normandie Motor Valley et Vestapolis. Certaines thématiques, notamment la
mécatronique ou certaines technologies hybrides, arriveront à maturité très prochainement. Dès lors,
nous observerons une forte présence de Moveo dans les appels d’offre, d’ici la fin de l’année 2006 et
le début 2007.
Gif-sur-Yvette, le 26 juin 2006
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