MCE-5 VCRi - Repousser les limites de la réduction de la

Transcription

Repousser les limites de la réduction de la consommation de carburant.
02
MCE-5 VCRi
Sommaire
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.
04
Conseil d’administration
06
Management technique
08
Informations financières
11
Le concepteur de la technologie MCE-5 VCRi
14
La technologie MCE-5 VCRi
16
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi
18
Résultats clés - Consommation / Émissions CO218
Le véhicule démonstrateur28
Industrialisation32
Coût de production
34
Contexte
40
Environnemental et énergétique40
Réglementaire et économique42
Les autres technologies46
MCE-5 VCRi
Les programmes de Recherche & Développement
52
Les partenaires de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.
54
Sommaire
03
04
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. - Carte d’identité
MCE-5 VCRi
Carte d’identité
Date de création
Janvier 2000
Siège social
Lyon - FRANCE
Nombre de sociétés partenaires
Plus de 60
Partenaires techniques et financiers
impliqués dans les programmes R&D
XX CERTAM,
Statut
Société Anonyme au capital de 1 408 069,60 €
XX Danielson
XX Safe
Engineering,
automotive,
XX 12
Président-directeur général
Jean-François ROCHE
Nombre d’actionnaires privés
384 (au 31/03/2011)
Nombre de collaborateurs
38
Portefeuille de brevets
Plus de 300 brevets répartis en 18 familles et
déposées dans 14 pays.
Pays dans lesquels les brevets ont
été déposés
Allemagne, Australie, Canada, Chine, Corée du Sud,
Espagne, États-Unis, France, Grande-Bretagne,
Italie, Japon, Liechtenstein, Suède, Suisse.
partenaires fournisseurs de rang 1 de l’industrie
automobile (confidentiel).
Partenaires institutionnels
XX Union
européenne en Région - Programme FEDER,
XX ADEME
(Agence De l’Environnement et de la
Maîtrise de l’Énergie),
XX DGCIS
(Direction Générale de la Compétitivité, de
l’Industrie et des Services),
XX OSEO,
XX Région
Haute-Normandie,
XX Région
Rhône-Alpes,
XX Grand
Lyon.
Labels
XX PREDIT
(Programme National Transports),
XX MOV’EO,
XX LUTB
(Lyon Urban Trucks and Bus),
XX MATERALIA
(Pôle de compétitivité matériaux),
XX FCPI
Fonds investis en R&D
Au 31 mars 2011 : 66 M€
Modèle économique
xploitation de droits de propriété industrielle et de
E
savoir-faire, fourniture de prototypes (moteurs monoet multicylindres, véhicules démonstrateurs).
(Fonds Communs de Placement pour
l’Innovation).
Financement
XX Investisseurs
XX Aides
privés (65 %),
publiques (29 %),
XX Partenaires
industriels (6 %).
Objet
Breveter et développer des innovations dans les
domaines de l’automobile et de l’énergie.
MCE-5 VCRi
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. - Carte d’identité
05
Conseil d’administration
Jean-François ROCHE
Pascal BLANQUET
Président du Conseil d’Administration
Président-directeur général
Vice-président
XX Gestionnaire
de sa holding d’investissement et
actionnaire de diverses sociétés (secteurs variés).
XX Jean-François
ROCHE est le 3e actionnaire de
MCE-5 DEVELOPMENT S.A.
XX Fondateur
du groupe CAPITOLE - 80 pharmacies
en Suisse.
XX Président
de GIF SA - gestion immobilière et
financière (Suisse).
XX Pascal
BLANQUET est le 2e actionnaire de
Michel MULLIEZ
Philippe MEYLAN
Administrateur
Administrateur
XX Membre
du Conseil de Gérance du conglomérat
de l’AFM (Association Familiale Mulliez) pendant
16 ans, association française actionnaire du groupe
Auchan (hypermarchés, supermarchés et chaînes
de restaurants), Décathlon, Leroy Merlin, Boulanger,
Alinéa, Pimkie, Orsay, Xanaka, Cannelle, Phildar,
Jules, Brice et partenariats avec Les 3 Suisses,
Sonepar, Kiabi, Nord Auto, etc. (350 000 salariés).
XX Architecte
- Fondateur et actionnaire du groupe
Arco (450 constructions : hôtels, centres
commerciaux, etc.).
XX Administrateur
de 12 sociétés dont il préside
7 d’entre elles.
XX Philippe
MEYLAN est le 4e actionnaire de
XX Responsable
de MICHEL MULLIEZ CONSEIL,
société de consulting indépendante.
XX Fondateur
de CIMOFIN S.A. (société de Capital
développement - Suisse).
XX Michel
MULLIEZ est le 1er actionnaire de
06
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. - Conseil d’administration
MCE-5 VCRi
De gauche à droite : Jean-François ROCHE, Michel MULLIEZ, Philippe MEYLAN,
Pascal BLANQUET, Frédéric DIONNET et François SOUCHARD de LAVOREILLE.
Frédéric DIONNET
François SOUCHARD de LAVOREILLE
Administrateur
Administrateur
XX Directeur
général du CERTAM (Centre de
Recherche Technologique en Aérothermique et
Moteurs à Rouen).
XX Membre
du conseil d’administration du Pôle de
Compétitivité Automobile MOVE’O.
XX Vice-président
de l’institut Carnot ESP (ANR)
depuis 2006.
XX Docteur
en Physique DGA - LRBA (Délégation
Générale de l’Armement) de l’université de Rouen.
MCE-5 VCRi
XX Président-directeur
général du groupe DEFI
entre 1984 et 1999.
XX Consultant
indépendant en organisation et
systèmes d’information.
XX NB :
La famille SOUCHARD de LAVOREILLE, dont
la participation au capital remonte à la création de
MCE-5 DEVELOPMENT S.A., détient près de 10 %
du capital de la Société.
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. - Conseil d’administration
07
Management technique
Innovation
&
Technologie
Le développement des stratégies
de taux de compression variable
et de la technologie MCE‑5 VCRi
David
nécessite en permanence
RABHI
l’analyse approfondie et
Directeur
simultanée des composantes
Technique
énergétiques, technologiques,
scientifiques, industrielles et
économiques des solutions proposées.
XX Le
mot d’ordre est l’innovation ;
XX L’esprit
est l’ouverture totale aux technologies
possibles ;
XX La
règle est la validation ou l’élimination rigoureuse
de ces technologies ;
XX Les
critères sont la fonctionnalité, la fiabilité, la
faisabilité industrielle et le coût.
La définition et le déploiement de la stratégie R&D, des
programmes, des partenariats, des compétences et des
processus d’exécution font l’objet d’un management
spécifique permettant d’allier la réactivité d’une équipe de
compétition à la robustesse d’une entreprise industrielle.
Cette démarche, initiée et pilotée par la Direction
Technique, garantit la pertinence des solutions retenues,
leur qualité et leur transmission aux futurs utilisateurs
dans les meilleures conditions.
XX Dès 1997, David RABHI, ingénieur diplômé de l’École
Nationale Supérieure des Arts & Métiers est sollicité par
son frère Vianney RABHI, concepteur du MCE‑5 VCRi,
pour procéder à divers prédimensionnements mécaniques
et calculs thermodynamiques.
XX À compter de la création de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.
en 2000, il devient Directeur Technique et assure l’ensemble
de la mise en place et du suivi des programmes R&D
du MCE‑5 VCRi. Méthodique et rigoureux, il s’entoure,
tout d’abord, d’une poignée d’ingénieurs passionnés
de mécanique, puis aujourd’hui d’une équipe étoffée de
managers, afin de résoudre les problématiques techniques
inhérentes au développement de la technologie MCE‑5 VCRi.
Programme
&
Organisation
Le programme a pour but de
valoriser la technologie MCE-5
VCRi et le savoir-faire de MCE-5
Frédéric
DEVELOPMENT S.A. auprès des
DUBOIS
utilisateurs. Il réunit l’ensemble
Directeur de
des projets correspondant au
programme
cycle de développement : les
MCE-5
concepts innovants retenus sont
étudiés, vérifiés, puis validés grâce
à des démonstrateurs technologiques et industriels ;
les moteurs mono- ou multicylindres, de même que les
véhicules, sont développés et exploités comme moyens
d’essais et de démonstration de la technologie. Les
projets intègrent, selon besoin, les produits ou services
spécifiques aux clients. Les méthodologies et protocoles
indispensables à la maîtrise du programme font l’objet de
projets dédiés.
Le pilotage opérationnel du programme – exécuté par
les métiers sous la responsabilité des Chefs de Projets –
et l’animation des processus de soutien – ressources
humaines, systèmes d’information, achats, qualité,
budget – sont assurés par la Direction de Programme
MCE-5.
XX Ingénieur diplômé de l’École Nationale Supérieure des
Arts & Métiers et de l’École Supérieure des Techniques
Aérospatiales, Frédéric DUBOIS a travaillé pendant 25 ans
dans la recherche, le développement et l’industrialisation
au sein d’équipementiers aéronautiques et automobiles
internationaux de premier rang.
XX Il rejoint en 2008 l’équipe de direction de
MCE-5 DEVELOPMENT S.A. en pleine expansion et assure
depuis le déploiement opérationnel et l’animation de son
programme de développement.
XX Avec pour objectif de concrétiser les innovations brevetées
par Vianney RABHI, David RABHI acquiert au fil des
années une connaissance approfondie et détaillée de tous
les tenants et aboutissants de cette technologie, ce qui fait
de lui un des piliers du projet MCE‑5 VCRi.
08
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. - Management technique
MCE-5 VCRi
De gauche à droite : Olivier CARRON, Vincent COLLÉE, Audrey ROSIQUE, Frédéric MOTTA, Frédéric DUBOIS,
David RABHI, Laurent GUILLY, Yannick SALINGUE, Sylvain BIGOT et Cyrille CONSTENSOU.
Métiers
&
Expertises
Vincent
COLLÉE
Olivier
CARRON
Responsable
Calculs,
Essais &
Mesures
Physiques
Responsable
Études &
Prototypes
MCE-5 VCRi
Les activités d’études, de réalisation de prototypes et d’assemblage des
moteurs sont coordonnées par le service Études et Prototypes à l’interne
comme à l’externe. Selon une démarche structurée par l’analyse fonctionnelle
et les plans de validation, les experts du bureau d’études garantissent la qualité
des livrables de conception, de fabrication, d’assemblage, ainsi que des
documents et modèles de définition (CATIA™, TEAM CENTER™).
L’ensemble des composants et sous-systèmes fait l’objet, en amont, d’une
vérification exhaustive par la simulation et l’analyse des fonctionnalités et des
performances (C3D™, GT-POWER™, AMESIM™, MATLAB™, HYPERMESH™,
OPTISTRUCT™, DESIGN LIFE™, ABAQUS™, EXCITE™). En aval, l’exécution
des plans d’essais sur bancs d’organes, bancs moteurs et véhicules garantit la
validation des prototypes et démonstrateurs.
09
Compétences
&
Qualité
Audrey
ROSIQUE
Frédéric
MOTTA
Responsable
Ressources
Humaines
Responsable
Qualité,
Achats &
Systèmes
d’Information
La maîtrise individuelle et collective des compétences est une condition
essentielle de la collaboration harmonieuse, efficiente et efficace au sein de
l’entreprise. Cela permet de composer une équipe de haut niveau dans toutes
les dimensions exigées par l’activité : innovation, autonomie, rythme, méthode,
prise de décision, coordination.
Les processus d’entreprise sont définis et pilotés selon les référentiels de
management de la qualité en vigueur. Une attention particulière est accordée
à la maîtrise des achats et aux systèmes d’information, deux processus clefs
soutenant les activités de développement technologique et de capitalisation des
connaissances.
Projets
&
Mise en œuvre
Laurent
GUILLY
Yannick
SALINGUE
Sylvain
BIGOT
Cyrille
CONSTENSOU
Responsable
Portefeuille
Projets
Chef de
Projets Contrôle
moteur
Chef de
Projets
Études
Avancées Systèmes
Mécaniques
Chef de
Projets Moteurs &
Véhicules
La nature des projets MCE-5 VCRi
confère à l’activité des Chefs de
Projets un caractère principalement
technique et scientifique. La variété
des spécialités concernées par ces
projets nécessite, outre la coordination
des métiers internes, celle de très
nombreux partenaires externes.
À ce titre, les Chefs de Projets de
MCE-5 DEVELOPMENT S.A. créent,
maintiennent et animent de manière
autonome et entrepreneuriale les
réseaux externes dont leurs projets
ont besoin.
Le Responsable de Portefeuille Projets, par sa contribution à l’élaboration du
programme et à son contrôle, est le garant, auprès de la Direction de Programme,
de l’exécution des projets dans le respect des objectifs de délais, coûts et qualité.
Il anime en permanence la capitalisation des résultats, permettant les transferts de
technologie et de savoir-faire vers les clients.
10
MCE-5 VCRi
Informations financières
13 années de Recherche & Développement,
un investissement de plus de 66 millions d’euros (au 31 mars 2011),
le projet du moteur MCE‑5 VCRi est un exemple réussi de cofinancement privé-public.
Regroupant 384 actionnaires français et étrangers,
le projet MCE‑5 VCRi est fortement soutenu par les pouvoirs publics
à hauteur de 1/3 de l’investissement global en Recherche & Développement.
XX Aides
publiques
XX Investisseurs
privés
65 %
29 %
XX Partenaires
industriels
6 %
Sources du financement
du projet MCE-5 VCRi
du 01/01/2000 au 31/03/2011
(Ceci n’est pas la représentation de l’actionnariat
de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.
mais la répartition du financement)
MCE-5 VCRi
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. - Informations financières
11
Visite des représentants des institutions partenaires du projet MCE-5 VCRi en juin 2010.
Partenaires institutionnels
Depuis 2000, le projet MCE-5 VCRi fait l’objet
d’une succession de programmes de Recherche
et de Développement aidés par les pouvoirs
publics français et européens.
Investir dans des technologies qui limitent la
consommation de carburant et les émissions de
CO2 et qui restent économiquement accessibles
à chaque citoyen est nécessaire pour assurer
notre avenir énergétique, environnemental
et économique. Le transport en général et
l’automobile en particulier sont directement
concernés par le développement de technologies
économes en énergie. Et, on estime que
durant les 20 à 30 prochaines années, la
grande majorité des véhicules produits dans le
monde seront équipés de moteurs thermiques
fonctionnant principalement à l’essence
(80 % actuellement). Ainsi le développement
des moteurs à essence à haut rendement
énergétique figure parmi les principales
préoccupations des pouvoirs publics français.
12
Les programmes de R&D du MCE-5 VCRi
aidés par l’État français et l’Union européenne
depuis 2000 et à hauteur de 1/3 des dépenses
correspondantes. Les financeurs sont : L’ADEME
(Agence De l’Environnement et de la Maîtrise
de l’Énergie), la DGCIS (Direction Générale de
la Compétitivité, de l’Industrie et des Services),
la Région Haute-Normandie, la Région
Rhône-Alpes, le Grand Lyon, OSEO et l’Union
européenne en Région via le Fonds Européen de
Développement Économique et Régional FEDER.
Le projet MCE-5 VCRi est aussi labellisé par le
PREDIT (Programme national de Recherche,
d’Expérimentation et D’Innovation dans les
Transports) et les pôles de compétitivité MOV’EO
(pôle de compétitivité automobile à vocation
mondiale), LUTB (Lyon Urban Truck & Bus) et
MATERALIA (Pôle de compétitivité Matériaux).
Le montant total de l’aide publique s’établit à fin
2010 à 18 millions d’euros.
MCE-5 VCRi
Actionnaires
Les enjeux énergétiques et environnementaux
figurent parmi les principales préoccupations de la
population et des pouvoirs publics en France comme
à l’étranger. Ceci explique notamment pourquoi,
MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. a su mobiliser depuis sa
création en 2000 plus de 43 millions d’euros auprès
d’investisseurs privés (au 31/03/2011) et plus de
18 millions d’euros d’aides auprès des pouvoirs publics.
MCE-5 DEVELOPMENT S.A. compte aujourd’hui
384 actionnaires (au 31/03/2011) dont les 6 premiers
détiennent la majorité du capital.
MCE-5 DEVELOPMENT S.A. est labellisée FCPI (Fonds
Communs de Placement dans l’Innovation).
Principaux actionnaires
Autres actionnaires significatifs
XX Michel
MULLIEZ (Famille MULLIEZ - Groupe
AUCHAN) 1er actionnaire et membre du Conseil
d’Administration depuis 2002.
XX Pascal
BLANQUET, 2e actionnaire et vice-président
du Conseil d’Administration. Il est fondateur de
CAPITOL.
XX Jean-François
ROCHE, 3e actionnaire, PDG de
MCE-5 DEVELOPMENT S.A. depuis février 2003,
administrateur depuis 2002.
XX La
famille SOUCHARD de LAVOREILLE, dont la
participation au capital remonte à la création de
MCE-5 DEVELOPMENT S.A., détient près de 10 %
de la Société.
XX Cinq
autres membres de la famille MULLIEZ.
XX GENII
CAPITAL (propriétaire de LOTUS
RENAULT GP), dont Gérard LOPEZ et Éric LUX
sont les fondateurs et administrateurs.
XX Le
fonds souverain de la Principauté de Monaco.
XX Philippe
MEYLAN, 4e actionnaire et membre du
Conseil d’Administration depuis 2002.
MCE-5 VCRi
13
Le concepteur de la
technologie MCE-5 VCRi
1997
1998
Vianney RABHI est le concepteur de la technologie
MCE‑5 VCRi. Il est autodidacte dans le domaine des
moteurs. Adolescent, il passe le plus clair de son temps
libre dans le centre de documentation technique de
son lycée à étudier de nombreux ouvrages traitant des
moteurs et de la thermodynamique. À l’âge de 18 ans,
il construit un garage à la ferme de ses parents et
apprend le côté pratique de la mécanique avec l’aide
d’un ancien professionnel. Dès 1985, il dépose des
brevets appliqués au moteur à combustion interne.
Ses premiers concepts sont sans avenir, mais c’est pour
lui l’opportunité de commencer à partager ses idées et à
établir des contacts avec des constructeurs automobiles
et des laboratoires de recherche. Au fil des années,
il rencontre de nombreux experts qui deviendront,
pour la plupart, des informateurs et des inspirateurs.
Certains l’encourageront à persévérer. Très vite,
il comprend l’intérêt du taux de compression variable
(VCR) dont il anticipe les multiples applications.
C’est en 1991 que Vianney RABHI dépose son premier
brevet de moteur à taux de compression variable.
Il échange avec divers experts, mais se rend compte
que son idée comporte un grand nombre de défauts
dont certains sont rédhibitoires. Il établit alors une liste
14
1999 2002
de caractéristiques “incontournables” que doit avoir un
moteur VCR et fait l’inventaire de “ce qu’il faut faire” et de
“ce qu’il ne faut pas faire” dans ce domaine. Il étudie des
centaines de brevets de moteurs VCR, ainsi que diverses
publications qui traitent de ce sujet. Il remarque des
constantes dans la conception des moteurs VCR, mais
aucun ne répond à son cahier des charges. Sa première
conclusion est qu’il semble impossible de concevoir un
moteur VCR réaliste, au moins au plan fonctionnel.
C’est seulement en 1997, six années plus tard, que
Vianney RABHI a l’idée de principe du MCE-5 VCRi en
regardant une porte d’ascenseur. Il remarque que la
première demi-porte se déplace deux fois plus vite que la
deuxième et qu’un dispositif à roues et crémaillères peut
autoriser cette cinématique. Ceci lui inspire une première
crémaillère qu’il fixe à un piston, une roue de transmission
qu’il relie à une bielle, et une crémaillère d’ancrage qu’il
utilise pour faire varier le taux de compression. Quelques
mois plus tard, il dépose le premier brevet de ce qui
deviendra par la suite le MCE-5 VCRi. Le principe retenu
ne dénonce aucun de ses critères fonctionnels, mais est
extrêmement audacieux au plan technologique. En effet,
il s’agit d’intercaler un système d’engrenage entre la bielle
et le piston. Ceci n’a jamais été fait dans les moteurs.
MCE-5 VCRi
À titre de variante pour son moteur, il prévoit une
soupape d’admission supplémentaire à calage variable
pour mettre en œuvre le cycle d’Atkinson.
En cette même année 1997, il sollicite à nouveau son
réseau d’experts. Personne ne croit dans le dispositif
à engrenage, mais la stratégie VCR Atkinson suscite
un vif intérêt. Entre 1997 et 2000, il dépose plusieurs
brevets de perfectionnement pour compléter son idée
d’engrenage et la rendre plus crédible. L’engrenage
devient tronqué, il possède des rouleaux de guidage
et un actionneur hydraulique à vérin suiveur. Son
projet lui ayant coûté ses économies et sa capacité
d’endettement, il est contraint de trouver un “sponsor”
qui lui finance une étude pour dimensionner la roue et
les crémaillères. C’est sur la base d’un nouveau dessin
et d’un prédimensionnement réaliste qu’un grand
constructeur s’intéresse enfin à ce moteur VCR que
Vianney RABHI avait baptisé “MCE-5”. Ceci débouche
dès 2000 sur une première collaboration avec ce
constructeur, qui se poursuivra jusqu’en 2004.
Après avoir jeté les bases de la
société MCE-5 DEVELOPMENT
en 2000, Vianney RABHI
en est aujourd’hui le
Directeur de la Stratégie
et du Développement.
Il en impulse les
grandes orientations
stratégiques et
techniques sur
lesquelles repose le
projet MCE-5.
Vianney RABHI
MCE-5 VCRi
2011
Durant ces treize dernières années,
le projet MCE-5 a été une aventure
technologique et humaine d’une
extraordinaire densité. Les essais,
les échecs et les incessants
recommencements ont fait partie
de l’aventure, mais les résultats
obtenus du MCE-5 VCRi sont
édifiants tant énergétiquement
qu’économiquement.
Le MCE-5 VCRi est un saut
technologique “jusqu’au-boutiste”
qui met le taux de compression
sous contrôle sans compromis.
Cette approche est importante
pour les stratégies d’aujourd’hui
telles que nous les avons
identifiées et mises en œuvre.
Pour les stratégies de demain
dont on sait qu’elles seront
extrêmement exigeantes,
cette approche est
cruciale.
15
La technologie
MCE-5 VCRi
Environnement,
énergie, économie :
l’excellence mécanique
et technologique
au service de grands
objectifs stratégiques.
Le MCE-5 VCRi n’est pas seulement une machine à optimiser le rendement, la performance,
et les émissions polluantes des moteurs automobiles. Par association de technologies,
c’est également un formidable outil d’optimisation du prix de revient de l’ensemble moteur,
transmission et post-traitement.
Le MCE‑5 VCRi est un moteur thermique à combustion
interne capable de coopérer avec l’ensemble des
technologies actuellement disponibles pour les moteurs
à essence, qu’il s’agisse de l’injection directe, des VVTs
(Variable Valve Timing) ou de la suralimentation par
turbocompresseur. Les moteurs à combustion interne ont
toujours progressé par adjonction de nouvelles fonctions
visant à améliorer leurs performances ou leur efficacité
énergétique.
Le MCE‑5 VCRi propose une fonction additionnelle
décisive : le contrôle du taux de compression.
VCR veut dire “Variable Compression Ratio”, c’est-à-dire
en français “taux de compression variable”.
Le taux de compression
conditionne directement le
rendement énergétique, les
émissions polluantes et les
Contrôler le taux
performances en couple et
de compression : en puissance des moteurs
la clé de l’évolution à combustion interne. Le
des moteurs à
rendre variable ouvre à un
essence.
ensemble de stratégies
permettant d’améliorer
significativement chacune de
ces caractéristiques.
16
Variation du taux de compression : ici, sur le schéma le taux de
compression maximal (à droite) et minimal (à gauche).
Il en résulte une réduction de la consommation de
carburant à iso-performance de 20 % pour les petits
véhicules et jusqu’à 35 % pour des véhicules hautes
performances.
MCE-5 VCRi
Soupape d’admission
Culasse
Soupape
d’échappement
Vérin suiveur mû
par la pression
des gaz et par
les inerties
Carter cylindre
Évolution des moteurs
thermiques
En 2011, les moteurs sont plus sophistiqués et efficaces
que ceux d’hier, mais moins que ceux de demain.
Ils sont équipés de nombreux capteurs qui renseignent
un calculateur sur la position de la pédale d’accélérateur,
sur le débit d’air d’admission et la teneur en oxygène des
gaz d’échappement ou encore, sur le régime de rotation.
Le calculateur peut ainsi accéder à la demande en couple
du conducteur, préparer un mélange d’air et de carburant
en respectant toujours les bonnes proportions ou obtenir
de la détente des gaz le plus de travail possible.
Le calculateur intervient sur le fonctionnement du moteur
au moyen d’actionneurs qu’il pilote électriquement.
Ces actionneurs lui servent, par exemple, à régler
l’ouverture du papillon des gaz, la quantité de carburant
injectée, le moment où s’ouvrent les soupapes, ou
l’instant où est déclenchée la combustion au moyen
d’une étincelle. Le calculateur dispose de “tables”
dans lesquelles figurent les réglages à retenir pour
chaque actionneur tenant compte des conditions de
fonctionnement du moteur. Le calculateur possède
également des fonctions logiques qui lui permettent de
calculer en temps réel, certaines valeurs ne figurant pas
dans ses tables. Tous les moteurs modernes que nous
utilisons aujourd’hui fonctionnent selon ces principes.
Il existe pourtant un paramètre essentiel sur lequel le
calculateur n’avait jusqu’alors aucune emprise : le taux de
compression.
Depuis toujours, faute d’une technologie appropriée,
on ne contrôle pas le taux de compression. Cette
lacune se paie au prix d’une consommation accrue
de carburant, d’un couple et d’une puissance limités
et d’un moindre contrôle sur les émissions polluantes.
Un taux de compression fixe constitue un véritable
verrou technologique pour les moteurs à essence que
le MCE-5 VCRi supprime en leur apportant le taux de
compression variable. Cet actionneur nouveau – qui
permet de contrôler le taux de compression – augmente
drastiquement les performances et le rendement
énergétique des moteurs à essence.
MCE-5 VCRi
Piston
guidé
Crémaillère
de piston
Rouleau
synchronisé
Crémaillère de
commande
Roue de
transmission
Vilebrequin
Bielle
Coupe du moteur MCE‑5 VCRi
Historique du taux de
compression variable
Comme la plupart des stratégies et technologies
appliquées à la motorisation, le taux de compression
variable – dit aussi VCR (Variable Compression Ratio) –
est un principe ancien. Les premiers concepts de
moteurs VCR sont apparus au début du siècle dernier.
Des constructeurs comme SAAB, PSA ou Volkswagen
ont depuis longtemps étudié le potentiel du VCR et révélé
son efficacité à réduire drastiquement la consommation
et les émissions polluantes. À ce titre, divers moteurs
prototypes ont été réalisés dont les performances ont
été mesurées. La réduction de la consommation de
carburant proposée par le VCR s’est révélée être de
l’ordre de 30 %, ce qui équivaut à une trentaine d’années
de progrès sur les moteurs à essence. À ce jour, ces
moteurs prototypes étudiés n’ont pas su répondre
aux critères permettant à un moteur d’être produit
et commercialisé à grande échelle. Les problèmes
rencontrés ont été par exemple une durée de vie
insuffisante, un encombrement excessif, des émissions
acoustiques inacceptables ou des pertes énergétiques
nouvelles qui ont par trop minoré l’avantage du VCR.
Tout l’intérêt de la technologie MCE-5 VCRi est de
rendre le VCR éligible pour la production en grande série.
Cette particularité vient de caractéristiques uniques du
MCE-5 VCRi tant fonctionnelles qu’économiques et
industrielles.
17
Atouts stratégiques
de la technologie
MCE-5 VCRi
Résultats clés
Consommation / Émissions CO2
Des résultats sans équivalent
Performances
Les moteurs MCE‑5 VCRi prototypes d’une cylindrée
de 1 484 cm3 montés sur bancs d’essai et sur véhicules
prototypes délivrent les performances suivantes :
➤➤en version injection indirecte (MPFI)
XX Couple
maximum : 420 Nm à 1 800 tr/min.
XX Puissance
maximale : 217 ch (160 kW)
à 5 000 tr/min.
➤➤en version injection directe (GDI)
XX Couple
maximum : 480 Nm à 1 800 tr/min.
XX Puissance
maximale : 245 ch (180 kW)
à 5 300 tr/min.
Consommation du moteur
MCE‑5 VCRi
La consommation de carburant sur les faibles charges
est réduite de plus de 12 % uniquement du fait d’un
taux de compression plus élevé. La réduction totale
de carburant est comprise entre 20 % sur le plus petit
véhicule et plus de 35 % sur les véhicules hautes
performances.
Depuis 2010, les moteurs MCE‑5 VCRi comprennent
l’injection directe d’essence et intègrent les stratégies
les plus avancées applicables aux moteurs à essence
pour aller plus loin encore dans l’amélioration des
performances, de l’efficacité énergétique et de la
dépollution.
➤➤Consommation 2010 - injection indirecte
XX Consommation
extra-urbaine : 5,4 L/100 km.
XX Consommation
mixte : 6,5 L/100 km
(155 g de CO2/km avec SP95).
XX Consommation
a puissance
L
du MCE‑5 VCRi 1.5 L
est équivalente à celle d’un V6
3.2 L, avec un couple maximal
supérieur de 40 %.
➤➤Consommation 2011 - injection directe
XX Consommation
extra-urbaine : 5,3 L/100 km.
XX Consommation
mixte : 6,4 L/100 km
(152 g de CO2/km avec SP95).
XX Consommation
18
urbaine : 8,4 L/100 km.
urbaine : 8,2 L/100 km.
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Résultats clés - Consommation / Émissions CO2
MCE-5 VCRi
MCE-5 VCRi GDI 1 484 cm3 Turbocompresseur bi-étagé.
600
180
160
140
400
120
100
300
80
200
60
40
100
Puissance (kW)
Couple (Nm)
500
20
0
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Régime (tr/min)
Les prototypes 1.5 L MCE-5 VCRi délivrent
le couple d’un moteur atmosphérique de
4.8 L et la puissance d’un V6 3.2 L.
Essai sur banc à rouleaux
chez Continental à Toulouse.
MCE-5 VCRi
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Résultats clés - Consommation / Émissions CO2
19
Pour aller plus loin
MCE‑5 DEVELOPMENT a simulé les résultats de
consommation de plusieurs véhicules parmi les plus
vendus aux États-Unis, au Japon, en Allemagne et
en France.
Les tableaux suivants montrent les améliorations tant
au niveau de la cylindrée, de la puissance, du couple,
du taux de compression que de l’efficacité énergétique
apportée par les moteurs MCE‑5 VCRi.
États-Unis d’Amérique
Ford F150 - Le moteur 2008 du Ford F-150 est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
Ford 5.4 L V8
24 soupapes
MCE-5 1.9 L
6 cylindres en ligne
cc / cm3
5 400
1 900
hp @rpm
310@5 000
310@5 000
kW @rpm
228@5 000
228@5 000
Nm @rpm
530@3 500
605@1 500
9,8:1
6:1 à 15:1
Essence
Essence
Gains
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
F
OCUS
XX Taux
de compression
City - FTP 75
mpg
14,0
20,4
46 %
de carburant
High way - HFET
mpg
20,0
24,4
22 %
XX Consommation
NEDC (New European
Driving Cycle)
L/100 km
16,9
10,8
36 %
g CO2/km
402
257
36 %
XX Économie
de carburant
Toyota Camry - Le moteur 2008 de la Toyota Camry est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
Toyota 3.5 L V6
MCE-5 1.7 L
cc / cm3
3 500
1 667
hp @rpm
272@6 200
272@5 000
kW @rpm
200@6 200
200@5 000
Nm @rpm
336@4 700
531@1 500
10,8:1
6:1 à 15:1
Essence
Essence
Gains
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
City - FTP 75
mpg
19,0
25,4
38 %
de carburant
High way - HFET
mpg
28,0
34,2
33 %
XX Consommation
NEDC (New European
Driving Cycle)
L/100 km
10,8
6,9
36 %
g CO2/km
256
163
36 %
XX Économie
de carburant
20
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Focus / Pour aller plus loin
MCE-5 VCRi
Japon
Honda Fit - Le moteur du Honda Fit 1.5 L est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
MCE-5 0.75 L
XX Cylindrée
cc / cm3
1 496
750
XX Puissance
hp @rpm
120@6 600
124@4 000
kW @rpm
88@6 600
91@4 000
XX Couple
XX Taux
Nm @rpm
145@4 800
239@1 500
10,4:1
6:1 à 15:1
Essence
Essence
Gains
de compression
de carburant
XX Consommation
de carburant
10 - 15 mode
km/L
19,6
23,2
18 %
NEDC (New European
Driving Cycle)
L/100 km
5,8
4,8
17 %
g CO2/km
137
115
17 %
(Japon)
OCUS
XX Économie
F
Honda
1.5 L CVT
Type de moteur
Toyota Prius III - L
e moteur hybride de la Toyota Prius est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent
fonctionnant au GNV.
Toyota Prius III
100 kW (th. + elec.)
MCE-5 0.83 L GNV
cc / cm3
1 798
833
hp @rpm
99@5 200
138@5 000
kW @rpm
73@5 200
101@5 000
Nm @rpm
142@4 000
265@1 500
13:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
Essence hybride
GNV
Gains
L/100 km
3,9
—
—
g CO2/km
89
88
1 %
Le gain ne se situe pas en terme de consommation ou d’émission de CO2 mais au niveau du coût. Le PRF (Prix de Revient
Fabrication) est estimé à 3 000 € de surcoût pour un véhicule hybride de ce type.
MCE-5 VCRi
21
Allemagne
VW Golf 1.4 L TSI - L
e moteur de la VW Golf est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent. Le moteur
VW 1.4 L TSI est un des moteurs essence les plus fortement downsizés du marché.
VW 1.4 L TSI
160 ch
MCE-5 1.0 L
cc / cm3
1 390
1 000
hp @rpm
160@5 800
165@5 000
kW @rpm
118@5 800
121@5 000
Nm @rpm
240@1 500
318@1 500
10:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
F
OCUS
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
Essence (GNV)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
6,3
5,2
14 %
g CO2/km
145 (113)
125 (96)
14 % (15 %)
Mercedes C250 CGI - L
e moteur de la Mercedes C250 CGI Blue Efficiency est comparé avec un moteur VCR
MCE-5 équivalent.
Mercedes
C250 CGI stratifié
MCE-5 1.24 L
cc / cm3
1 800
1 240
hp @rpm
204@5 500
204@5 000
kW @rpm
150@5 500
150@5 000
Nm @rpm
310@2 000
395@1 500
9,3:1
6:1 à 15:1
Essence (GNV)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
6,4
5,5
13 %
g CO2/km
150 (132)
130 (105)
13 % (20 %)
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
22
NEDC (New European
Driving Cycle)
MCE-5 VCRi
Allemagne
Mercedes C250 CDI - L
e moteur de la Mercedes C250 CDI est comparé avec un moteur VCR MCE-5
équivalent.
MCE-5 1.25 L
XX Cylindrée
cc / cm3
2 143
1 250
hp @rpm
204@4 200
XX Puissance
206@5 000
XX Couple
kW @rpm
150@4 200
152@5 000
Nm @rpm
500@1 600
398@1 500
XX Taux
16,2:1
6:1 à 15:1
de compression
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
5,1
5,6
-9 %
g CO2/km
134
132 (102)
1 % (14 %)
OCUS
XX Consommation
Diesel
F
Mercedes
C250 CDI
Type de moteur
Fabrication) pour moteur + système de post-traitement [FAP (Filtre À Particules) + SCR (Réduction Catalytique Sélective)]
est estimé à 1 500 € de plus pour un véhicule Diesel de ce type.
Audi A4 2.0 L TFSI - Le moteur de l’Audi A4 2.0 L TFSI est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
Audi A4
2.0 L TFSI
MCE-5 1.28 L
cc / cm3
1 984
1 280
hp @rpm
211@4 300
211@5 000
kW @rpm
155@4 300
155@5 000
Nm @rpm
350@1 500
407@1 500
9,6:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
MCE-5 VCRi
NEDC (New European
Driving Cycle)
Essence (GNV)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
6,6
5,4
17 %
g CO2/km
154 (120)
128 (99)
17 % (18 %)
23
Allemagne
Audi A4 2.0 L TDI - Le moteur de l’Audi A4 2.0 L TDI est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
Audi A4
2.0 L TDI
MCE-5 1.05 L
cc / cm3
1 968
1 050
hp @rpm
170@4 300
174@5 000
kW @rpm
125@4 300
128@5 000
Nm @rpm
350@1 750
334@1 500
16,5:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
de compression
XX Consommation
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
F
OCUS
XX Taux
Diesel
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
5,3
5,4
-2 %
g CO2/km
139
129 (100)
7 % (28 %)
BMW série 3 320i - Le moteur de la 320i est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
BMW 320i
stratifié
MCE-5 1.05 L
cc / cm3
1 995
1 050
hp @rpm
170@6 700
173@5 000
kW @rpm
125@6 700
128@5 000
Nm @rpm
210@4 250
334@1 500
12:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
24
NEDC (New European
Driving Cycle)
Essence (GNV)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
6,4
5,2
17 %
g CO2/km
148 (131)
123 (99)
17 % (24 %)
MCE-5 VCRi
Allemagne
BMW série 3 320d - Le moteur de la 320d est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
BMW 320d
MCE-5 1.1 L
cc / cm3
1 995
1 100
hp @rpm
184@4 000
182@5 000
kW @rpm
135@4 000
134@5 000
Nm @rpm
380@1 900
350@1 500
16,5:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
NEDC (New European
Driving Cycle)
Gains
5,0
-6 %
g CO2/km
125
120 (93)
4 % (26 %)
OCUS
de carburant
Essence (GNV)
4,7
F
XX Consommation
Diesel
L/100 km
BMW série 3 330d - Le moteur de la 330d est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.
BMW 330d
MCE-5 1.5 L
cc / cm3
2 993
1 484
hp @rpm
245@4 000
245@5 000
kW @rpm
180@4 000
180@5 000
Nm @rpm
520@1 750
472@1 500
16,5:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
Diesel
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
5,7
5,8
-1 %
g CO2/km
152
138 (107)
9 % (30 %)
MCE-5 VCRi
25
France
Peugeot 308 1.6 L THP - Le moteur de la 308 1.6 L THP est comparé avec un moteur VCR MCE-5
équivalent.
Peugeot 308
1.6 L THP
MCE-5 0.9 L
cc / cm3
1 598
900
hp @rpm
150@5 800
149@5 000
kW @rpm
110@5 800
109@5 000
Nm @rpm
240@1 400
286@1 500
10,5:1
6:1 à 15:1
Essence (GNV)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
7,0
5,3
24 %
g CO2/km
165 (129)
126 (97)
24 % (25 %)
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
F
OCUS
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
Peugeot 308 2.0 L HDI - Le moteur de la 308 2.0 L HDI est comparé avec un moteur VCR MCE-5
équivalent.
Peugeot 308
2.0 L HDI
MCE-5 1.05 L
cc / cm3
1 997
850
hp @rpm
140@4 000
140@5 000
kW @rpm
103@4 000
103@5 000
Nm @rpm
320@2 000
271@1 500
17,6:1
6:1 à 15:1
Type de moteur
XX Cylindrée
XX Puissance
XX Couple
XX Taux
de compression
XX Consommation
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
Diesel
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
5,3
5,3
0 %
g CO2/km
139
125 (96)
10 % (31 %)
26
MCE-5 VCRi
France
Peugeot 207 1.6 L VTi - L
e moteur de la 207 1.6 L VTi est comparé avec un moteur VCR MCE-5
équivalent.
MCE-5 0.75 L
XX Cylindrée
cc / cm3
1 598
750
XX Puissance
hp @rpm
120@6 000
124@5 000
kW @rpm
88@6 000
90@5 000
XX Couple
XX Taux
Nm @rpm
160@4 250
239@1 500
11:1
6:1 à 15:1
Essence (GNV)
Essence (GNV)
Gains
L/100 km
6,0
4,5
23 %
g CO2/km
139 (110)
107 (82)
23 % (25 %)
de compression
de carburant
NEDC (New European
Driving Cycle)
OCUS
XX Consommation
F
Peugeot 207 1.6 L
VTi
Type de moteur
Moteur MCE-5 VCRi
XX Injection
XX Turbo
XX 2
directe essence (GDI)
+ compresseur mécanique
VVT (Variable Valve Timing)
XX Puissance
spécifique : 120 kW/L
Avec sur quelques versions (même équipement que le
moteur de référence cité) :
XX Stop
& Start
XX Variable
Valve Lift : BMW “Valvetronic”,
Audi “Valvelift” ou Fiat “Multiair”
Possibilités d’amélioration :
XX Gestion
avancée de la thermique moteur
XX Combustion
stratifiée
XX Combustion
CAI-HCCI
XX Hybridation
MCE-5 VCRi
27
Le véhicule démonstrateur
Depuis 2009, le moteur
MCE‑5 VCRi 1.5 L est
intégré dans un véhicule
démonstrateur
Peugeot 407.
Quelques informations
sur le véhicule :
XX Catégorie :
segment M2.
XX Poids :
1 710 kg avec
un bloc moteur alu.
Moteur MCE-5 VCRi 1.5 L
XX Architecture
XX Alésage
75 mm
XX Course
84 mm
XX Cylindrée
1 500  cm3
XX Taux
de compression mini
6:1
XX Taux
de compression maxi
15:1
XX Suralimentation
XX Position
du moteur
XX Distribution
XX Nombre
28
de soupapes par cylindre
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Le véhicule démonstrateur
par turbocompresseur bi-étagé
transversale-avant
double arbre à cames en tête, 2 VVTs
4
MCE-5 VCRi
Essai sur route
en conditions normales.
Essai sur autoroute.
Essai sur circuit.
Essai en ville.
Moteur
MCE‑5
VCRi
1.5 L
Système
d’injection de
carburant
Puissance
maximale
Couple
maximum
Compatibilité
carburant
Consommation
extra-urbaine
Consommation
mixte
Consommation
urbaine
➤➤En
version
MPFI
injection
indirecte
(MPFI),
injecteur
bi-jet
217 ch
(160 kW)
à 5 000 tr/min
420 Nm
à 1 800 tr/min
SP91
SP93
SP95
SP98
E10 à E100
5,4 L/100 km
6,5 L/100 km
8,4 L/100 km
➤➤En
version
GDI
injection
directe (GDI),
injecteur
solénoïde
245 ch
(180 kW)
à 5 300 tr/min
480 Nm
à 1 800 tr/min
SP91
SP93
SP95
SP98
E10 à E100
5,3 L/100 km
MCE-5 VCRi
155 g de
CO2/km
avec SP95
6,4 L/100 km
8,2 L/100 km
152 g de
CO2/km
avec SP95
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Le véhicule démonstrateur
29
Un moteur
multicarburant
F
OCUS
Le MCE-5 VCRi :
un moteur thermique
qui prépare “l’après pétrole”
Chaque jour, nous consommons plus de pétrole que
nous n’en découvrons. La raréfaction puis, la quasidisparition du pétrole sont, de ce fait, inéluctables,
ce n’est qu’une question de temps. Dès la prochaine
décennie, la production de pétrole pourrait ne plus
parvenir à couvrir entièrement les besoins du marché,
avec une conséquence directe sur le prix du baril. Pour
amortir les effets d’un pétrole cher, il sera nécessaire de
mettre à contribution d’autres sources d’énergie. Pour
cela, on aura recours à la biomasse (éthanol, alcools,
EMC, huile végétale, EMHV, ETBE, MTBE), au gaz
naturel, au charbon et, à plus long terme, à l’hydrogène
produit avec des énergies renouvelables ou du nucléaire.
Grâce au taux de compression
variable il s’adapte automatiquement
à tout type de carburant…
Le taux de compression est la principale caractéristique
permettant d’adapter un moteur à un carburant dont
l’indice d’octane est plus ou moins élevé. Étant à
taux de compression variable, le MCE‑5 VCRi peut
s’adapter automatiquement à tout carburant, quel
qu’en soit l’indice d’octane. Doté d’un système de
gestion du moteur approprié, le MCE‑5 VCRi pourra
demain “apprendre” à quel carburant il a affaire en
détectant ses caractéristiques (détection de cliquetis
sur certains points de fonctionnement). Ainsi, il pourra
choisir son “programme” et fonctionner avec un taux
de compression moyen élevé lorsqu’il consomme
un carburant dont l’indice d’octane est élevé, et
inversement pour un carburant à indice d’octane faible.
Cette caractéristique fondamentale permet d’éviter
tout phénomène de cliquetis lorsqu’est consommé un
carburant à faible indice d’octane (exemple : SP 95 ou
inférieur), et d’éviter toute perte de rendement inutile
lorsqu’est consommé un carburant à indice d’octane
élevé (exemple : SP 98, essence à forte teneur en
éthanol, gaz naturel).
30
L’extrême flexibilité du MCE‑5 VCRi va ainsi permettre
d’accompagner le développement de carburants
nouveaux sans avoir à faire de concessions sur l’efficacité
énergétique des moteurs, quels que soient les différents
carburants qu’ils consomment. En effet, actuellement,
les véhicules dits “flexfuel” reposent sur un compromis :
lorsqu’ils fonctionnent à l’essence, leur rendement
est moins élevé que celui des véhicules fonctionnant
exclusivement à l’essence, et lorsqu’ils fonctionnent à
l’éthanol, leur rendement est moins élevé que celui des
véhicules qui ne consomment que de l’éthanol.
Alors qu’ils sont prévus pour réduire les émissions de
CO2, ces véhicules “flexfuel” n’utilisent pas les carburants
au maximum de leur rendement : cette stratégie est
contraire à l’objectif. Ce résultat provient de l’absence
du taux de compression variable (VCR) : sans VCR,
il est nécessaire de trouver un taux de compression
intermédiaire qui soit un compromis acceptable. Ceci
se fait au détriment de l’efficacité énergétique finale des
véhicules “flexfuel”, mais c’est la seule solution pour qu’ils
puissent consommer à la fois de l’essence classique et
de l’éthanol, ou de l’essence et du gaz naturel. À l’avenir,
la technologie
MCE‑5 VCRi
va éliminer ce
compromis de
Le taux de compression
sorte que tous
variable du MCE‑5 VCRi
les carburants
permet d’optimiser l’usage
seront
de différents carburants, de
consommés à
caractéristiques variables.
leur maximum
de rendement
sur les véhicules
“flexfuel”. Grâce au MCE‑5 VCRi, il sera même possible
de distribuer de l’essence “générique”, bon marché, dont
les caractéristiques varient en fonction des contraintes
d’approvisionnement ou des réglementations : le moteur
s’adaptera automatiquement à cette essence pour en
tirer le maximum de rendement, en toute sécurité pour le
moteur.
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Focus / Un moteur multicarburant
MCE-5 VCRi
F
OCUS
…Et même au gaz naturel
À moyen terme, qu’il soit fossile ou renouvelable, le
gaz naturel non-converti à usage automobile est un
excellent complément voire même une alternative au
pétrole. Toutefois, pour en assurer le succès commercial
et accompagner le développement du réseau de
stations-services nécessaire, les véhicules devront
également pouvoir consommer de l’essence avec un
rendement élevé, sans concession sur la performance.
Ceci nécessite impérativement de disposer du taux de
compression variable tel que le propose le MCE‑5 VCRi.
MCE-5 VCRi
En effet, le MCE‑5 VCRi peut fonctionner indifféremment
au gaz ou à l’essence, avec un rendement meilleur
que celui d’un moteur à taux de compression fixe
exclusivement dédié au gaz ou à l’essence.
Les avantages stratégiques qui découlent de cette
caractéristique sont gigantesques à échéance de
20 à 30 ans et dépassent largement le périmètre de
l’automobile. Il s’agit en effet de pérenniser la mobilité
individuelle sur laquelle repose une grande partie de notre
système économique, en accompagnant en douceur
l’inévitable déplétion pétrolière dont les premiers effets
seront déjà visibles entre 2010 et 2020.
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Focus / Un moteur multicarburant
31
Industrialisation
Une technologie prête
à être produite en grande série
pour une nouvelle génération de moteurs
à haut rendement énergétique
Tout l’objet du MCE‑5 VCRi est de proposer une
technologie VCR éligible pour la production en grande
série. À ce titre, le MCE‑5 VCRi valorise au mieux la
stratégie du VCR sans jamais en minorer le gain et
répond à l’ensemble des contraintes imposées par
la commercialisation à grande échelle de véhicules
automobiles. Pour atteindre les objectifs initiaux du
programme MCE‑5 VCRi et valider au banc d’essai les
caractéristiques et qualités de cette technologie, plus de
13 années de recherches et de développement auront
été nécessaires.
Consortium de partenaires
techniques
Ce qui en 2000 n’était qu’un objectif est aujourd’hui
validé par un ensemble de plus de 60 sociétés
partenaires qui développe la technologie MCE‑5 VCRi.
Les procédés de fabrication en grande série pour
chacun des composants de la technologie MCE‑5 VCRi
ont été identifiés, testés et validés avec des industriels
fournisseurs de 1er rang de l’industrie automobile.
Le prix de revient de l’ensemble du moteur a été établi
précisément en intégrant les investissements et les coûts
opérationnels liés à la production de 2 000 moteurs par
jour à un horizon de temps situé entre 2015 et 2017.
32
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Industrialisation
MCE-5 VCRi
Un moteur high-tech
La roue de transmission
du MCE‑5 VCRi est un pur produit
de haute technologie
La roue de transmission est la pièce la plus
caractéristique de la technologie MCE‑5 VCRi. Elle
permet, à la fois, la transmission de la puissance et le
réglage du taux de compression. Il s’agit d’un pignon
à denture en développante de cercle, tels que ceux
que l’on trouve dans les boîtes à vitesses. Cependant,
son profil est tronqué pour définir deux secteurs utiles.
Un MCE‑5 VCRi à 4 cylindres comporte 4 roues de
transmission et 8 crémaillères.
À 6 000 tours/min, cette pièce obtenue par forgeage
de précision change de sens de rotation 120 fois par
seconde. Au couple maximal du moteur, elle assume
des efforts de plus de 5,5 tonnes jusqu’à 30 fois par
seconde. Elle transmet les efforts de poussée de la bielle
MCE-5 VCRi
au carter du moteur par ses bandes de roulement à
haute résistance à la pression. Pour ne pas dissiper le
travail produit par la combustion des gaz, son rendement
énergétique est de 0,997, ce qui veut dire que seulement
trois pour mille du travail qu’elle transmet sont perdus
sous forme de chaleur. Pour fonctionner en silence, elle
conserve un jeu opérationnel de l’ordre de 30 microns.
Sa denture à la géométrie exclusive est d’une grande
précision. Ses dents présentent une dureté de surface
élevée pour assumer des pressions de plus de 22 tonnes
par centimètre carré, et une grande résistance à la fatigue
pour une durée de vie de plusieurs milliards de cycles
en efforts alternés. Sa géométrie complexe, presque
organique, fait participer chaque millimètre cube de sa
structure et lui permet avec un minimum de matière, de
fléchir de seulement quelques centièmes de millimètre
sous les charges les plus extrêmes.
Cette pièce est réalisée en acier cémenté et coûte 15 € à
produire en grande série.
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Industrialisation
33
Coût de
production
À iso-consommation, le moteur MCE‑5 VCRi
est déjà meilleur marché à produire
Comparaison du coût de la
technologie MCE‑5 VCRi avec celui
des moteurs Diesel ou hybrides
➤➤Les moteurs Diesel
➤➤La technologie MCE‑5 VCRi
Adaptée sur de petits véhicules :
XX Réduction
de la consommation de carburant de
l’ordre de 20 %.
XX Surcoût
en production avoisinant les 350 €
par rapport à un moteur essence classique,
suralimentation incluse.
XX En
moyenne 1 000 € plus chers que les moteurs à
essence classiques d’aujourd’hui.
XX En
2015, pour respecter la norme Euro-6, le
prix des moteurs Diesel associés au système de
post-traitement [FAP (Filtre À Particules) + SCR
(Réduction Catalytique Sélective)] sera de 1 500 €
à 2 000 €.
XX Économie
de 500 € en Prix de Revient Fabrication
par rapport à un Diesel 2009.
XX Coût
d’achat supplémentaire du véhicule amorti
en 60 000 kilomètres par le consommateur final
(en remplacement d’un essence classique), et
zéro km en remplacement d’un moteur Diesel à
consommation de carburant comparable.
➤➤Les moteurs hybrides d’aujourd’hui
XX 3 000 à
5 000 € plus élevés que ceux des moteurs
à essence conventionnels selon la puissance du
véhicule.
Adaptée sur des véhicules moyens et haut de
gamme :
XX Réduction
de la consommation de carburant de
35 % ou plus selon la puissance.
XX Économie
de 800 € en Prix de Revient Fabrication
par rapport à un moteur conventionnel avec les
mêmes niveaux de performance.
34
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Coût de production
MCE-5 VCRi
Véhicules à essence
d’entrée de gamme
Véhicules Diesel
en 2015
Véhicules hybrides
Véhicules à essence
de moyen à haut de gamme
+ 500 €
0%
- 20 %
- 800 €
0%
- 2000 €
- 3000 €
- 35 %
- 5000 €
■ Réduction de
la consommation
de carburant
MCE-5 VCRi
■ Écart de coût
à la fabrication
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Coût de production
35
Une technologie
qui ne coûte pas cher
MCE‑5 VCRi : offrir le meilleur
rapport prix/performance,
prix/consommation
et performance/consommation
’automobile représente une part importante du budget
L
des ménages (12,3 % en France entre 1998 et 2006 source : INSEE). Acheter une automobile est un acte
réfléchi et lourd de conséquences pour la plupart des gens.
F
OCUS
Dans le prix de revient total d’une automobile, le moteur
doit occuper une part la plus petite possible. On attend
du moteur la meilleure efficacité énergétique possible et
la meilleure performance en agrément et en brio, pour le
moins cher possible.
Indispensable, le moteur est mal connu des utilisateurs.
Dans le meilleur des cas, le client final en connaît la
cylindrée et la puissance, souvent, il en ignore les
caractéristiques. Ceci explique qu’un même moteur
puisse être partagé par deux véhicules aussi concurrents
qu’une Mini BMW et une Peugeot 207, sans nuire à leur
image distinctive. Le moteur est un argument commercial
de deuxième ordre comparativement à la marque, au
style, à la polyvalence, au confort et aux services à bord
qu’offre le véhicule. Cependant, un moteur trop bruyant,
qui manque de brio ou qui conduit à une consommation
trop élevée peut “gâcher” un véhicule et mettre en péril
son succès et sa rentabilité.
La motorisation n’est pas un signe
distinctif majeur : des véhicules
concurrents peuvent se partager
un même moteur
Le moteur ne doit pas seulement être bon marché, il
doit également consommer peu de carburant. Ces deux
critères sont antinomiques : produire un moteur économe
en carburant coûte cher. Pour que ce moteur puisse
être amorti par les utilisateurs, il faut donc que le prix
du carburant soit suffisamment élevé. La lourde fiscalité
appliquée aux carburants en Europe a ainsi fortement
contribué à la faible consommation des véhicules
européens dont nous jouissons aujourd’hui. Aux USA au
contraire, le carburant a toujours été peu fiscalisé ce qui
n’a pas encouragé le développement de moteurs à haute
efficacité énergétique. Aujourd’hui, les USA souffrent
des conséquences de cette politique fiscale qui a rendu
leur parc automobile à la fois inadapté aux contraintes
environnementales, et sensible à toute dérive haussière
du prix de l’énergie.
En 2011, le prix du carburant ne reflète pas ce qu’il est
destiné à devenir à horizon de quelques d’années. Le
carburant n’étant pas encore assez cher, le surcoût des
motorisations à très basse consommation reste difficile
36
Atouts stratégiques de la technologie MCE-5 VCRi - Focus / Une technologie qui ne coûte pas cher
MCE-5 VCRi
F
OCUS
à rentabiliser. Pour autant, bon nombre de véhicules
vendus aujourd’hui seront encore en circulation lorsque
le prix de l’énergie augmentera drastiquement aux
alentours de 2015 ou 2020. Pour anticiper cette nouvelle
donne énergétique et éviter toute situation de crise, une
politique fiscale incitative ou dissuasive est nécessaire.
Cette politique doit tendre à “forcer” le parc de véhicules
à devenir énergétiquement plus efficace pour préparer
MCE-5 VCRi
l’avenir. Le “bonus-malus” français illustre bien cette
volonté d’orienter le marché en favorisant les ventes
de véhicules à basse consommation au détriment des
véhicules puissants. En 2008, ces mesures ont augmenté
de 44,3 % les ventes françaises de véhicules émettant
moins de 130 g CO2/km tandis qu’elles faisaient reculer
de 43 % les ventes de véhicules émettant plus de
160 g CO2/km (source : ADEME).
37
Consommation de carburant et émissions de CO2
Marque :
Modèle :
Version :
Énergie :
VOITURE
Xxx
88 ch
Essence
Consommation mixte :
Consommation
de carburant
CO2
Le CO2 (dioxyde de carbone) est
le principal gaz à effet de serre
responsable du changement climatique.
6,4l/100 km
150g/km
Émissions de CO2 faibles
Inférieures ou
égales à 100 g/km
De 101 à 120 g/km
De 121 à 140 g/km
De 141 à 160 g/km
A
Émissions de CO2 - BONUS MALUS 2010-2011 (France)
De 60 à 95 g/km
A
B
C
B
C
D
D
De 161 à 200 g/km
E
De 201 à 250 g/km
Supérieures ou égales à 250 g/km
F
D
E
F
G
Émissions de CO2 élevées
G
- 1 000 €
De 96 à 115 g/km
- 500 €
De 116 à 125 g/km
- 100 €
De 126 à 155 g/km
0€
De 156 à 160g/km
+ 200 €
De 161 à 195 g/km
+ 750 €
De 196 à 145 g/km
+ 1 600 €
De 246 à +
+ 2 600 €
F
OCUS
Le “bonus-malus” français favorise
les ventes de véhicules à basse
consommation au détriment des
véhicules puissants
Impopulaires, ces dispositions n’en sont pas moins
cruciales. 50 % du pétrole est destiné au transport
dans lequel l’automobile occupe la plus grande place.
En 2008, la facture énergétique de la France était de
58,7 milliards d’euros, ce qui équivaut à 3 % de son
PIB. Sans cette dépense, la balance commerciale de la
France serait légèrement excédentaire. Il est donc décisif
pour la France d’économiser l’énergie et notamment,
de posséder un parc automobile à haut rendement
énergétique. Tous les pays doivent mettre en œuvre cette
stratégie car réduire la consommation de pétrole limite
mécaniquement le prix du pétrole, par réduction de la
tension entre l’offre et la demande. Demain, les solutions
permettant de se passer du pétrole auront une valeur
stratégique supérieure à celle du pétrole lui-même.
La grande question reste le coût acceptable par le client
final de toute innovation visant à réduire la consommation
de son véhicule. Le rapport coût/bénéfice intervient, mais
aussi le coût absolu. Il est par exemple techniquement
possible de produire des moteurs très efficaces au plan
énergétique, cependant, ils doivent rester abordables et
rentables pour la majorité des gens. Une motorisation
trop chère se vendra difficilement et restera cantonnée à
un marché de niche. Son impact sur la réduction totale
de la consommation énergétique du parc automobile
restera faible et elle ne sera pas rentable pour le
constructeur. À ce titre, il est préférable de développer
une motorisation bon marché qui réduit de seulement
10 % la consommation de 90 % des véhicules neufs
(-9 % de réduction totale au final), que de développer une
motorisation chère qui réduit de 30 % la consommation
de seulement 10 % des véhicules neufs (-3 % de
réduction totale).
38
MCE-5 VCRi
Coût global estimé
Moteur L4
➤➤Coût réaliste après 1re
optimisation de
l’industrialisation
➤➤Coût
“à ce jour”
➤➤Commentaires
14,00 €
14,50 €
Carter de moteur
(fourni seul)
17,50 €
20,00 €
Dispositif d’engrenage
172,40 €
224,00 €
Montage piston montage bielle
0,00 €
0,00 €
Villebrequin
3,40 €
- 3,40 €
- 4,20 kg de matière par rapport
au moteur 1.4TFSi
Dispositif de pompe
hydraulique
50,00 €
75,00 €
Pompe hydraulique + Accus
Contrôle du VCR
84,00 €
102,00 €
4 vannes motorisées
+ 4 pistons de commande
+ 4 capteurs Hall
Total
334,50 €
432,10 €
Commercialiser une motorisation bon marché à haut
rendement énergétique est l’objectif prioritaire du
MCE‑5 VCRi. Le MCE‑5 VCRi réunit tous les atouts
conduisant au meilleur succès commercial : agrément,
puissance et couple élevés, confort acoustique et haute
efficacité énergétique. Avec les progrès réalisés dans
sa simplification et sa fabrication, le surcoût absolu du
MCE‑5 VCRi est en 2010 de l’ordre de 350 € en prix
de revient en fabrication pour un moteur à 4 cylindres.
Ceci se traduira par un surcoût de l’ordre de 700 € pour
le client final. Ce surcoût est compatible avec le budget
de la plupart des consommateurs. Grâce à l’efficacité
énergétique du MCE‑5 VCRi, ce surcoût est amortissable
sur un faible kilométrage (retour sur investissement rapide).
MCE-5 VCRi
OCUS
Le coût par gramme de CO2/km
économisé par le MCE‑5 VCRi est
de 3 à 10 fois inférieur à celui d’un
groupe “full” hybride
+ 7,00 kg ALU
F
Carter cylindre
Dans la plupart des cas, le surcoût du MCE‑5 VCRi sera
neutralisé dès son achat par les réductions de taxes sur
les émissions de CO2/km ou par les “bonus”. En outre,
le MCE‑5 VCRi va se substituer avantageusement à des
technologies plus complexes et plus chères. En 20152016, remplacer un Diesel par le MCE‑5 VCRi permettra
d’économiser jusqu’à 3 000 € pour le client final, à
consommation comparable voire inférieure. Le coût par
gramme de CO2/km économisé par le MCE‑5 VCRi est
déjà entre 3 et 10 fois inférieur à celui d’un groupe “full”
hybride, à consommation comparable. Dans bien des
cas, le client sortira de la concession automobile avec un
moteur moins cher et qui consomme moins. Dans le pire
des cas, sur de très petits véhicules, 70 000 km seront
nécessaires pour l’amortir.
Ces caractéristiques du MCE‑5 VCRi sont autant de
réponses aux contraintes économiques des clients finaux
et des constructeurs automobiles, et du législateur.
39
Contexte
Environnemental
et énergétique
Le XXe siècle a connu le développement
spectaculaire de l’automobile et de
l’aviation, le XXIe siècle connaît le
développement du transport routier dans
des proportions toutes aussi importantes
avec un essor de la demande en véhicules
en Chine, dans les pays d’Amérique du Sud
ou encore en Europe de l’Est.
Même si les crises économiques font
fluctuer la vente de véhicules neufs, elles
n’arrêtent pas pour autant les populations
de se déplacer. Dans un contexte de
pétrole cher et de préservation des
ressources énergétiques, répondre à
l’accroissement de la demande de mobilité
constitue un défi majeur pour le secteur du
transport.
Ceci passe principalement par l’amélioration
de l’efficacité énergétique des systèmes de
propulsion.
40
Contexte - Environnemental et énergétique
MCE-5 VCRi
Le pétrole et l’automobile
Le pétrole est abondant, d’une extraordinaire densité
énergétique (énergie contenue par kilo) et d’une grande
flexibilité d’usage. C’est une ressource qu’a créée la
nature au hasard de son évolution et sans laquelle
l’automobile n’aurait pas pu se développer au niveau que
l’on connaît.
C’est pourquoi l’automobile dépend toujours du pétrole
à plus de 98 %, qu’il s’agisse de l’essence ou du gazole.
Ceci explique également pourquoi nos automobiles sont
toujours propulsées par un moteur thermique : ce n’est
pas une volonté, c’est la conséquence de l’existence du
pétrole. Nous n’avons en effet rien trouvé de mieux pour
transformer l’énergie contenue dans le pétrole en travail
mécanique que de le brûler directement dans la chambre
de combustion d’un moteur thermique dit “à combustion
interne”.
Personne n’a jamais inventé de moteur différent qui
permette de propulser une automobile dans de meilleures
conditions fonctionnelles et économiques.
L’ère du pétrole “facile et bon marché” va
progressivement laisser la place à l’ère du pétrole “difficile
d’accès et cher” dont l’extraction deviendra de plus en
plus lente.
Avec la récession mondiale actuelle, provocant un net
fléchissement de la demande, le pétrole est aujourd’hui
aux environs de 45 $ le baril. Cette chute du cours du
baril, due en partie à la crise économique actuelle, se
soldera par une ascension vers des prix toujours plus
élevés comme nous l’avons connu durant l’été 2008.
Le problème est qu’il n’existe pas d’alternative au pétrole
qui soit généralisable pour propulser les automobiles,
hormis le gaz naturel qui est soumis aux mêmes tensions.
Ce sera donc bien aux automobiles de devenir plus
économes, afin que le coût de l’énergie ramené au
kilomètre parcouru, reste le plus faible possible le plus
longtemps possible.
Cependant, cette dépendance de l’automobile au
pétrole est source de bien des inquiétudes car les
pays industrialisés ne sont plus seuls à vouloir jouir des
avantages du pétrole.
D’autres pays se développent et passent
progressivement à une économie basée sur cette
ressource énergétique. Ceci provoque de fortes
tensions sur les marchés de l’énergie. Comme le
pétrole n’existe qu’en quantité finie dans le sous-sol
terrestre, de géostratégique, la crise pétrolière deviendra
progressivement géologique et nous allons rapidement
nous trouver dans l’impossibilité de satisfaire la demande
mondiale.
MCE-5 VCRi
Contexte - Environnemental et énergétique
41
Réglementaire et économique
La technologie MCE-5 VCRi répond aux objectifs
de réduction des émissions, dans les délais
Le MCE-5 VCRi : haute efficacité
énergétique, disponibilité à court
terme, et forte capacité à pénétrer
le marché
Les objectifs de réduction des émissions de CO2
annoncés par la plupart des grands pays industriels sont
ambitieux tant en termes de planification chronologique
que de niveaux à atteindre. Quand des objectifs sont
trop ambitieux, ils peuvent rester des vœux pieux ou
n’être atteints qu’avec de forts décalages dans le temps.
Quand ils sont irréalistes, ces objectifs peuvent générer
des résultats contraires à ceux espérés.
De nouveaux objectifs en appellent en général à
de nouvelles technologies, tandis que de nouvelles
technologies rendent possibles de nouveaux objectifs.
Dans ce contexte, la technologie MCE-5 VCRi devrait
permettre de tenir les objectifs européens et américains
de réduction des émissions de CO2 dans les conditions
techniques et économiques recherchées.
42
Contexte - Réglementaire et économique
Le sommet de Kyoto a été une
occasion pour l’ACEA de prendre
des engagements vis-à-vis de l’Union
européenne
A-t-on besoin du MCE-5 VCRi pour tenir ces objectifs ?
Oui, au même titre qu’on aura besoin de l’injection
directe d’essence, de la “variable valve actuation” ou de
la suralimentation. Même en coordonnant ces multiples
moyens, certains objectifs resteront difficiles à atteindre,
de sorte que les véhicules eux-mêmes devront être
redéfinis. Rappelons par exemple qu’en juillet 1998, suite
au protocole de Kyoto, l’Association des Constructeurs
Européens d’Automobiles s’était engagée à ramener les
émissions moyennes de CO2 par kilomètre des véhicules
neufs vendus en 2008 à 140 grammes. Ceci revenait à
réduire de 22 % les émissions de CO2 en 10 années.
Cet objectif n’a pas été atteint et la moyenne des
émissions kilométriques de CO2 n’est passée que de
179 g en 1998 à 153,5 g en 2008, soit une baisse de
14,2 %. Dans le même temps, la part de marché des
véhicules Diesel a bondi en passant de 27 % à 52,9 %.
On remarque à ce titre qu’une part non négligeable de
la réduction de CO2 des voitures particulières est due
à l’accroissement des parts de marché des véhicules
Diesel qui offrent à la base un meilleur rendement que
celui des véhicules à essence. Notons au passage que
les émissions totales de CO2 du transport européen n’ont
pas baissé pendant cette période, au contraire, elles ont
augmenté à cause de la croissance du kilométrage total
annuel parcouru par les Européens.
MCE-5 VCRi
L’objectif de l’administration Obama
de 35,5 mpg pour les véhicules
neufs vendus aux USA à l’horizon
2016 est extrêmement ambitieux
On voit ici toute la difficulté de réduire les émissions.
En effet, si les Européens n’ont pas réussi à baisser
les émissions de CO2 de leurs véhicules neufs de plus
de 1,56 % par an en moyenne entre 1998 et 2008,
comment vont-ils atteindre l’objectif de 130 g de CO2/km
en 2012, en seulement 4 années de plus, dans la
mesure où ceci représente une baisse annuelle de
2,27 % ? C’est pratiquement impossible, tout comme
est quasiment inaccessible l’objectif de l’administration
Obama de ramener à 35,5 mpg la consommation
moyenne des véhicules neufs vendus aux USA à
l’horizon 2016. Bien sûr, passer tous les véhicules en
traction hybride permettrait d’atteindre l’objectif, mais le
simple calcul arithmétique ne suffit pas : si les véhicules
à haute efficacité énergétique sont trop chers ils ne se
vendront pas, et s’ils ne se vendent pas, les émissions
moyennes de CO2 ne baisseront pas. C’est ici le principal
problème du “full” hybride : son coût trop élevé limite
drastiquement ses parts de marché. En revanche, c’est
le principal avantage de la technologie MCE-5 VCRi qui
réduit massivement la consommation en augmentant
modérément les coûts de production.
En conséquence, la technologie MCE-5 VCRi va renforcer
la crédibilité de certains objectifs, tandis qu’en retour, ces
objectifs vont rendre le marché du MCE-5 VCRi toujours
plus évident. Le prix de revient modéré du MCE-5 VCRi
va préserver les équilibres économiques de l’industrie
automobile et de ses clients. Pour cette raison, le MCE-5
VCRi va s’adresser au marché de masse : cette dernière
condition est indispensable pour que la consommation
moyenne de l’ensemble de la flotte de véhicules neufs
baisse significativement.
MCE-5 VCRi
Rappelons aussi que le MCE-5 VCRi est un moteur à
essence dépollué par catalyse 3-voies, ce qui d’un point
de vue stratégique est décisif. Prenons un exemple : en
Europe, en défiscalisant le gazole par rapport à l’essence,
on a favorisé les motorisations Diesel ce qui a permis
de réduire les émissions européennes de CO2/km.
De ce strict point de vue, la démarche était fondée,
mais regardons de plus près : la première contrepartie,
c’est que le développement du Diesel a créé des
excédents d’essence que l’Europe exporte aujourd’hui
vers les USA, la seconde contrepartie, c’est que les
Diesel posent aujourd’hui des problèmes d’émissions
de NO2 et de particules. En première conséquence,
l’Europe sous-traite en réalité une part de ses émissions
de CO2 aux Américains puisque nous raisonnons
pratiquement à “pétrole constant”. Ainsi, le bilan
planétaire des émissions de CO2 ne s’en trouve guère
amélioré : les USA brûlent les excédents d’essence
européens. En deuxième conséquence, l’Europe
se retrouve face à l’épineux problème de la dépollution
du Diesel qu’il faut arriver à maîtriser à un prix de revient
acceptable, ce qui est extrêmement difficile.
Le cas du Diesel prouve que certaines bonnes idées
peuvent comporter de lourdes contreparties et que dans
certains cas, elles peuvent même se révéler de fausses
bonnes idées. Prenons le cas des véhicules électriques :
comment connaître leur bilan CO2 réel quand on ne sait
pas si l’électricité qui les propulse est produite avec
une centrale à charbon, à gaz, ou nucléaire ? Si on se
contente de mesurer les émissions du véhicule luimême, on peut faire le jeu de systèmes de production
d’électricité fortement émetteurs de CO2 sans taxer
les véhicules qui sont responsables de ces émissions.
Qu’en est-il également du bilan CO2 global des véhicules
électriques quand on intègre la fabrication des batteries,
leur recyclage, et la mise en place des infrastructures de
production et de distribution d’électricité à usage routier ?
43
L’hybride est efficace à réduire les
émissions de CO2/km, mais pas les
émissions totales de l’automobile,
du fait de son prix élevé
44
Outre être un moteur à essence, le MCE-5 VCRi présente
un autre avantage : il est basé sur de la mécanique
classique. À ce titre, la fabrication et le recyclage en fin de
vie du MCE-5 VCRi concernent des pièces mécaniques
dont la fabrication est faiblement émettrice de CO2.
Les émissions de CO2 induites par la fabrication et le
recyclage d’une technologie sont en général assez bien
représentées par son prix de revient, or, le MCE-5 VCRi
ne coûte pas cher à fabriquer. En effet, le prix de revient
d’une motorisation reflète en grande partie le CO2 émis
lors de sa fabrication : le prix de revient traduit l’activité
économique attribuée à la fabrication d’un produit, et
cette activité est convertible en émissions de CO2. Sur ce
point, notons par exemple que le bilan CO2 global d’un
véhicule hybride est particulièrement défavorable.
de vie. En effet, certaines stratégies qui sont efficaces
pour réduire les émissions sur cycle d’homologation le
sont beaucoup moins en conditions réelles de conduite.
Par exemple, le “start & stop” - excellente stratégie au
demeurant réduit fortement la consommation sur cycle
NEDC en supprimant la consommation du véhicule arrêté
(au lieu de tourner au ralenti, le moteur est arrêté).
Ces gains ne se retrouvent pas nécessairement dans
la vraie vie car l’efficacité du “start & stop” dépend
fortement des conditions de roulage (stabilité et
fréquence de l’arrêt du véhicule), des conditions
météorologiques (la climatisation ou le chauffage
ne marchent que moteur tournant) ou du cycle réel
(avantage nul sur autoroute). Ainsi, le “start & stop”
permet d’annoncer jusqu’à 8 % d’économie de
carburant sur le NEDC (New European Driving Cycle),
malheureusement, on ne réduirait pas de 8 % les
émissions effectives de CO2 de l’automobile européenne
en l’équipant à 100 % de “start & stop” : cette stratégie
ne marche que si les véhicules sont suffisamment
souvent à l’arrêt.
Dans le futur, les émissions de CO2 des véhicules seront
calculées du puits au réservoir et du réservoir à la
roue. On ajoutera à ces émissions celles induites par la
fabrication, le recyclage et les infrastructures nécessaires
à ces véhicules. Ceci est normal : les conséquences
négatives des émissions de CO2 ne connaissent pas
de frontières. Les cycles d’homologation devraient
également évoluer pour représenter plus fidèlement
les émissions réelles des véhicules pendant leur durée
Contrairement à cette approche, le MCE-5 VCRi délivre
en permanence ses avantages, ou presque. Les seuls
points de fonctionnement où le MCE-5 VCRi n’apporte
pas d’intérêt, ce sont ceux où son taux de compression
est identique à celui des moteurs à taux de compression
fixe : ces points sont rares. En revanche, le principal
objectif du MCE-5 VCRi reste le downsizing et le
downspeeding : ces stratégies procurent un avantage
quasi permanent.
MCE-5 VCRi
MCE-5 VCRi : une fabrication
purement mécanique peu émettrice
de CO2
En conclusion, le MCE-5 VCRi propose une baisse
significative des émissions de CO2/km des véhicules,
avec de faibles niveaux d’émission de CO2 pour le
fabriquer et le recycler en fin de vie. Le MCE-5 VCRi
propose un surcroît d’efficacité énergétique dans un
contexte où les stratégies et technologies actuelles
arrivent progressivement au bout de leurs possibilités.
Du fait de son prix de revient modéré, le MCE-5 VCRi
s’adresse au marché de masse avec à la clé une forte
réduction de la consommation moyenne des véhicules
neufs. Le post-traitement des émissions polluantes du
MCE-5 VCRi est assuré au moyen d’un simple catalyseur
3-voies, solution à la fois économique et efficace.
L’efficacité du MCE-5 VCRi reste élevée quel que soit
le cycle d’utilisation des véhicules. Un dernier point : le
MCE-5 VCRi pourra être produit en grande série dès
2016-2017, atteignant ainsi des volumes de production
élevés en 2020-2025. C’est à ces échéances que
devront être atteints les objectifs les plus ambitieux de
réduction des émissions de CO2 d’origine automobile.
MCE-5 VCRi
45
Les autres technologies
Les biocarburants
Fondamentalement, nos automobiles fonctionnent
à l’énergie solaire. Le pétrole est de l’énergie solaire
stockée depuis des millions d’années que l’on trouve
dans le sous-sol terrestre, tandis que le biocarburant est
de l’énergie solaire stockée sur l’année en cours, et qui
se collecte en surface.
Principe
Le principe du biocarburant est d’utiliser les champs de
colza ou de palmier à huile comme d’immenses capteurs
solaires qui synthétisent des sucres et des graisses que
l’on peut ensuite convertir en carburant.
Impacts
➤➤Impact sur la nature
Il s’agit de leur impact principal auquel il faut veiller
afin que leur déploiement ne conduise pas à une crise
alimentaire. Le choix de la filière du “pétrole vert” au
détriment de celle visant à nourrir la population, peut
conduire à l’épuisement des terres agricoles et des
ressources en eau.
46
Contexte - Les autres technologies
➤➤Impact final des intrants agricoles sur la
stérilisation des sols et la pollution des
nappes phréatiques
Il doit être géré avec la plus grande attention, qu’il
s’agisse des pesticides ou des engrais. De plus,
les conséquences négatives de l’intensification de
la monoculture au détriment de la biodiversité et de
l’accélération de la déforestation pour libérer des terres
agricoles, restent une inquiétude de premier rang. Sauf
à être produits dans des zones désertiques – avec des
algues, par exemple – les biocarburants ne devront
constituer qu’un appoint raisonné, mélangés en de
faibles proportions aux carburants pétroliers.
En conclusion
L’usage des biocarburants en appelle à une véritable
politique de modération de la consommation, quel que
soit le prix du baril de pétrole. Plus encore qu’avec
les produits pétroliers, il sera donc nécessaire de faire
le meilleur usage possible des biocarburants, en les
consommant dans des moteurs thermiques réellement
“flexfuel” et à haute efficacité énergétique. Les moteurs à
taux de compression variable resteront seuls en mesure
de répondre pleinement à cette problématique.
MCE-5 VCRi
L’hydrogène
L’hydrogène ne se trouve pas dans la nature et
il faut le produire à partir d’une autre source d’énergie.
Il s’agit d’un vecteur d’énergie et non d’une source
d’énergie.
Principe
Qu’il soit consommé par une pile à combustible ou un
moteur thermique, le seul intérêt de l’hydrogène réside
dans la possibilité d’utiliser différentes sources d’énergie
pour le produire, qu’il s’agisse, par exemple, d’énergie
nucléaire ou d’énergies renouvelables.
Impacts
➤➤Rendement du puits à la roue
L’utilisation de l’hydrogène induit une somme
considérable de pertes d’énergie car il faut d’abord le
produire, puis le comprimer ou le cryogéniser pour le
rendre stockable, puis, le convertir en travail mécanique
que ce soit au moyen d’une pile à combustible ou d’un
moteur thermique. Le rendement total de cet ensemble
d’opérations est faible, à tel point que le recours à
l’hydrogène n’a de sens que si une source d’énergie
abondante et bon marché est disponible pour le produire,
provenant par exemple, de la fusion nucléaire.
En conclusion
Il n’est pas intéressant de convertir de l’énergie fossile
en hydrogène pour convertir ce dernier en travail dans
une pile ou un moteur thermique : le rendement est
bien meilleur en consommant directement cette énergie
fossile dans un moteur thermique classique. L’hydrogène
appliqué à l’automobile reste donc un sujet d’anticipation,
sans application significative avant le milieu du XXIe siècle,
dans le meilleur des cas.
MCE-5 VCRi
47
Les véhicules électriques
L’énergie disponible pour mouvoir un véhicule correspond
à l’énergie stockée dans son réservoir, multipliée
par le rendement du moteur et de son dispositif de
transmission. Dans le cas d’un véhicule à essence, le
réservoir de carburant contient une énorme quantité
d’énergie, mais celle-ci est transformée en travail par un
moteur thermique dont le rendement n’est en moyenne
que de l’ordre de 20 %.
Principe
À l’inverse des moteurs thermiques, un véhicule
électrique embarque peu d’énergie, exploitée par un
moteur dont le rendement est élevé, de l’ordre de 95 %.
Mais l’électricité n’est pas une source d’énergie, il faut la
produire dans une centrale électrique.
Impacts
➤➤Autonomie
Le problème des véhicules électriques, c’est qu’un kilo
de batterie contient entre 300 fois moins d’énergie qu’un
kilo d’essence pour les classiques batteries au plomb, et
60 fois moins d’énergie qu’un kilo d’essence si l’on parle
de batteries lithium-ion.
Le rapport des rendements entre moteur électrique et
moteur thermique reste toujours plus faible que le rapport
entre l’énergie stockée dans 1 kg d’essence et 1 kg de
batteries. Dans ces conditions, il est impossible d’assurer
une autonomie à un véhicule électrique comparable à
celle d’un véhicule à essence.
En effet, pour un véhicule qui nécessite 15 kW de
puissance, lorsqu’il roule à 120 km/h, 100 kg de batteries
au plomb vont lui permettre de parcourir 32 km, tandis
que 100 kg de batteries lithium-ion vont lui permettre
d’en parcourir 135. Il faut mettre cela en face des
véhicules à moteur thermique, qui avec seulement
44 kg d’essence (60 litres), vont pouvoir parcourir
840 km, tous rendements pris en compte.
➤➤Rendement et émissions de CO2
Concernant les émissions de CO2, les véhicules
électriques n’apportent pas de gain significatif par rapport
aux véhicules à moteur thermique si l’énergie primaire
utilisée pour produire l’électricité stockée dans leurs
batteries est d’origine fossile (charbon, gaz ou pétrole),
ce qui est le cas pour 66 % de l’électricité produite dans
le monde.
48
Rappelons que la Chine, pays fortement promoteur de
la voiture électrique, produit 80 % de son électricité avec
du charbon. Ceci explique notamment que c’est la part
du charbon qui augmente le plus rapidement dans la
production mondiale d’électricité, car c’est une ressource
accessible et abondante pour divers pays émergents à
forte croissance : tous les sept à dix jours, une nouvelle
centrale au charbon ouvre ses portes quelque part
en Chine (source : Courrier International). Selon cette
tendance, les véhicules électriques auront toutes les
raisons d’être principalement appelés “véhicules à
charbon”. En ce cas, le bilan CO2 final des véhicules
électriques ne serait guère plus avantageux que celui
proposé par les moteurs thermiques. Pour bénéficier
d’un bilan CO2 avantageux, il est donc nécessaire que
l’électricité soit produite au minimum avec des centrales à
gaz, idéalement avec des centrales nucléaires comme en
France, ou avec des énergies renouvelables.
L’enjeu est donc de produire l’électricité destinée aux
véhicules électriques avec de l’énergie nucléaire ou
renouvelable, pour leur donner un intérêt supplémentaire.
En conclusion
Le véhicule électrique n’a d’avenir qu’en usage
strictement urbain, là où peu de puissance est
nécessaire, où les distances parcourues restent limitées,
et où il est avantageux de n’émettre aucun polluant.
Le problème reste la perte de la polyvalence et de
l’autonomie des véhicules, ce qui les cantonne à un
marché de niche.
Cette solution n’est malheureusement pas prête à
s’adresser au marché de masse, à cause du stockage
d’énergie par batterie qui reste problématique.
Les batteries sont chères et contiennent trop peu
d’énergie : environ 60 fois moins par kg que l’essence
pour les meilleures batteries lithium-ion. Ceci limite
l’autonomie des véhicules électriques et porte le prix
du kWh disponible à la roue à des niveaux trop élevés.
La France est un pays qui taxe fortement l’essence et qui
produit une électricité parmi les moins chères du monde.
Même dans ce contexte favorable, le prix du kWh délivré
à la roue pour le client final par un système de traction
électrique est de 3 à 6 fois plus élevé que celui délivré par
un moteur thermique malgré le piètre rendement de ce
dernier (20 % en moyenne). Ce rapport varie selon que
l’on prend 500 cycles de charge-décharge ou 1 000 pour
des batteries lithium-ion (le nombre de cycles dépend de
nombreux facteurs tels que la rapidité de charge ou le
taux de charge).
MCE-5 VCRi
MCE-5 VCRi
49
Les véhicules hybrides
À l’utilisation, les véhicules hybrides émettent nettement
moins de CO2 par kilomètre que les véhicules ordinaires.
Principe
L’hybridation est un moyen de gérer le mauvais
rendement à faibles charges des moteurs thermiques,
en évitant de les utiliser sur leurs plus mauvais points de
fonctionnement.
Impacts
➤➤Émissions de CO2 supplémentaires
induites par la complexification de la
fabrication
Si on établit le bilan des émissions de CO2 induites par
la fabrication, l’entretien et le démantèlement en fin de
vie des véhicules hybrides, diverses études démontrent
que rapporté aux performances et au kilomètre parcouru,
ces véhicules émettraient finalement plus de CO2
que la plupart des véhicules classiques (cf. étude du
CNWMarketing Research - avril 2007).
➤➤Surcoût de fabrication,
augmentation du prix de vente
hybrides en fait des véhicules chers de sorte que leur
pénétration du marché reste faible. Ceci limite leur
possible impact sur les émissions globales de gaz à effet
de serre (les véhicules hybrides représentaient 0,1 % des
ventes européennes en 2005).
Pour diminuer le prix de revient des hybrides, des progrès
restent à faire sur les batteries, les moteurs électriques
et l’électronique de puissance, c’est-à-dire sur des
composants sur lesquels l’industrie travaille depuis
plusieurs décennies. Ceci réduit les probabilités d’un
saut technologique significatif à court terme permettant
d’atteindre les objectifs.
En conclusion
L’hybridation n’apporterait rien à un moteur thermique
qui aurait un rendement constant sur toute sa plage
d’utilisation, sauf à permettre de récupérer une part de
l’énergie cinétique du véhicule ordinairement perdue au
freinage. Plus le rendement d’un moteur thermique est
constant, plus le bénéfice de l’hybride est faible.
La démarche la plus pertinente est d’améliorer le
rendement des moteurs thermiques là où il est le plus
mauvais, de sorte à se passer de l’hybride.
Compris entre 3 000 et 6 000 € en fonction de leur
puissance, le surcoût de fabrication des véhicules
50
MCE-5 VCRi
L’injection directe d’essence
Les moteurs à essence n’ont pas connu de
métamorphose radicale ces dernières années, comme
l’ont connue les moteurs Diesel avec l’injection directe.
Cependant, l’injection directe est aujourd’hui appliquée
à l’essence avec succès, mais l’utilisation qui en est faite
est finalement différente de celle qui a été envisagée
initialement.
Impacts
➤➤Réduction de la cylindrée
iso-performance (downsizing)
Cette stratégie s’avère très efficace à réduire la
consommation de carburant.
➤➤Post-traitement problématique et
coûteux des NOx en milieu oxydant
(GDI stratifié seulement)
Il s’agit du principal problème des moteurs Diesel qui en
ont fait une stratégie peu payante.
En conclusion
Le GDI (Injection directe d’essence) reste un compromis.
À ce jour, la meilleure solution sera de coupler l’injection
directe et le taux de compression variable. Cette
association permet de concevoir des moteurs sans
se préoccuper de trouver, comme aujourd’hui, un
compromis acceptable entre le taux de downsizing et
le taux de compression. Ceci permet aux moteurs à
essence de délivrer un couple à bas régimes le plus élevé
possible, avec un niveau de puissance et de rendement
énergétique maximal. Les moteurs MCE-5 VCRi sont
aujourd’hui aussi développés en injection directe
d’essence (GDI).
Principe
Dans un premier temps, on a tenté d’utiliser l’injection
directe pour “diéséliser” les moteurs à essence. L’idée
était de réaliser un mélange extrêmement pauvre selon
la stratégie de la charge stratifiée, de sorte qu’il reste
possible d’en déclencher la combustion avec une
étincelle. L’objectif était de bénéficier de l’avantage des
Diesel qui – comme ils fonctionnent en excès d’air – ne
présentent pas les pertes par pompage des moteurs à
essence.
L’injection directe d’essence trouve toutefois tout son
intérêt lorsqu’elle est couplée à la suralimentation.
Elle permet de fortement réduire la cylindrée des moteurs
afin d’en réduire la consommation suivant la stratégie
du “downsizing”, mais sans pour autant en réduire trop
fortement le taux de compression, ce qui augmenterait
à nouveau la consommation.
MCE-5 VCRi
Le MCE‑5 VCRi existe en version MPFI et en version GDI.
En prototype, la chambre comporte un capteur de pression
en plus de l’injecteur.
51
Les programmes
de Recherche
& Développement
Depuis janvier 2000,
conduit le projet MCE-5 VCRi
via différents programmes de
Recherche & Développement.
Parmi ses partenaires,
figurent un constructeur automobile,
divers laboratoires de développements
moteurs et des fournisseurs de rang 1
de l’industrie automobile.
Les programmes de R&D, initialement
orientés sur la validation du principe
MCE‑5 VCRi, ont débouché sur
l’amélioration des composants innovants
étape par étape, l’identification et la mise
en œuvre de leurs procédés de fabrication
en grande série. Aujourd’hui, les moteurs
multicylindres proches de leur définition
finale ont été intégrés dans des véhicules
démonstrateurs.
L’ensemble des programmes de R&D
est soutenu, à hauteur de 26 %, par les
partenaires institutionnels français et
européens.
52
MCE-5 VCRi
Titre du
programme R&D
Date
Début
Durée
Avril 2009
24 mois
Objectifs
NEXTEP
New EXperiments and
Tests to Extended SI
engines Performance
Combinaison du GDI (injection directe d’essence) et du
VCR sur base moteur MCE-5 VCRi.
Phase 2 (FLOWER II) : Développement de fonctions
spécifiques VCRi.
Juillet 2008
24 mois
XX Passage d’une simple suralimentation à une suralimentation à deux
étages et mise au point associée.
XX Étude et implémentation des fonctions hydrauliques du moteur.
XX Implémentation d’une commande VCR indépendante cylindre-à-
FLOWER I et II
cylindre.
Phase 1 (FLOWER) : Développement dans des démocars
(véhicules démonstrateurs).
FLexible and Operational
vehicles for automotive
Wide-scale Emissions
Reduction
XX Optimisation de certains composants innovants du MCE-5 VCRi.
XX Conception et réalisation d’un moteur 4 cylindres 1,5 litre VCR de type
Mars 2007
36 mois
MCE-5.
XX Développement de divers périphériques du moteur hors périmètre
innovant.
XX Essais au banc moteur et validations.
XX Implantation des moteurs MCE‑5 VCRi dans des véhicules
démonstrateurs.
Industrialisation de l’engrenage MCE-5 VCRi.
Programme pour la
production en grande
série
XX Mise en place de partenariats avec divers industriels.
2005
72 mois
XX Optimisation du couple produit-process : adaptation et mise au point
du forgeage de haute précision (Netshape), choix des matériaux,
gammes d’usinage, finition par usinage électrochimique de précision.
XX Quantification des temps de cycles et de la productivité, identification
des coûts, investissements, prix de revient des pièces finies.
IMPACT
Investigations pour
la Maîtrise de la
consommation et de la
Pollution Automobile par
le Contrôle du Taux de
compression
Étude de faisabilité
Validation du dispositif
de transmission par
engrenage
Réalisation d’un prototype de deuxième génération et
pré-étude d’industrialisation.
2003
36 mois
XX Amélioration des composants innovants.
XX Mesures et optimisation des pertes par frottement.
XX Identification des procédés de production en grande série.
XX Analyse des coûts.
Validation de la faisabilité et de l’efficacité de la
technologie MCE-5 VCRi.
Septembre
2000
42 mois
XX Faisabilité du prototype monocylindre.
XX Étude du système d’engrenage et de ses principales caractéristiques
géométriques et dimensionnelles.
XX Émissions acoustiques et tenue en endurance.
MCE-5 VCRi
53
Les partenaires de
Dès sa création, la société MCE-5
DEVELOPMENT s’est engagée dans une
politique soutenue de partenariats avec
des acteurs de référence de l’industrie
automobile afin de développer le projet
MCE-5 VCRi.
En outre, le MCE-5 VCRi fait l’objet d’une
succession de programmes de Recherche
et de Développement aidés par les pouvoirs
publics.
54
Les partenaires de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.
MCE-5 VCRi
Partenaires techniques et industriels
Dès sa création, MCE-5 DEVELOPMENT S.A. s’engage
dans une politique soutenue de partenariats avec des
acteurs de référence de l’industrie automobile afin de
développer le projet MCE-5 VCRi.
Aujourd’hui ce sont plus de 60 entreprises françaises
et européennes, parmi lesquelles figurent des majors
de l’industrie européenne, fournisseurs de rang 1 de
l’industrie automobile, qui unissent leurs talents pour
proposer un programme, afin de développer et produire
le MCE-5 VCRi à horizon de 6 à 8 années.
MCE-5 VCRi
Outre le caractère purement technologique ou industriel
de certains des partenariats avec des acteurs de
référence, l’implication des partenaires peut également
prendre la forme d’une présentation conjointe entre
MCE-5 DEVELOPMENT S.A. et un ou plusieurs de ses
partenaires, de demandes de financements auprès
d’organismes publics.
Les partenaires de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.
55
– www.nouvelr.com – Crédit photos : MCE-5 DEVELOPMENT, Fotolia, nouvel’R – juin 2011
Immeuble Le Danica
21 avenue Georges Pompidou
F-69486 Lyon CEDEX 03
Tél. +33 (0)4 78 39 40 27
Fax +33 (0)4 78 30 95 38
www.vcr-i.com

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