Automobile hybride électrique

Pour les articles homonymes, voir Propulsion hybride et Véhicule hybride.

Une automobile hybride électrique est une automobile faisant appel à deux stockages d'énergie embarqués distincts pour se mouvoir, dont l'un de nature électrique^[1].

Si un système type automobile a une source non-embarquée, donc raccordée électriquement à une source extérieure (comme un tramway, réseau électrique aérien ou enterré), on parle alors plutôt de véhicule à traction-électrique avec propulsion secondaire.

La contraction « voiture-hybride » désigne quasiment toujours l'association moteur thermique et véhicule électrique. La nature réversible de la partie motrice électrique est maintenant quasi sous-entendue (récupération par recharge de batterie d'accumulateurs ou de supercondensateurs) c'est-à-dire la récupération de l'énergie cinétique par freinage électrique (système réversible pouvant être générateur).

La Toyota Prius est une automobile hybride essence-électricité, équipée du système HSD.

Véhicule Osmoz hybride de compétition

Familles de véhicules hybrides

Il faut distinguer quelques familles d'hybrides différentes que l'on peut classer suivant :

• La proportion d'énergie secondaire disponible.
• Le type de technologie secondaire.
• La durée de l'intervention du système secondaire (régime transitoire ou permanent).
• La cogénération-motrice simultanée ou séquentielle.

D'autres technologies d'hybridations apparaissent :

• avec pile à combustible.
• avec énergie latente de compression-détente de gaz.
• avec volant d'inertie.

Principe de fonctionnement

Le principe général de fonctionnement consiste à combiner un moteur électrique (souvent réversible en générateur) avec un moteur thermique pour propulser un véhicule.

Système full hybrid parallèle » ; ENG=moteur thermique (engine) ; Clutch=embrayage ; MOT=moteur électrique ; PE= électronique de commande ; BATT=batterie ; TX=transmission

Les différentes phases de fonctionnement :

• lorsque le véhicule est immobile, les deux moteurs sont à l'arrêt ;
• au démarrage, c'est souvent le moteur électrique qui assure la mise en mouvement de la voiture, jusqu'à une vitesse de l'ordre de 50 km/h, systèmes start and go ;
• lorsqu'une vitesse plus élevée est atteinte ou qu'une accélération forte est demandée, le moteur thermique prend le relais pour remplacer progressivement le moteur électrique ;
• en cas de très forte accélération, les deux moteurs fonctionnent simultanément, ce qui permet une accélération supérieure ;
• en phase de décélération, de descente ou de freinage, une part de l'énergie cinétique est transformée par le moteur/générateur en électricité pour recharger les batteries, assurant ainsi un rôle de frein moteur accru et soulageant les freins mécaniques.

La gestion de l'ensemble est en général confiée à l'électronique embarquée qui tient compte de l'état de charge de la batterie, de la température du moteur thermique et de celle du catalyseur, des besoins en chauffage et en climatisation et de la pression sur les pédales d'accélérateur et de frein. La récupération d'énergie au freinage n'est pas disponible sur tous les véhicules hybrides.

Niveaux d'hybridation

On classe les véhicules hybrides en fonction de l'importance de la partie électrique et de la façon dont elle est combinée avec le moteur thermique. La nomenclature varie selon les sources et les constructeurs ; la plus utilisée est d'origine américaine.

• Le mild hybrid est le niveau d'hybridation minimal. Sauf à l'arrêt, le moteur thermique tourne en permanence. Le moteur électrique récupère l'énergie cinétique (pendant un freinage ou une descente, le moteur électrique fonctionne alors en générateur et fournit un couple résistant s'ajoutant au frein moteur). L'énergie récupérée est stockée dans des batteries ou des super-condensateurs et fournit un appoint de puissance pour aider les reprises. Ce système est appelé Urban Hybrid chez PSA (concept-car C5 Airscape), c'est un stop and start aux fonctionnalités élargies. Des technologies comparables existent chez BMW ou encore Ford. Un système analogue, le SREC est utilisé en compétition automobile, notamment en Formule 1. Ce niveau d'hybridation correspond à des puissances de 8 à 15 kW^[2].
• Le full hybrid est la formule la plus répandue. La voiture peut être entraînée par chaque moteur séparément ou par les deux moteurs ensemble. Cela nécessite donc des puissances supérieures à 20 kW^[2]. Une gestion de la transmission complexe permet toutes les combinaisons. Le pourcentage d'utilisation du moteur électrique dépend de la capacité de la batterie, dont la charge est effectuée en roulant par le moteur thermique et par l'énergie cinétique récupérée.
• L'hybride rechargeable, ou plug-in hybrid, est un véhicule hybride qui peut se recharger sur le réseau électrique, ce qui permet de l'utiliser en mode tout électrique pour les petits trajets. La configuration peut être série ou parallèle. Ainsi les Chevrolet Volt et Opel Ampera, premières utilisatrices de ce système, permettent à leurs utilisateurs de rouler jusqu'à 60 km par jour sans utiliser d'essence, en rechargeant les batteries la nuit. Le moteur thermique est mis en route lorsque les batteries sont épuisées ou au-delà d'une certaine vitesse, allouant jusqu'à 600 km d'autonomie au total sur les Volt et Ampera.

Disposition mécanique

Hybride série

C'est le moteur électrique qui entraîne le véhicule, le moteur thermique entraîne une génératrice qui recharge les batteries ; le moteur thermique n'est pas relié aux roues et peut tourner à son régime optimal (de meilleure consommation spécifique). De plus, il y a moins de pertes mécaniques dans la transmission. Des batteries d'accumulateurs ou des supercondensateurs permettent de stocker l'énergie et de rouler en « tout électrique ». Le freinage est, bien sûr, régénératif. Les camionnettes VTrux de Via Motors, fondé par le « père » de la Chevrolet Volt, ex-président de GM, Robert A. Lutz, fonctionnent ainsi^[3]. La Chevrolet Volt (véhicule issu d'un concept-car dont la commercialisation a débuté en décembre 2010 aux États-Unis^[4]) est une hybride 4-modes qui fonctionne la plupart du temps en mode série^[5].

Hybride parallèle

Les deux moteurs sont reliés à la transmission. Les mouvements des moteurs thermique et électrique sont raccordés au même arbre. Exemples, la Honda Insight et le prototype hybride HDi de PSA.

Hybride série-parallèle

Combinaison complexe des deux solutions. Les mouvements des moteurs thermique et électriques sont combinés de manière plus élaborée avec un train épicycloïdal qui permet des vitesses de rotation différentes pour les moteurs. Par exemple les Toyota Prius, Yaris HSD et Auris HSD, Nissan Altima Hybrid, Lexus Rx400h, GS450h, LS600h utilisent des variantes de ce principe (système Hybrid Synergy Drive).

Concept particulier

Il existe un concept particulier de véhicule hybride intégral qui consiste à utiliser un moteur thermique classique sur les roues avant et un (ou deux) moteur électrique sur les roues arrière. On dispose ainsi de quatre roues motrices sans la complication de la transmission mécanique. Le concept-car Citroën C-Metisse utilisait ce principe ainsi que les Peugeot 3008 Hybrid4^[6] et Peugeot 508 RXH hybride^[7] (commercialisées depuis début 2012). Le premier véhicule à utiliser ce principe en série faisait encore plus compliqué, puisque le Lexus RX400h combinait un groupe hybride entrainant les roues avant (système Toyota HSD série-parallèle) avec un moteur électrique entrainant les roues arrière^[8].

Tout véhicule à moteur thermique peut être équipé d'une coupure automatique du moteur thermique lorsque le véhicule s'immobilise, réduisant ainsi sensiblement la consommation. Sur les modèles non hybrides, l'alternateur et le démarreur d'une voiture classique sont remplacés par un alterno-démarreur, un moteur électrique réversible. Bien que parfois présentés sous le terme de micro-hybride, le moteur électrique ne peut être utilisé pour le déplacement du véhicule, faute d'une puissance et d'une autonomie suffisante. Ces techniques peuvent cependant permettre une optimisation du fonctionnement du groupe propulseur ou des accessoires électriques, voire être associées à de la récupération de l'énergie cinétique. L'appartenance de ces véhicules à la famille des hybrides fait débat^[9].

Histoire

XIX^e siècle

Dès 1894, Paul Pouchain, un inventeur armentiérois (région Nord/Pas de Calais), avait conçu une voiture qui avait un moteur à essence sous le capot et des moteurs électriques^[10]. Une autre automobile de ce type est présentée en 1899 par les Établissements Pieper (de), de Liège^[11]. Étonnamment similaire dans ses caractéristiques aux hybrides modernes, elle utilise un moteur à pétrole de 3,5 ch qui entraîne directement les roues. Sur l'arbre de transmission, en amont d'une boîte de vitesses à engrenages à deux rapports avec embrayage, est intercalée une dynamo réversible, selon le principe de l'hybride parallèle. Le moteur fonctionne toujours à pleine charge, et la dynamo permet la charge d'accumulateurs, pour un poids de seulement 25 kg. Si la tension de la dynamo devient inférieure à celle de la batterie, celle-ci se décharge et la puissance de l'ensemble moteur-dynamo peut alors atteindre 6 ch.

XX^e siècle

Plusieurs constructeurs se lancent, pendant la première décennie du vingtième siècle, dans ce qui est alors appelé l'automobile mixte, ou pétroléo-électrique, dont la Lohner-Porsche (en)^[12] mixte, créée par Ferdinand Porsche en 1900 pour Ludwig Lohner (de) ou les Auto Mixte fabriquées sous la marque GEM par Léonce Girardot. Aucun de ces coûteux modèles ne rencontrant le succès, la technologie disparaît avec la Première Guerre mondiale.

Il faut attendre plus de 80 ans avant la mise sur le marché, en grande série, de la Toyota Prius, fin 1997 au Japon, dans une version commercialisée uniquement dans l'archipel. La troisième version de la Prius (modèle NHW20) a reçu le titre européen de voiture de l'année en 2005.

Le coupé deux-places Honda Insight sorti en 1999 a été exporté aux États-Unis et dans quelques autres pays mais pas en France. Sans approcher le succès de la Prius, Honda commercialise depuis plusieurs années une version hybride dite IMA de la Honda Civic et un modèle spécifique, l'Insight.

XXI^e siècle

En 2007, Toyota remporte avec sa Camry Hybride plusieurs prix d'importance dans le monde automobile, l'Association des journalistes automobiles du Canada ayant octroyé à la Camry Hybride 2007 les titres de voiture canadienne de l'année et de meilleure voiture familiale de plus de 30 000 $ CAN et l’association canadienne des automobilistes le prix Pyramide 2007 CAA pour des initiatives environnementales.

En 2008, Toyota a vendu un million d'exemplaires de sa Prius. Lexus, la marque haut de gamme de Toyota, commercialise des berlines et un 4x4 hybride, le RX400h, qui rencontre un certain succès malgré son prix.

D'autres constructeurs ont également vendu des modèles hybrides, mais avec des parts de marché marginales (Mazda, General Motors, Renault...). En France, Renault a produit quelques milliers de Kangoo hybrides^[13].

Prospective

Le constructeur japonais Toyota prévoit de rayer les moteurs à combustion traditionnels de sa gamme d'ici 2050, alors qu'ils représentaient encore 86 % de ses ventes en 2014. Dans son plan de réduction des émissions de CO₂ publié en octobre 2015, il annonce qu'en 2050, les émissions moyennes de CO₂ de ses nouveaux véhicules seront réduites de 90 % par rapport à celles de 2010. D'ici 2020, il espère atteindre un volume cumulé de 15 millions de modèles hybrides dans le monde, et être en mesure de vendre à cette date au moins 30 000 véhicules alimentés par une pile à combustible par an^[14].

Statistiques de ventes

En 2013, les ventes de voitures hybrides ont connu une forte progression en France, selon des chiffres publiés le 7/01/2014 par l'association Avere : elles ont quasiment doublé, atteignant 41 389 unités sur un peu moins de 1,8 million de voitures neuves écoulées dans l'Hexagone, soit 2,3 % du marché, dont 28 676 dotés d'une motorisation essence-électrique, principalement des Toyota japonaises, et 12 713 équipés d'une motorisation diesel-électrique (Peugeot et Citroën surtout, mais aussi Mercedes, Volvo...). « La France reste le leader des ventes de véhicules électriques et hybrides en Europe », selon cette association pour la promotion de véhicules propres, devant la Norvège et l'Allemagne ; elle prévoit qu'en 2020, le parc roulant des électriques et hybrides (voitures particulières et véhicules utilitaires légers) en France dépassera les 800 000 véhicules^[15].

Sur les neuf premiers mois de 2015, les ventes de voitures hybrides en France ont progressé de 41 %, à 43 554 unités, et celles d'hybrides rechargeables ont triplé mais restent faibles : 3 571 unités^[16].

Solutions actuelles

Crise du pétrole et contrainte écologique obligent, de nombreux constructeurs automobiles ont annoncé des programmes de recherche importants dans ce domaine, notamment General Motors, qui s'associe dans ce domaine avec Mercedes et BMW, Ford ayant acquis la technologie de Toyota de première génération, et plus récemment PSA qui s'est associé à divers grands équipementiers pour réaliser la première voiture hybride diesel-électrique, dans le cadre d'un important programme de développement soutenu par l'Agence pour l'Innovation Industrielle. À retenir que depuis mars 2003 Toyota commercialise une version hybride-diesel de son utilitaire, le Toyota Dyna^[17]

Incitations financières

Au Canada, un remboursement en espèces sur plusieurs modèles éco-énergétiques a existé au niveau fédéral du 20 mars 2007 au 1^er janvier 2009.

En France, un bonus-malus écologique d'au moins 2 000 euros est accordé depuis début 2008 pour l'achat de la plupart des véhicules hybrides. Ce bonus avait été porté à 4 000 euros pour les véhicules hybrides rechargeables en 2015, mais le projet de loi de finances 2016 prévoit de ramener ces bonus à 1 000 euros pour les hybrides rechargeables et 750 euros pour les hybrides non rechargeables. La motivation de cette baisse est budgétaire : les volumes de ventes de voitures électriques augmentent, le gouvernement souhaite donc faire évoluer le barème pour diminuer le coût de ces subventions ; en outre, l'hybride devient une technologie plus mature, elle a donc moins besoin du soutien de la puissance publique^[16].

Avantages

Ce type de motorisation diminue de 10 à 30 % la consommation des véhicules suivant l'utilisation (la conduite urbaine offrant les plus grands gains et la conduite autoroutière les plus faibles) et permet également de limiter les émissions polluantes proportionnelles à la consommation de carburant. La motorisation hybride est donc particulièrement intéressante pour les taxis et elle commence à être appliquée aux autobus et camions aux États-Unis, en Europe et au Japon. Le gain de carburant estimé pour une hybridation totale est d'environ 25%^[18].

Les automobiles hybrides actuelles tirant essentiellement leur énergie d'un carburant, on ne doit pas comparer leur performance et leur autonomie aux véhicules électriques : il s'agit simplement d'une motorisation thermique optimisant l'usage de l'énergie. L'hybridation est à l'origine d'importants progrès dans les années 2000, permettant à des véhicules hybrides à essence de présenter un bilan en termes d'émissions de polluants meilleur que celui des véhicules diesel, similaire en termes de CO₂ mais avec moins d'émissions de polluants aériens^[19].

Inconvénients

Les accumulateurs électrochimiques de ces véhicules n'auraient pas une durée de vie aussi longue que le véhicule lui-même : il faudrait donc changer ceux-ci une ou plusieurs fois avant le recyclage total du véhicule, ce qui entraînerait un surcoût de maintenance et une obligation importante de recyclage pour le fabricant. Cependant, des marques proposant les systèmes hybrides garantissent spécifiquement le système hybride dont la batterie (8 ans ou 160 000 km pour la Prius en France, 8 ans et kilométrage illimité pour la Honda Civic IMA).

Critiques

Certains constructeurs^{[Lesquels ?]} ont avancé le fait que l'économie en carburant occasionnée par la technique hybride pour des véhicules à essence était proche de celle du passage de l'essence au gazole, et qu'elle n'était donc pas intéressante pour eux sur les marchés ayant fait le choix d'un fort taux d'utilisation de moteurs diesel comme l'Europe. Ce discours occulte l'impact supérieur des émissions de NO_X et de particules fines de carbone des moteurs diesel. Certains fabricants européens comme PSA ont commercialisé des hybrides diesel, dans le but d'obtenir des émissions de CO₂ encore inférieures.

Enfin, d'autres critiques^{[Lesquels ?]} notent que certains 4x4 bien qu'hybrides (Lexus...) restent néanmoins plus énergivores^{[Combien ?]} comparés à des berlines, mais bien moins toutefois que des 4x4 essence non hybrides.

Selon Patrick Coroller, directeur Air et Transport de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME), une institution française dépendante du ministère de l'écologie, « les solutions hybrides ne sont pas pertinentes et ne soutiennent pas la comparaison par rapport aux dernières générations de véhicules purement électriques utilisant des batteries à haute capacité de stockage »^[20]. Toujours selon lui, « les solutions d'hybride essence et à plus forte raison Diesel ne seraient pas adaptées aux marchés des prochaines décennies et sur un plan environnemental, seule la voie de l'hybride rechargeable mérite un soutien à condition de maintenir une origine très majoritairement non polluante de l'électricité » (c'est la voie choisie pour la Toyota Prius III, par exemple). L'avantage des hybrides sur l'électrique pur est leur autonomie non limitée par les batteries, qui les rend utilisables sur de plus longs trajets sans avoir à se préoccuper de la recharge des batteries (même à vitesse élevée, sur autoroute par exemple).

On peut aussi souligner le problème du recyclage des batteries posés par les solutions purement électrique ou hybride, ainsi que le problème des ressources (en particulier la disponibilité du lithium utilisé dans les batteries de type Lithium-Ion) qui se poserait si le nombre de véhicules devait être très élevé : près de 14 millions de véhicules de tous types se vendent chaque année dans la Communauté Européenne^[pas clair].^{[réf. nécessaire]}

D'autre part, le véhicule entièrement électrique nécessite une capacité de batterie plus importante que sur un véhicule hybride à autonomie équivalente. Le véhicule tout-électrique augmente l'importance de ces deux problèmes de batteries, et les rend sensibles plus tôt, comparativement aux véhicules hybrides et en supposant un même taux de pénétration du marché (et encore plus et plus tôt avec le raisonnement de l'ADEME qui exclut l'hybride du marché). Le problème du coût et de l'impact des batteries sur l'environnement est aujourd'hui le frein majeur de la diffusion massive (au niveau d'une population) de véhicules tout-électrique, et dans une moindre mesure pour l'hybride.^{[réf. nécessaire]}

Liste d'automobiles hybrides électriques

Notes et références

Annexes

Articles connexes

Liens externes

• Voitures hybrides - Les voitures hybrides actuellement disponibles en France - Avem.fr
• Le Mercedes-Benz Sprinter en propulsion hybride. Le Diesel combiné à l’électricité - Clean-auto.com, le 25 août 2004
• Véhicules hybrides: la voie de la raison - Flottes Automobiles, 28 février 2013

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