19/12/2022
Retour sur les innovations et évolutions technologiques de 2022
Utilitaire léger à pile à combustible commercialisé par Stellantis
Si la transition énergétique via l’électrification des véhicules est désormais engagée, les concepteurs automobile se sont particulièrement intéressés en 2022 à une solution en cours de maturité : la propulsion à hydrogène.
L’hydrogène stocké sous 700 bars offre l'avantage d’embarquer une plus grande quantité d'énergie que la batterie : 11,3 MJ/kg et 6,7 MJ/l, contre en moyenne 0,7 MJ/kg et 2,2 MJ/l pour une batterie lithium-ion. L’hydrogène devant évidemment être obtenu sans émissions de carbone, l'électrolyse de l'eau est la principale voie industrielle et les projets d’installation sont nombreux dans le monde.
La chaîne cinématique de référence consiste à produire l’électricité à partir d’une pile à combustible et d’alimenter un moteur électrique. Avec un rendement de la pile de 60 % à mi-charge, nécessitant l’apport d’une batterie pour les charges extrêmes basses et hautes, un véhicule lourd – et non une berline – peut ainsi doubler son autonomie par rapport à celle d’un à batterie, mais la consommation électrique, comptabilisant l’ensemble des étapes énergétiques, est trois fois supérieure.
Contrairement à l’activité de la batterie, l'Europe et particulièrement la France ont su se positionner dans cette nouvelle industrie, avec de grands leaders tels que Plastic Omnium, Faurecia et Symbio, ainsi qu’avec de nombreux spécialistes en matériaux (ex. : CETIM) et composants. La commercialisation des premiers véhicules européens par Stellantis et Hyvia/Renault a été lancée en 2022 dans le segment des véhicules utilitaires légers.
Le déploiement des voitures à batterie étant en forte accélération, et celui des poids lourds à batterie amorcé, les concepteurs portent leur attention sur des optimisations dans de multiples domaines : rendement du moteur particulièrement à régime élevé pour les usages sur autoroute, rendement des onduleurs, récupération de la chaleur pour l’habitacle, charge rapide (refroidissement et chimie des batteries, 800 V), batteries haute densité pour les segments supérieurs (taux élevé de nickel) et économiques pour les premiers segments (potentiellement chimie LFP). Quant à la production des batteries, l'Europe tente de rattraper son retard et de nombreux projets industriels voient le jour.
Dans le secteurs des véhicules hybrides, quelques projets travaillent sur l’implémentation d’un moteur électrique à flux axial.
Le 3-cylindres du Renault Austral E-Tech hybride, intégrant cycle Miller élevé et fort taux d’EGR, offre un rendement maxi de 41,5 %
Revenons encore à l’hydrogène décarboné : une voie parallèle réside à le brûler dans un moteur thermique, permettant de proposer, contrairement à la pile à combustible, un propulseur mature, fiable dans le temps et économique. Cette solution intéresse le monde du poids lourd, ainsi que celui de la compétition automobile. Le premier cible un montage économique en rétrofit (injection indirecte) ou un rendement supérieur à 45 % en première monte (injection directe, EGR, lambda > 2, suralimentation élevée). En dépit de comportements de combustion encore mal connus sous ces conditions, le second vise une puissance spécifique élevée devant atteindre dans un premier temps 150 kW/l (injection directe, suralimentation élevée, injection d'eau). Ce secteur s’intéresse également à la combustion de carburants de synthèse.
Focalisés sur la baisse des émissions de carbone, les nouveaux moteurs à essence intègrent tous des valeurs accrues de millérisation (via la loi de levée de soupapes), d’EGR refroidi et de turbulences « tumble ». L’introduction de la norme Euro 7 n’engendre pas de difficultés techniques majeures, mais accroît fortement le coût de fabrication des GMP.
Supercalculateurs dans une architecture centralisée du projet FACE développé par CEA List et Renault
Les innovations précédemment décrites, et celles ci-après, ne peuvent être déployées qu’avec le recours de l’électronique. Les véhicules devant en outre proposer plus de services, d’écrans, de connectivité, de mises à jour à distance et de protection contre le risque de hacking, le développement d’une nouvelle architecture électrique/électronique (E/E) permettant un « Véhicule défini par logiciel » est en cours, utilisant notamment un ou deux supercalculateurs centralisés. Certains constructeurs investissent dans des centres de développement de logiciels et/ou créent des partenariats avec des équipementiers et start-ups.
Les offres de conduite automatisée viennent de passer le cap du niveau 3 avec Mercedes et Honda. Étonnamment, Tesla reste au niveau 2+ avec une approche manquant encore de responsabilité. Le système de stationnement dans un parking sans conducteur a été homologué par Mercedes-Benz et Bosch (niveau 4). Les essais intégrant la connectivité 5G sont de plus en plus nombreux, contrairement à l’ITS-G5.
Notons également que si un véhicule en Europe est réglementairement recyclable à hauteur de 95 %, le taux de réemploi de matières récupérées reste modeste. Les initiatives industrialisables se multiplient chez les constructeurs et équipementiers dans les périmètres de l’habitacle et de la caisse. Sur les lignes de production, la baisse de consommation de matières et d’énergie est devenue une préoccupation essentielle afin d’atteindre à moyen ou long terme la neutralité carbone.
Yvonnick Gazeau
L’hydrogène stocké sous 700 bars offre l'avantage d’embarquer une plus grande quantité d'énergie que la batterie : 11,3 MJ/kg et 6,7 MJ/l, contre en moyenne 0,7 MJ/kg et 2,2 MJ/l pour une batterie lithium-ion. L’hydrogène devant évidemment être obtenu sans émissions de carbone, l'électrolyse de l'eau est la principale voie industrielle et les projets d’installation sont nombreux dans le monde.
La chaîne cinématique de référence consiste à produire l’électricité à partir d’une pile à combustible et d’alimenter un moteur électrique. Avec un rendement de la pile de 60 % à mi-charge, nécessitant l’apport d’une batterie pour les charges extrêmes basses et hautes, un véhicule lourd – et non une berline – peut ainsi doubler son autonomie par rapport à celle d’un à batterie, mais la consommation électrique, comptabilisant l’ensemble des étapes énergétiques, est trois fois supérieure.
Contrairement à l’activité de la batterie, l'Europe et particulièrement la France ont su se positionner dans cette nouvelle industrie, avec de grands leaders tels que Plastic Omnium, Faurecia et Symbio, ainsi qu’avec de nombreux spécialistes en matériaux (ex. : CETIM) et composants. La commercialisation des premiers véhicules européens par Stellantis et Hyvia/Renault a été lancée en 2022 dans le segment des véhicules utilitaires légers.
Le déploiement des voitures à batterie étant en forte accélération, et celui des poids lourds à batterie amorcé, les concepteurs portent leur attention sur des optimisations dans de multiples domaines : rendement du moteur particulièrement à régime élevé pour les usages sur autoroute, rendement des onduleurs, récupération de la chaleur pour l’habitacle, charge rapide (refroidissement et chimie des batteries, 800 V), batteries haute densité pour les segments supérieurs (taux élevé de nickel) et économiques pour les premiers segments (potentiellement chimie LFP). Quant à la production des batteries, l'Europe tente de rattraper son retard et de nombreux projets industriels voient le jour.
Dans le secteurs des véhicules hybrides, quelques projets travaillent sur l’implémentation d’un moteur électrique à flux axial.
Le moteur thermique devrait survivre
Le 3-cylindres du Renault Austral E-Tech hybride, intégrant cycle Miller élevé et fort taux d’EGR, offre un rendement maxi de 41,5 %
Focalisés sur la baisse des émissions de carbone, les nouveaux moteurs à essence intègrent tous des valeurs accrues de millérisation (via la loi de levée de soupapes), d’EGR refroidi et de turbulences « tumble ». L’introduction de la norme Euro 7 n’engendre pas de difficultés techniques majeures, mais accroît fortement le coût de fabrication des GMP.
Encore plus d’électronique
Supercalculateurs dans une architecture centralisée du projet FACE développé par CEA List et Renault
Les offres de conduite automatisée viennent de passer le cap du niveau 3 avec Mercedes et Honda. Étonnamment, Tesla reste au niveau 2+ avec une approche manquant encore de responsabilité. Le système de stationnement dans un parking sans conducteur a été homologué par Mercedes-Benz et Bosch (niveau 4). Les essais intégrant la connectivité 5G sont de plus en plus nombreux, contrairement à l’ITS-G5.
Notons également que si un véhicule en Europe est réglementairement recyclable à hauteur de 95 %, le taux de réemploi de matières récupérées reste modeste. Les initiatives industrialisables se multiplient chez les constructeurs et équipementiers dans les périmètres de l’habitacle et de la caisse. Sur les lignes de production, la baisse de consommation de matières et d’énergie est devenue une préoccupation essentielle afin d’atteindre à moyen ou long terme la neutralité carbone.
Yvonnick Gazeau
