quelle est l'hybridation parfaite pour votre véhicule?
Thomas More EN QUÊTE D'une hybridation optimale
Les véhicules hybrides sont de plus en plus en vogue, tout comme la recherche sur leur impact et leur fonctionnement. En effet, nous ne savons pas encore grand-chose concernant leur efficacité optimale. La haute école Thomas More mène des recherches approfondies sur le sujet et a présenté plusieurs résultats remarquables lors d'une conférence.
En vogue
En 2020, plus de 45.000 nouvelles voitures hybrides ont été immatriculées, ce qui représente une part de 11%. Les groupes motopropulseurs hybrides les plus récents s'orientent de plus en plus vers le full hybrid. En effet, le mild hybrid entraîne une plus faible réduction des émissions de CO2.
La haute école Thomas More fait des recherches sur les hybrides, leur consommation d'énergie et leur efficacité. Le jeudi 4 novembre 2021, elle a organisé une conférence sur l'hybridation et son niveau optimal. "L'avantage d'un véhicule hybride avec deux sources d'énergie est que lorsque ces sources sont utilisées correctement, la consommation est réduite", a expliqué le professeur Luc Claessens de Thomas More.
l'Électrique là où c'est utile, l'ICE là où c'est nécessaire
"Le graphique 1 montre un test d'environ 10 minutes avec une Toyota Prius, où l'on voit comment le système hybride est utilisé pour obtenir la consommation d'énergie la plus efficace possible. Ce qui est typique ici, c'est l'utilisation des meilleurs aspects de chaque entraînement: l'électrique là où c'est utile, le moteur à combustion interne là où c'est nécessaire."
hybride... à quel point?
Le problème des hybrides, cependant, c'est que l'acheteur ne sait pas exactement ce qu'il achète. Quelle est la part de l'électricité par rapport à celle du moteur à combustion interne? "Si nous prenons une Toyota Yaris hybride de 74 kW, par exemple, nous ne savons pas quelle part de la puissance provient du carburant et quelle part de l'électricité. En outre, la version hybride coûte 3.000 € de plus que la variante à moteur à combustion interne, alors qu'elle émet beaucoup moins de CO2 - l'équivalent d'un litre de carburant aux 100 km. Si l'on paie hypothétiquement 2 euros pour un litre de carburant, il faudrait parcourir 150.000 km pour récupérer ce montant."
"Sur d'autres voitures, on constate que la puissance du système n'est pas forcément la somme de la puissance du moteur à combustion interne et de celle du moteur électrique."
"En tant que client, vous ne pouvez pas savoir exactement ce que vous achetez avec une voiture hybride. Les niveaux de puissance ne sont pas clairement indiqués, la somme des niveaux de puissance n'est pas la même que la puissance totale du système. La publication d'un degré d'hybridation pourrait être une solution. Cela donnerait le rapport entre la puissance électrique et la puissance totale. Par exemple, la Yaris est équipée d'un moteur à combustion interne de 55 kW et d'un moteur électrique de 45 kW. Son taux d'hybridation est donc de 45/(45+55) soit 45%.
Par ailleurs, la capacité de la batterie d'un hybride à recharge automatique est rarement, voire jamais, communiquée."
Hybridation
Thomas More a étudié le niveau d'hybridation idéal d'un véhicule. Il se situerait entre 35 et 45%. "Ce niveau peut être atteint par de nombreuses voitures hybrides sur le marché, notamment les PHEV (hybrides rechargeables), selon le rapport de recherche."
Consommation à l'accélération
La question est de savoir où les véhicules hybrides sont les plus performants. "Pour cela, nous avons effectué des tests d'accélération et de décélération sur le banc à rouleaux, où nous avons pu mesurer la consommation du moteur thermique et du moteur électrique. Le graphique 2 montre clairement qu'à certains moments, la consommation de carburant (la ligne orange) n'augmente pas et que le moteur électrique est donc activé. En effet, la batterie n'est jamais chargée à 100%; lorsqu'elle atteint une certaine limite, elle s'enclenche et se décharge."
Un autre résultat notable est la consommation à l'accélération. "Nous voyons sur le graphique 3 que la consommation d'une voiture à essence moderne (c'est-à-dire une Mazda CX3) était la plus élevée (et donc la moins performante) lors d'une accélération de 30 à 50 km/h. Les accélérations de 50 à 70 et de 70 à 90 km/h consomment nettement moins. Cela semble contre-intuitif, mais c'est parce qu'à des vitesses plus élevées, le moteur à combustion interne est beaucoup plus efficace."
Avec la voiture hybride, nous observons différentes tendances. "Tout d'abord, la consommation à l'accélération est ici plus ou moins proportionnelle à l'accélération, ce qui signifie que le système d'entraînement fonctionne de manière optimale. Mais le plus remarquable est la différence entre la voiture hybride et la voiture à moteur à combustion interne à 30 ou 50 km/h. Leur consommation respective diffère énormément, la voiture hybride consommant à certains moments moitié moins que la voiture à moteur à combustion interne."
Une voiture hybride peut également économiser beaucoup de carburant à vitesse constante. "Plus précisément, le graphique 4 montre le SOC (état de charge) de la batterie (ligne bleue). S'il augmente, la charge a lieu et vice versa. Nous observons une période d'environ 60 secondes pendant laquelle nous roulons avec le moteur à combustion interne et la batterie se charge, jusqu'à ce qu'elle atteigne un seuil et prenne le relais pendant environ 200 secondes. Ainsi, à une vitesse constante de 30 km/h, ce SOC est cyclique. En outre, le moteur électrique nécessite environ 1,5 kW pour fonctionner électriquement. Pour alimenter également les accessoires tels que le GPS, l'éclairage, etc., il faut environ 2 kW. Après ces 200 secondes, lorsque le moteur électrique a besoin d'être rechargé, nous constatons qu'il retrouve sa pleine capacité en 60 secondes."
La raison de ce phénomène est liée à l'efficacité optimale du moteur à combustion. "Le graphique 5 montre le rendement optimal d'un moteur à combustion interne: quel couple produit-il à quelle vitesse et que consomme-t-il?"
"Dans des conditions idéales, il faut 240 g de CO2 pour produire 1 kWh", explique le professeur Claessens. "Mais en raison des circonstances - vous conduisez dans un centre urbain et vous oubliez de changer de vitesse - il faut jusqu'à 1.000 g pour produire ce même 1 kWh d'énergie, soit jusqu'à quatre fois plus. Sachant qu'avec 80 g d'essence, vous pouvez produire 1 kWh (à un rendement de 100%), avec 240 g, vous obtenez un rendement de 32%. Avec 1.000 grammes, cela ne représente qu'un rendement de 8%."
"C'est en partie pour cela que vous avez un indicateur de changement de vitesse dans la voiture; parce que si vous roulez à 30 km/h avec un rapport supérieur - et donc un régime inférieur - vous économisez évidemment du carburant."
La beauté d'un système hybride est qu'il fait appel à des générateurs pour générer un couple plus élevé à une certaine vitesse. "Dans le cas de notre véhicule d'essai à Thomas More, cela se fait par le biais de la régulation de la vitesse variable, que l'on appelle parfois l'effet moulin à café: à vitesse constante, on voit parfois le régime moteur faire des sauts étranges car il est toujours à la recherche du point de fonctionnement optimal."
En guise de conclusion, le professeur Claessens a une nouvelle fois présenté les faits aux participants. "La consommation des hybrides à vitesse constante est nettement inférieure à celle d'une voiture à moteur à combustion interne, comme on peut le voir dans le tableau. Si nous ajoutons un véhicule électrique de, disons, 70 kW, en théorie, il consommera trois fois moins que le véhicule hybride. Bien que cela dépende beaucoup des routes empruntées, ceux qui roulent souvent en ville pourront économiser énormément. Si vous devez souvent emprunter les autoroutes, vous économiserez très peu."
