Après plusieurs décennies pendant lesquelles le parc automobile a été dominé par les voitures diesel, la tendance s’inverse. Un certain type de pollution, les particules fines, font l’objet d’une attention, si pas nouvelle du moins fortement renforcée, reléguant à l’arrière-plan d’autres éléments aussi fort importants, comme les émissions de CO2.
Sans vouloir juger de la nocivité relative des différentes pollutions (particules fines, NOx, SOx, CO2), il est quand même important de rappeler qu’au niveau des émissions de CO2, le cycle thermodynamique du moteur diesel est nettement plus performant que celui du moteur à essence.
Même si certains scandales récents sont venus écorner cet avantage, il n’en reste pas moins de l’ordre de 15 à 20% (relatifs, rendement théorique de 35% = 116% de 30%, dans la pratique 4 à 7 l/100km pour le diesel contre 5 à 9 l/100km pour un véhicule à essence comparable).
Ceci étant dit, 3 alternatives principales connaissent un certain engouement : utilisation du gaz naturel comprimé (GNC), la voiture électrique (emmenée par la célèbre Tesla) et la voiture hybride (déclinée en plusieurs types).
Intéressons-nous à cette dernière, en commençant par l’analyse de son fonctionnement. Une voiture hybride, en ce qui concerne sa motricité, se compose de 5 éléments principaux : le (ou les) moteur(s) électrique(s) (dans la suite nous utiliserons le singulier pour la facilité, sachant que la réalité qui y correspond peut comprendre plusieurs moteurs électriques), les batteries, le moteur à combustion, un alternateur de puissance et la gestion de la transmission des puissances motrices aux roues.
Au démarrage, si les batteries sont suffisamment chargées, elles alimentent le moteur électrique qui, à lui seul, entraîne la voiture, le moteur à combustion étant à l’arrêt. Dès que la puissance demandée (via l’accélérateur) dépasse celle délivrable par le moteur électrique, ou dès que les batteries auront été déchargées en deçà du seuil où leur rechargement est enclenché, le moteur à combustion est allumé. Il fonctionnera jusqu’à ce que la puissance demandée retombe en deçà de celle délivrable par le moteur électrique et que les batteries auront été rechargées (les 2 conditions devant être satisfaites).
Deux types (extrêmes, parmi tous ceux qui peuvent exister) de voitures hybrides apparaissent donc directement : un type où le moteur à combustion ne sert qu’à recharger les batteries et n’intervient donc pas (directement) dans l’entraînement des roues (appelons-le EME) et un autre type où le moteur à combustion peut participer directement à l’entraînement des roues (appelons le EMX).
Les caractéristiques physiques de chaque type sont fort différentes. Pour l’EME, la puissance maximale est délivrée par le moteur électrique, qui sera donc plus puissant, plus grand, plus lourd que celui de l’EMX.
Par contre, le moteur à combustion de l’EMX aura une contribution essentielle à la puissance motrice et sera plus puissant, plus grand, plus lourd que celui de l’EME.
Fondamentalement, dans l’EME le plus extrême, le moteur à combustion n’est qu’un « range extender », c’est-à-dire qu’il n’est destiné qu’à allonger l’autonomie, au-delà de celle déterminée par les batteries, sans participer à la performance dynamique du véhicule.
A contrario, l’EMX le plus extrême, utilise le moteur électrique seulement pour le démarrage et un peu plus (typiquement en ville, dans les embouteillages), le moteur à combustion étant l’élément moteur principal, en dehors de situations vues comme étant exceptionnelles.
Aucun des 2 types n’est, à priori, meilleur que l’autre dans toutes les circonstances. Vu qu’un moteur à combustion a un rapport puissance/poids (classiquement 1kW/kg) plus important qu’un moteur électrique (0,85kW/kg pour les plus performants), mais que son rendement est bien moindre (et ceci d’autant plus qu’il n’est pas en régime). D’autre part, l’énergie stockée sous forme de carburant dans le réservoir d’un moteur à combustion (11kWh/l, 12kWh/kg) est bien plus importante que celle stockée dans le même volume, ou pour le même poids, de batteries (0,2 kWh/kg, 0,5 kWh/l).
Prenons le cas d’une petite voiture qui roule essentiellement en ville, avec une consommation moyenne de 6 l/100km pour un moteur à combustion ou de 10 kWh/100km pour un moteur électrique et, une distance moyenne de parcours journalier de 30 km. Prenons comme caractéristiques hypothétiques pour l’EME : 30 kW de moteur électrique, 20 kWh de batteries, 10 kW de moteur à combustion, 145 kg pour le poids total des éléments de motricité. Pour l’EMX : 10 kW de moteur électrique, 5 kWh de batteries, 30 kW de moteur à combustion, 105 kg pour le poids total des éléments de motricité. Avec ces hypothèses nous aurons une consommation pour l’EME de 10 kWh électriques et 0 l de carburant (recharge quotidienne des batteries par le réseau), pour l’EMX de 2,5 kWh électriques et 4,5 l de carburant (soit 49,5kWh de carburant). Nous établirons plus loin un calcul plus fin pour quelques cas de figures.
A noter que le moteur à combustion de l’EME, tel qu’envisagé ci-dessus, permet de recharger ses batteries en 2 heures (20 kWh = 10 kW × 2h) et peut, priori, alimenter toute la consommation en énergie tant que le véhicule ne roule pas plus vite que 100 km/h (10 kW × 1h = 10 kWh = consommation du moteur électrique pendant 1h, 10 kWh/100 km = 10 kWh pour parcourir 100 km, parcourir 100 km en 1h correspond à une vitesse 100 km/h), du moins en version simpliste (nous verrons plus loin que la réalité est différente). La puissance des moteurs doit donc être choisie avec minutie.
La consommation est évidemment dépendante de la vitesse, du poids du véhicule et de sa forme (aérodynamique). A faible vitesse, c’est le poids du véhicule qui prédomine dans la détermination de la consommation, à plus haute vitesse c’est sa forme (surface frontale et coefficient de pénétration dans l’air).
David JC MacKay a écrit un excellent livre, selon moi : « L’énergie durable – Pas que du vent ! » (il est disponible gratuitement sur Internet en version résumée et complète). Dans ce livre, il aborde une foultitude de sujets énergétiques, entre autres les véhicules, et donne les formules théoriques, appliquées à la consommation en énergie des véhicules. Je me suis inspiré de ces informations pour dresser certains tableaux présentés plus loin, mais je suis le seul responsable de fautes éventuelles dans mes calculs.
Evidemment, dans le cas de l’EMX, l’organe de transmission de la puissance aux roues est plus complexe, plus encombrant et plus lourd que celui (quasi inexistant) de l’EME. En effet, dans le cas de l’EME, seul le moteur électrique entraîne les roues tandis que dans l’EMX, le moteur électrique et le moteur à combustion entraînent les roues. L’EMX aura par ailleurs un réservoir de carburant plus grand donc plus lourd, même si ce supplément de poids ne devrait pas excéder 10 à 20 kg.
Remarquons aussi que l’EME est surtout intéressant, du point de vue énergétique, s’il est du type plug-in, c’est-à-dire si les batteries peuvent être principalement rechargées par le réseau électrique et seulement accessoirement (voire exceptionnellement) par le moteur à combustion. Sinon l’électricité est générée par le moteur à combustion, dont les caractéristiques énergétiques sont similaires à celles du moteur à combustion de l’EMX, à la différence près que dans l’EME ce moteur tourne presque toujours à son point de fonctionnement optimal (consommation spécifique, en l/kWh, la plus faible). On suppose aussi, bien entendu, que l’électricité venant du réseau est d’origine non polluante et est produite avec un rendement bien supérieur à celui d’un moteur à combustion. Cela fait pas mal d’hypothèses, il faut bien le reconnaître.
Dans le petit exemple illustratif d’EME et d’EMX choisi plus haut, les valeurs pour les puissances et capacité des batteries ont été données sans explication, alors que le choix de ces différents paramètres est à faire avec soin, prenant bien en compte l’utilisation qui sera faite du véhicule.
Considérons 4 cas : véhicule exclusivement urbain (aucun trajet sur route, ni autoroute, ou alors lorsque ces voies sont embouteillées), véhicule principalement urbain (75% urbain, 25% route et autoroute), véhicule principalement routier (25% urbain, 75% route et autoroute), véhicule exclusivement routier (aucun trajet urbain, sauf entre le domicile et la grand route la plus proche). Ces cas sont bien entendu illustratifs, dans la pratique on tombe toujours entre 2 d’entre eux.
Etablissons un cahier des charges sommaires (parcours journalier, vitesse maximum, autonomie) pour chacun des cas :
- 100% urbain : parcours journalier 30 km, vitesse maximum 90 km/h, autonomie 3 jours (soit 90 km)
- 75% urbain – 25% route : parcours journalier 60 km, vitesse maximum 120 km/h, autonomie 3 jours (soit 180 km)
- 25% urbain – 75% route : parcours journalier 120 km, vitesse maximum 120 km/h, autonomie 3 jours (soit 360 km)
- 100% route : parcours journalier 180 km, vitesse maximum 130 km/h (France), autonomie 3 jours (soit 540 km)
Les différents éléments à dimensionner sont : la puissance du moteur électrique (PMEL), la puissance de l’alternateur (PALT), la puissance du moteur à combustion (PMEC), la capacité des batteries (CBAT) et celle du réservoir (CRES).
La vitesse maximale va déterminer la puissance maximale nécessaire, pour l’EME c’est aussi la puissance de son moteur électrique (PMEL), puisque lui seul participe (directement) à la motricité. Dans le cas de l’EMX, nous avons PMEL + PMEC = puissance maximale.
L’autonomie conditionnera la capacité des batteries, combinée à celle du réservoir. Pour une EME, en considérant que les batteries pourront (presque toujours) être chargées (au moins) une fois par jour, les batteries doivent bien sûr permettre de couvrir la distance journalière. Vu que le but est de fonctionner autant que possible en mode électrique, le moteur à combustion doit être sollicité le moins possible. Exiger une autonomie de 3 jours revient à pouvoir parcourir 3 fois la distance journalière. C’est-à-dire qu’une fois la capacité de la batterie épuisée (1 fois la distance du parcours journalier), il faut encore couvrir 2 fois cette distance. Pendant ce temps, le moteur électrique ne peut être alimenté que par le moteur à combustion, qui doit de plus être de puissance égale à celle du moteur électrique (sinon on aurait une perte de puissance et, entre autres, la vitesse maximale ne pourrait plus être atteinte).
Ou alors, il faut augmenter la capacité des batteries et commencer à les recharger lorsque, par exemple, la moitié de leur énergie a été consommée. Avec une telle capacité (de quoi couvrir 2 jours d’autonomie), le moteur à combustion aura 2 jours (dès que 1 jour d’autonomie aura été consommé des batteries) pour recharger les batteries, sa puissance sera alors égale à la moitié de celle du moteur électrique. Le réservoir à carburant doit lui avoir la contenance nécessaire pour parcourir 1 fois la distance journalière. D’autres combinaisons peuvent être analysées et débattues, on devrait même faire une petite étude pour estimer l’optimale, mais dans le cadre de cet article, c’est celui que nous avons fixé pour l’EME. Les puissances dans le cas l’EMX nous indiquerons déjà ce qu’il en est lorsque le moteur à combustion est nettement plus puissant.
Pour l’EMX, la puissance du moteur à combustion sera la différence entre la puissance maximale nécessaire et la puissance du moteur électrique. Pour son moteur électrique, on prendra une puissance égale à celle nécessaire à atteindre 50 km/h (c’est aussi la vitesse où la résistance au déplacement dans l’air et la résistance au roulement sont quasi égales, voir le livre mentionné plus haut pour les détails). Tandis que les batteries ne doivent couvrir qu’une partie du trajet, puisque le moteur à combustion participe à la motricité. Nous ferons ici le choix complémentaire à celui établi pour l’EME, à savoir (1/3 de l’autonomie provient des batteries et 2/3 du carburant, contre respectivement 2/3 et 1/3 pour l’EME).
Ce choix d’1/3 de l’autonomie provenant des batteries correspond à 25% du trajet en mode électrique pur, 1/6 du trajet en mode 50% électrique / 50% moteur à combustion (25 + ½ × 16,6 = 33,3) et 2/3 du trajet où le moteur à combustion fournit seul la puissance motrice. Même si ce choix est arbitraire, il est plus que plausible. Nous verrons plus loin ce que ces fractions théoriques deviennent pour des parcours typiques.
Avec ces éléments, le calcul des puissances et capacités nécessaires, ainsi que les consommations correspondantes (à vitesse maximale) a été effectué, les 3 tableaux ci-dessous reprennent les résultats.
Cahier des charges sommaire :
- cas1 = 100% urbain, cas2 = 75% urbain – 25% route, cas2 = 25% urbain – 75% route, cas4 = 100% route
- Vmax = vitesse maximale, Pmax = puissance maximale (totale) nécessaire, Conso max = consommation maximale en énergie aux roues pour atteindre la vitesse maximale, Dmax= distance parcourue journellement
| cas | Vmax (km/h) | Pmax (kW) | Conso max (kWh/100km) | Dmax (km) | Autonomie (km) |
| 1:EME | 90 | 12 | 13,2 | 30 | 90 |
| 1:EMX | 90 | 12 | 13,2 | 30 | 90 |
| 2:EME | 120 | 27 | 22,4 | 60 | 180 |
| 2:EMX | 120 | 27 | 22,1 | 60 | 180 |
| 3:EME | 120 | 27 | 22,8 | 120 | 360 |
| 3:EMX | 120 | 27 | 22,4 | 120 | 360 |
| 4:EME | 130 | 34 | 26,9 | 180 | 540 |
| 4:EMX | 130 | 34 | 26,2 | 180 | 540 |
Dimensionnement des éléments de motricité :
| cas | PMEL (kW) | CBAT (kWh) | PALT (kW) | PMEC (kW) | CRES (l) |
| 1:EME | 12 | 8 | 6 | 6 | 1,5 |
| 1:EMX | 4 | 4 | 4 | 8 | 3 |
| 2:EME | 27 | 27 | 13,5 | 13,5 | 5 |
| 2:EMX | 4 | 13,5 | 4 | 23 | 10 |
| 3:EME | 27 | 54 | 13,5 | 13,5 | 10 |
| 3:EMX | 4 | 27 | 4 | 23 | 20 |
| 4:EME | 34 | 94,5 | 17 | 17 | 17,5 |
| 4:EMX | 4 | 47,5 | 4 | 30 | 34,5 |
Poids et consommations en roulant continument à vitesse maximale, sur un trajet long comme l’autonomie (rendement du moteur à combustion pris égal à 25%, rendement du moteur électrique pris égal à 100%):
| cas | Poids (kg) | kWhel/100km | kWhcarb/100km | l/100km | kWhtot (vmax) /100km |
| 1:EME | 719 | 8,9 | 17,2 | 1,6 | 26,1 |
| 1:EMX | 691 | 4,5 | 34,8 | 3,2 | 39,3 |
| 2:EME | 851 | 15 | 29,6 | 2,7 | 44,6 |
| 2:EMX | 759 | 7,5 | 58,4 | 5,4 | 65,9 |
| 3:EME | 990 | 15 | 31,2 | 2,9 | 46,2 |
| 3:EMX | 836 | 7,5 | 59,6 | 5,5 | 67,1 |
| 4:EME | 1215 | 17,5 | 37,6 | 3,5 | 55,1 |
| 4:EMX | 958 | 8,8 | 69,6 | 6,4 | 78,4 |
Les consommations présentées ont été calculées à vitesse maximale, ces consommations sont indépendantes du poids du véhicule et sont plus élevées que celles correspondant à une vitesse moyenne réaliste. En effet, un véhicule urbain ne roule pas en permanence à 90 km/h, ni un véhicule extra urbain à 120 ou 130 km/h. Dans ces calculs, la capacité des batteries a été utilisée totalement, ensuite le moteur à combustions a pris le relai pour couvrir le reste de la distance d’autonomie. Les résultats ont été rapportés par 100 km (pour utiliser un dénominateur très commun en matière de consommation). Quel que soit l’irréalisme de cette situation, elle permet déjà de voir le net avantage de l’EME sur l’EMX.
Les normes ECE définissent 3 cycles (suite d’accélérations, vitesses constantes, arrêts, décélérations) : le cycle urbain, le cycle extra urbain et le cycle mixte qui correspond à 75% d’urbain et 25% d’extra urbain. A ces 3 cycles, j’en ai ajouté un 4e, créé par moi de toute pièce, qui est un cycle extra urbain où le palier à 120 km/h a été allongé en temps (67,2% du temps à 120 km/h) pour atteindre environ 100 km/h en vitesse moyenne et correspondre ainsi à un trajet véritablement autoroutier. Pour chacun de ces cycles, nous pouvons calculer la vitesse moyenne et la dépense énergétique minimale (récupération d’énergie au freinage, pas de consommation à l’arrêt). Voici ces vitesses et consommations moyennes en énergie aux roues:
| cycle urbain | cycle mixte | cycle extra urbain | cycle extra urbain+ | |
| v moy (km/h) | 18,75 | 36,07 | 61,40 | 100,30 |
| v max (km/h) | 50,00 | 120,00 | 120,00 | 120,00 |
| p moy (kW) | 1,63 | 3,81 | 6,96 | 20,49 |
| p max (kW) | 6,62 | 27,34 | 27,34 | 27,34 |
| h/100km | 5,33 | 2,77 | 1,63 | 1,00 |
| kWh/100km | 8,72 | 10,57 | 11,34 | 20,44 |
Commençons par indiquer que la consommation (kWh/100km) est la consommation en énergie aux roues, elle est inférieure (voire bien inférieure, surtout dans le cas de l’EMX) à la consommation en énergie à fournir par les batteries et/ou le carburant. C’est la consommation énergétique du véhicule idéal (sans perte).
Au vu de ce tableau et avant d’aller plus loin, il nous faut formuler plusieurs remarques. Tout le monde sait qu’un véhicule à moteur à combustion consomme plus en ville que sur route et souvent même que sur autoroute. Ceci est dû à 2 phénomènes importants: l’énergie perdue au freinage et l’énergie consommée lorsque le véhicule ne roule pas alors que le moteur tourne. D’autres phénomènes viennent s’y ajouter comme le fait que le moteur n’est que rarement en régime (à température) et les pertes dans la transmission de la puissance motrice entre le moteur et les roues. Ces phénomènes sont absents dans la conception de l’EME et de l’EMX que nous avons considérée, mais seul le dernier devrait y jouer un véritable rôle.
D’autre part, nous constatons que la puissance maximale utilisée pendant ces cycles est parfois supérieure à celle du véhicule. Cette situation n’existe que pour le cas 1, où nous avons défini dans le cahier des charges une vitesse maximale de 90 km/h, alors que le cycle extra urbain (et donc le mixte et l’extra urbain+) comprend une montée à 120 km/h et un palier à cette vitesse. Dans la suite, nous ne donnerons donc pas de consommation pour ces véhicules pour ces cycles, ce ne serait pas honnête.
Dans le tableau reprenant les « Poids et consommations à vitesse maximale » nous constatons que l’EME est toujours plus lourd que l’EMX, mais pas de beaucoup, sauf pour le cas4 (autonomie de 540 km). Le poids a toujours été estimé en prenant une base de 650 kg à laquelle viennent s’ajouter les poids du moteur électrique, des batteries, du moteur à combustion et du carburant.
Certains diront que lorsque le véhicule est chargé (par ses passagers et ses bagages) son poids de base est largement augmenté. C’est bien entendu vrai, mais d’une part la « mythique » 2CV ne pesait qu’environ 400kg à vide (moteur compris, ce qui laisse de la marge pour 300 kg à répartir entre passagers et bagages), d’autre part les véhicules ne sont que très rarement chargés aussi lourdement et enfin, beaucoup de progrès a été fait en économie de poids sur les véhicules depuis le temps de la 2CV.
Nous remarquons aussi, dans le même tableau, que les puissances maximales sont nettement plus faibles que celle qui caractérisent quasiment tous les véhicules actuels. Elles s’étendent de 6,62 kW pour le cycle urbain à 27,34 kW pour les autres. Le tableau « Dimensionnement des éléments de motricité » renvoi d’ailleurs des valeurs similaires pour les différents cas de cahier des charges.
Que les 2 tableaux donnent des résultats similaires, c’est rassurant, le même modèle ayant été utilisé. Mais, ce qui est perturbant, c’est le faible niveau des puissances calculées. On pourrait penser que les calculs et/ou le modèle sont faux. Cependant, dans la « mythique » 2 CV (désolé de toujours revenir à cet exemple, mais il est très instructif) de 1948, la puissance du moteur n’était que de 7 kW, le véhicule atteignant ainsi la vitesse de « pointe » de 60 km/h. Les modèles plus récents restent sous les 30 kW, et permettent une vitesse de « pointe » de 120 km/h.
Ces chiffres permettent de valider le modèle et les calculs, et nous donnent quelques indications sur le type de performances auxquelles on peut s’attendre avec la conception envisagée. Même si l’aérodynamisme des 2CV est assez facilement améliorable, le comportement dynamique du véhicule sera du même acabit que celui d’une 2CV. Ne me comprenez pas mal, je nourris une certaine admiration pour ce véhicule mythique. Et si on réfléchit en terme de conservation des ressources de la planète, il semble même exemplaire. Je l’utilise surtout en tant qu’exemple concret auquel nous raccrocher pour imaginer le comportement des véhicules qui résulteraient de la conception envisagée.
Pour revenir au sujet de cet article, c’est-à-dire évaluer la pertinence du véhicule hybride sur le plan énergétique, il faut encore faire quelques calculs complémentaires pour arriver aux consommations réelles. C’est-à-dire, celle du moteur électrique lorsqu’il intervient seul et celle du moteur à combustion lorsqu’il est utilisé pour charger les batteries ou pour fournir la puissance nécessaire au déplacement (à la vitesse souhaitée, pendant le temps souhaité).
Pour chaque cas (1 à 4) et pour chacun des 4 cycles (urbain, extra urbain, mixte, extra urbain+), nous allons repartir du tableau des « vitesses et consommations moyennes en énergie aux roues » et convertir ces énergies aux roues en énergie à fournir réellement (soit par les batteries avec un rendement de 100%, soit par le carburant avec un rendement de 25% au travers du moteur à combustion). Pour ce faire, nous prendrons pour chacun des cas et sur chacun des cycles, les différents tronçons du trajet (accélération, palier à vitesse constante, décélération, arrêt). Pour chacun de ces tronçons, nous vérifierons si le moteur électrique peut y satisfaire seul, sinon, nous considérerons que le moteur à combustion y satisfera seul (avec un rendement de 25%).
Les résultats sont repris dans le tableau ci-dessous :
| cas | conso urbain (kWh/100km) | conso extra urbain (kWh/100km) | conso extra urbain+ (kWh/100km) |
| 1:EME | 8,9 | – | – |
| 1:EMX | 22 | – | – |
| 2:EME | 8,9 | 14,7 | 75,5 |
| 2:EMX | 13,8 | 40,7 | 80,8 |
| 3:EME | 8,9 | 14,7 | 75,5 |
| 3:EMX | 13,8 | 40,7 | 80,8 |
| 4:EME | 8,9 | 11,4 | 29,3 |
| 4:EMX | 13,8 | 40,7 | 80,8 |
Comme indiqué précédemment, pour le véhicule hybride correspondant au cas1 nous ne donnons de consommation que pour le cycle urbain. Puisqu’il ne peut atteindre 120 km/h, il ne semble pas honnête d’indiquer une consommation pour les 3 autres cycles.
Sans surprise, l’EME est énergétiquement parlant le plus performant en cycle urbain, et de loin. Dans le cas1, cette supériorité est encore plus notoire. C’est tout à fait logique vu les rendements utilisés pour le moteur électrique (100%) et à combustion (25%). La réalité devrait sans doute être encore plus en faveur de l’EME, parce que, même si le rendement du moteur électrique n’est que de 90%, celui du moteur à combustion (en situation urbaine réelle) n’est sûrement pas supérieur à 10% vu qu’il travaille loin de son point de fonctionnement optimal.
Nous voyons aussi que l’EMX du cas1 n’est pas intéressant du tout, vu sa consommation énergétique. Ses batteries sont en fait sous dimensionnées. Par contre les EMX des 3 autres cas présentent des résultats égaux, ceci n’est pas étonnant puisqu’ils ont tous une capacité de batteries supérieure à celle de l’EME du cas1, qui, lui, répond au cahier des charges de type urbain. En fait, une capacité de batteries de l’ordre de 6 kWh devrait suffire à un EMX de type urbain. Remarquons tout de même que l’EMX le plus défavorisés atteint tout de même des niveaux de consommation extrêmement bas (22 kWh/100km correspondent à 2 l de carburant par 100 km, du jamais vu en ville). L’EME quant à lui peut descendre sous le litre par 100 km (0,8 l/100km). Ceci est purement théorique, la réalité sera bien évidemment moins brillante, mais l’avantage du véhicule hybride restera cependant important, par rapport à un véhicule classique équipé d’un moteur à combustion.
En cycle extra urbain, les différents véhicules type donnent des résultats similaires (les EME entre eux et les EMX entre eux). Mais l’avantage de l’EME est encore plus marqué, il économise près de 64% de l’énergie consommée par un EMX, qui, rendons lui cet honneur, ne dépasse pas 3,7 l/100km. L’EME du cas4 fait encore un peu mieux, son moteur électrique plus puissant et ses batteries de capacité très importante, lui permettent de descendre à 11,4 kWh/100km (soit un rien plus qu’un litre par 100 km), contre 14,7 kWh/100km pour les 3 autres cas.
Cette distinction de l’EME du cas4 provient de la puissance de son moteur électrique, combiné à la capacité de ses batteries, qui lui permet d’être utilisé seul tout le temps. C’est donc le cas asymptotique, inutile d’encore augmenter cette puissance et cette capacité. L’optimum doit donc se trouver entre le cas3 et le cas4.
L’EMX présente une consommation identique pour tous les cas, pour ce cycle. Ceci veut dire que le cas2 suffit. Inutile d’augmenter les valeurs dimensionnées au-delà des caractéristiques du cas2.
Pour le cycle extra urbain+ (créé par moi, en dehors de toute norme existante), l’avantage de l’EME sur l’EMX n’est plus que de 6 à 7%, sauf pour le cas4 (où la capacité de la batterie de l’EME lui permet de fonctionner en mode électrique pur) où on retrouve l’économie de 64% par rapport à l’EMX que nous avions déjà identifiée plus haut. Dans ce cas, il pourrait être intéressant de supprimer le moteur à combustion, nous obtiendrions alors une véhicule électrique, plus simple et un peu plus léger, même si son autonomie serait réduite. Mais nous ne répondrions alors plus à notre cahier de charges.
De ces calculs, modélisations et comparaisons il résulte que, sur base des sommaires cahiers de charges définis et des cycles de roulages considérés, du point de vue énergétique, les véhicules hybrides tant EME qu’EMX imaginés dans cet article sont bien plus intéressants que les véhicules à moteur à combustion actuels.
En fonction des cas 1 à 4, correspondant à des cahiers des charges différents, 2 conceptions sortent du lot, du point de vue énergétique, pour tous les usages : l’EME du cas4, ainsi que l’EMX du cas2. Ce dernier étant sensiblement inférieur en ville et beaucoup moins intéressant en cycle extra urbain et encore plus en cycle extra urbain+. Leurs caractéristiques dimensionnées sont :
| cas | PMEL (kW) | CBAT (kWh) | PALT (kW) | PMEC (kW) | CRES (l) |
| 2:EMX | 4 | 13,5 | 4 | 23 | 10 |
| 4:EME | 34 | 94,5 | 17 | 17 | 17,5 |
En prenant aussi en compte l’aspect économique, il faudrait sans doute ajouter l’EME du cas1, pour un usage strictement urbain. Dans ce cas aussi il pourrait être intéressant de supprimer le moteur à combustion, avec les avantages et inconvénients repris plus haut pour le cas4 transformé en tout électrique.
L’analyse menée ici ne s’est attachée qu’à l’aspect « consommation énergétique » de 4 types définis de véhicule hybride, négligeant une foultitude d’aspects comme le design, l’agrément de conduite, les équipements auxiliaires (notamment la climatisation/chauffage), le coût de construction (ou le prix de vente).
Les véhicules obtenus ont des puissances bien inférieures à celles des véhicules en circulation actuellement. Elles sont proches de celles des moteurs de la légendaires 2CV. Ces véhicules sont néanmoins capables d’atteindre des vitesses de 120km/h et offrent des autonomies tout à fait acceptables (180 km pour le cas2 et 540 pour le cas 4) pour les usages de référence.