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Les multiples avantages des
moteurs-roues !!
Bonjour
à tous
Le déclin pétrolier imminent, la pollution insalubre de nos
villes et le réchauffement climatique nous commandent d’installer une
motorisation électrique sur la grande majorité des véhicules dans les trente
prochaines années. Il faudra donc équiper plus d’un milliard de
véhicules!
Par ailleurs, le développement durable de ces technologies
implique que nous rendions nos véhicules énergétiquement très efficaces, de
manière à consommer le moins d’électricité et le moins de biocarburants
(véhicules hybrides) possible. Un véhicule plus efficace va également nécessiter
une plus petite batterie, ce qui est très important pour éviter d’épuiser
inutilement les ressources minérales de la planète.
Par ailleurs, la
transition vers les véhicules électriques (hybrides ou non) sera d’autant plus
facile pour les consommateurs que les performances de ces véhicules seront
égales ou supérieures à celles des véhicules traditionnels.
Ces
considérations de développement durable et de performances nous conduisent
irrémédiablement à privilégier les moteurs-roues.
Notre
analyse de consommation énergétique (voir plus loin) nous apprend qu’ en
comparaison avec un véhicule électrique à moteur central,
les véhicules à moteurs-roues
utilisent
- 30% à 35% moins d’énergie en
ville,
- 14% à 16% moins d’énergie sur la route.
- 25%
moins d’énergie en conduite mixte (55% ville, 45% route)
Enfin, les véhicules hybrides
branchables à moteurs-roues utilisent
- une batterie 30% plus petite.
Par
ailleurs, en plus d’être les champions de l’économie d’énergie, les véhicules
électriques à moteurs-roues (hybrides ou non) sont également les champions de la conduite sportive, si on les compare
à des véhicules électriques à moteur central.
En effet, quatre moteurs-roues peuvent développer ensemble
- 4 à 5 fois plus de puissance
- 8 à 10 fois plus de couple
(force).
C’est le diamètre important des roues qui donne
autant de puissance et de couple aux moteurs-roues, en permettant de placer les
aimants des moteurs plus loin de l’axe de rotation. Par exemple, la Volvo
ReCharge concept est équipée de quatre moteurs-roues HPD40 de PML Flightlink (
http://www.pmlfligtlink.com )
offrant chacun une puissance maximale de 120 kW et un couple de 750 Nm, soit 480
kW et 3000 Nm pour la voiture!
Mais ça ne s’arrête
pas là. Non seulement les véhicules à moteurs-roues sont
les moins énergivores et les plus sportifs, mais ils sont également les plus sécuritaires. N’ayant pas
de moteur central sous le capot, les véhicules à moteurs-roues possèdent une
zone déformable plus longue à l’avant, ce qui augmente de beaucoup la sécurité
des passagers en cas de collision frontale. Par ailleurs, avec quatre
moteurs-roues, il est possible d’intégrer au véhicule un système de conduite
anti-dérapage et un système de freinage anti-bloquage très sophistiqués,
simplement par logiciel. Enfin, le fait d’avoir quatre roues motrices sera très
apprécié par ceux qui conduisent dans des conditions enneigées ou qui doivent
emprunter des routes de terre parfois en mauvais état.
En
conclusion, les moteurs-roues sont synonymes de sobriété
énergétique, d’accélérations sportives et de sécurité routière, une combinaison éminemment
gagnante!
ANALYSE COMPARATIVE DE CONSOMMATION
ÉNERGÉTIQUE
Regardons
tout d’abord l’aspect efficacité énergétique. Pour bien réaliser la différence
entre des moteurs-roues et un moteur électrique central, la meilleure façon est
de savoir comment se distribue la consommation d’énergie dans un véhicule. À cet
égard, la principale référence remonte à une étude effectuée en 1995 pour
L’«Office of Technology Assessment» (OTA) des États-Unis, qui a abouti au
rapport intitulé «Advanced Automotive Technology: Visions of a
Super-Efficient Family Car», dont on voit la page couverture ci-dessous.
Nous y référerons dans ce qui suit, sous l’expression «rapport OTA». Vous le télécharger, allez à l’adresse
suivante
http://govinfo.library.unt.edu/ota/1995ota.htm
Vous y
trouverez, entre autres, l’illustration ci-dessous montrant la répartition de la
consommation d’énergie d’un véhicule traditionnel intermédiaire typique, pour la
conduite en ville ou sur la route. Les chiffres pour la route sont entre
parenthèses.
Pour transposer ces données à un véhicule électrique,
on commence par associer le 100% à l’énergie contenue dans un litre de
carburant. Les chiffres exprimés dans l’illustration correspondent alors à
l’énergie contenue dans des centilitres de carburant. C’est ce que nous allons
faire ci-dessous, en considérant une voiture électrique à moteur central.
Pour un véhicule électrique, le moteur ne consomme rien lorsqu’il est
à l’arrêt (Stanby/Idle), et les pertes
thermiques (Engine Losses) sont beaucoup plus
faibles. En considérant les pertes dues à la batterie, le moteur électrique
et l’électronique de puissance on obtient environ 15% de pertes en chaleur
dissipée, dans l’ensemble et pour les meilleures technologies. Par ailleurs,
en considérant un moteur électrique central avec réducteur de vitesse,
différentiel et cardans, les pertes reliées à la transmission (Driveline Losses) de la force dans la figure
[5,6(5,4)] seront réduites à 1 en considérant une efficacité de 95% dans la
transmission de la force.
Dans un véhicule traditionnel, l’énergie qu’il
a fallu mettre pour accélérer le véhicule se retrouve perdue à chaque fois sous
forme de chaleur dans les freins. Dans un véhicule électrique, par contre,
lorsqu’on freine, le moteur agit comme un frein électromagnétique et retourne
une partie de l’énergie sous forme d’électricité pour recharger la batterie. De
manière à bien apprécier l’importance du freinage regénératif, nous allons
considérer que la voiture électrique à moteur central en est démunie. Puisque
les moteurs-roues sont bien supérieurs sous cet aspect, nous pourrons ainsi
mieux comparer les deux types de moteurs. L’énergie dépensée pour
l’accélération, et normalement perdue au freinage, dépend de la masse du
véhicule. Mais nous considérerons que la masse est identique à celle d’un
véhicule traditionnel. Nous utiliserons donc comme dépense d’énergie associée
à l’accélération/freinage (Braking) les
valeurs 5,8 (2,2) du rapport OTA.
En ce qui concerne l’énergie
consommée pour vaincre le frottement et la déformation des pneus sur la route
(Rolling), il existe aujourd’hui des pneus à
faible résistance au roulement, qui permettent d’économiser de 1,5% à 4,5% de
carburant sur un véhicule traditionnel. En comparant ces économies à la portion
d’énergie dépensée par le roulement des pneus selon le rapport OTA, i.e.
4,2(7,1)%, on voit qu’on peut facilement réduire de 20% la dépense d’énergie
due au roulement. Voir
http://www.eere.energy.gov/afdc/vehicles/fuel_economy_tires_light.html
Par ailleurs, l’aérodynamisme des voitures traditionnelles n’est pas
optimal, et peut être amélioré. Les voitures électriques permettent d’emblée un
meilleur aérodynamisme en raison de la prise d’air beaucoup plus petite pour
refroidir le moteur. En apportant, de plus, un soin particulier au profil de la
carrosserie, il est tout à fait raisonnable d’anticiper une réduction de 20%
environ des pertes dues au frottement de l’air (Aero).
Pour ce qui est de l’énergie consommée
par les accessoires (Accessories), il faut
savoir que l’efficacité d’un alternateur à courroie d’un véhicule traditionnel
est d’environ 50% à 60%, alors que l’utilisation directe d’une bonne batterie
fournit l’électricité avec une efficacité supérieure à 90%, dans un véhicule
électrique. De plus, un véhicule électrique n’a pas besoin de faire circuler
autant d’eau pour le refroidissement du moteur, voire pas du tout
(refroidissement à air). La climatisation d’un véhicule électrique à l’aide
d’une pompe à chaleur électrique réduit également, de façon importante, la
consommation d’énergie pour le refroidissement, en comparaison avec un système
de climatisation traditionnel entraîné par courroie. Seul le chauffage du
véhicule entraîne une augmentation de la consommation électrique, que l’on peut
minimiser en utilisant une thermopompe électrique et en isolant thermiquement le
véhicule. Mais dans l’ensemble, pour des conditions tempérées comme celle du
rapport OTA on peut considérer que la consommation d’énergie des accessoires
[2,2(1,5)] sera diminuée de 20% environ, en moyenne, en utilisant les dernières
technologies.
En prenant en compte toutes ces considérations pour la
réduction de consommation d’énergie d’un véhicule électrique à moteur central,
on établit, à partir des données du rapport OTA, les deux graphiques suivants
pour la répartition de la consommation d’énergie en ville et sur la route, sans
freinage regénératif.
Maintenant, regardons de
quel pourcentage on peut réduire la consommation d’un véhicule électrique à
moteur central en ajoutant le freinage regénératif. En fait, ce qu’il faut
réaliser tout d’abord, c’est que le freinage regénératif dans un tel véhicule ne
s’applique qu’aux deux roues activées par le moteur électrique central. Par
ailleurs, puisque le moteur est derrière un différentiel, on effectue en réalité
de la compression regénérative et non du freinage regénératif, ce qui nous
oblige à installer des freins ordinaires sur les deux roues motrices également.
Sinon, en ayant une des deux roues motrices sur de la glace, ou dans un trou
d’eau, lors d’un freinage, la roue qui a perdu son adhérence serait mise en
rotation rapide par l’autre roue motrice. Lorsque la roue sur la glace
retrouverait son adhérence, on obtiendrait alors un dérapage assuré et
possiblement une perte de contrôle du véhicule.
Pour ces raisons, et en
tenant compte de la perte de 15% par le moteur, l’électronique et la batterie,
ainsi qu’une perte de 5% par le différentiel, le réducteur de vitesse et les
cardans (transmission), il n’est pas pensable de récupérer plus de 20% à 25%
de l’énergie de freinage d’un véhicule électrique à moteur central. Par contre,
avec quatre moteurs-roues on n’a pas de différentiel mécanique et on pourra
récupérer 85% à 90% de l’énergie de freinage. Par ailleurs, avec un véhicule
à moteurs-roues on n’a aucune perte dues à la transmission de la force du moteur
aux roues (en jaune dans les graphiques). De plus, comme la majorité des
véhicules électriques devraient être hybrides, ils auront un moteur-générateur
thermique de 25 à 30 kW environ, pour recharger la batterie en cours de route
lors de longs trajets. Avec un moteur électrique central, ce groupe électrogène
sera groupé près du moteur électrique, à l’avant du véhicule, de manière à
laisser suffisamment de place à l’arrière pour les bagages. Par contre avec des
moteurs-roues le petit groupe électrogène sera à l’arrière et les bagages sous
le capot à l’avant. On peut donc fermer le dessous du véhicule à l’avant et
éliminer la prise d’air de la calandre. On pourrait alors diminuer la
dépense d’énergie pour vaincre la résistance de l’air d’environ 10% de plus avec
des moteurs-roues.
Le résultat de toute cette
analyse est que les véhicules à moteurs-roues
consomment de 30% à 35% moins d’énergie en ville qu’un véhicule électrique à
moteur central, et 14% à 16% moins d’énergie sur la route. En considérant que les véhicules parcourent en moyenne 55% de
leur kilométrage en ville et 45% sur la route, on a donc une consommation mixte
inférieure de 25% environ pour des moteurs-roues. Enfin, pour un véhicule
hybride branchable qui fait la grande majorité de ses «kilomètres électriques»
en ville, on peut dire qu’un véhicule aura besoin
d’une batterie 30% plus petite s’il a des
moteurs-roues.
Très
cordialement
Pierre Langlois,
Ph.D.
physicien : consultant / auteur
tél: (418)
875-0380
***VOIR AU-DELÀ DES APPARENCES, GARDER L’ESPRIT OUVERT ET AGIR !
***Plus on s’informe et plus on en parle, plus ces inventions seront désirées et produites.
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