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Motorisations hybrides : que faire ?

Thierry Mahé

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- Et si Toyota avait raison ? Pour revenir dans la course, les constructeurs européens misent sur la micro-hybridation, et les américains sur le tout-hybride. Solution d'attente ou définitive, l'hybridation profite des ratés de la pile à combustible.

Pendant combien de temps les constructeurs laisseront-ils Toyota faire cavalier seul ? Depuis huit ans déjà, le constructeur japonais connaît un triomphe planétaire avec sa Prius, le premier - et quasiment le seul ! - véhicule hybride commercialisé, qui allie la puissance d'un moteur thermique à la propreté et au confort d'une traction électrique. C'est en effet un cas presque unique dans la longue histoire de l'automobile, qu'un constructeur s'arroge durablement un monopole, sur un marché qui a cessé d'être une niche. Mais, à partir de 2007, la concurrence va se mettre en place. Reste que, depuis décembre 1997, le japonais a pris une avance technique et commerciale telle que les autres constructeurs font figure d'outsiders. Ajoutons à cela que Toyota, qui vient de ravir à Ford le rang de deuxième constructeur mondial derrière GM, jouit d'une extraordinaire santé financière, et donc d'une capacité accrue d'imposer sa vision de l'automobile "propre". Mieux : Toyota serait à l'équilibre sur la vente des Prius, grâce à la cession de ses licences.

Lorsque le constructeur lance la première version de la Prius, ce n'est qu'un objet de curiosité, à peine plus qu'un concept-car. Une analyse plus attentive aurait cependant permis de déceler son volontarisme. Par la stratégie industrielle mise en place, d'abord. Pour gérer ses courants forts, Toyota n'a-t-il pas développé ses propres composants de puissance (IGBT) ! De même, dès le début, le japonais a scellé une alliance forte dans le secteur clé des batteries, par la création d'une société commune avec Matsushita. Et le gouvernement japonais a d'emblée soutenu la stratégie du constructeur, en offrant une prime aux acheteurs de la Prius, à hauteur de la moitié de son prix !

Une consommation réduite en cycle urbain

Et ensuite, tout a conforté Toyota dans le mode de propulsion hybride. Ce qui était prévisible, comme ce qui ne l'était pas ! Ce qui était prévisible, c'est évidemment le fantastique essor économique de la Chine et de l'Inde, qui aura pour effet le doublement de la consommation de carburants fossiles, et donc le renchérissement continu du prix du pétrole. L'hybride, qui réduit de 25 % la consommation en cycle urbain, est donc un must. Ce qui était plus incertain, c'est la vitesse à laquelle la pile à combustible (qui fournit de l'électricité à partir d'hydrogène en bouteille, ou d'essence via un reformeur) et les batteries de grande capacité du type lithium-ion ou batteries chaudes allaient trouver leur maturité. Et cela a été plus long que prévu puisque les batteries à haute performance arrivent à peine, et que l'avenir de la pile à hydrogène est repoussé, au mieux à la décennie prochaine.

Ce temps gagné est précieux. Car la propulsion hybride suppose la maîtrise d'un ensemble de technologies fort éloignées de l'automobile. Et qui va susciter de nouveaux acteurs industriels ou la suprématie de quelques équipementiers.

Des technologies à adapter

Ainsi la publicité faite à TM4, filiale d'Hydro-Québec et grand champion des chaînes cinématiques électriques et hybrides. Dassault ne s'y est pas trompé, qui a pris 18 % de participation dans TM4. Ou encore le coup de projecteur porté sur Batscap, la filiale de Bolloré pionnière des batteries lithium-ion polymère. Ou l'avènement, désormais inéluctable, des supercapacités : à mi-chemin entre des condensateurs et des batteries, elles absorbent et réinjectent l'énergie en un temps très bref. Ou encore, l'intrusion de la science des courants forts... avec ses convertisseurs continu/continu, ses onduleurs, ses IGBT, etc. Rien à inventer, mais plutôt à adapter des technologies plus familières au ferroviaire !

Pour donner un ordre de grandeur, la Toyota Prius a fixé un standard dans le full hybrid, qui exige une puissance de l'ordre de 50 kW, soit des courants de 100 A sous 500 V. On est bien loin du 42 V, tant attendu il y a dix ans !

De même, Valeo ne va évidemment pas en rester à son coup de maître du "Stop & Start" ! Michel Forissier, directeur du développement du domaine efficacité de la propulsion chez l'équipementier indique : « La prochaine étape sur notre road map, c'est le freinage récupératif, à l'aide de batteries à haute performance ou de supercapacités. » C'est-à-dire une fusion toujours plus étroite entre l'énergie mécanique et l'énergie électrique du véhicule. « Avec le Stop & Start, nous avons réalisé un gain de 12 % en cycle européen, sans remettre en cause l'architecture du véhicule, c'est-à-dire 5 kW sous 12 V. Avec le freinage récupératif, nous allons encore gagner 5 %. Et en plus, grâce à l'assistance au couple, il sera possible de mieux dimensionner le moteur thermique. » Pour autant, Valeo travaille sur des projets d'hybridation beaucoup plus forte... « C'est-à-dire sur le court, le moyen et le long terme, tant le domaine est foisonnant et incertain ! »

À gros trait, on peut supposer que le phénomène hybride va imposer un "Yalta", qui détermine trois zones, l'Europe, l'Amérique du Nord et la zone asiatique (voire encadré ci-dessus). En Europe, on peut douter que le tout-hybride se développe vraiment avant dix ans - outre Toyota et, dans une moindre mesure, Honda, qui font leur propre loi. En effet, le marché européen est presque à moitié "diesélisé" et les constructeurs ont investi des sommes considérables pour abaisser la consommation. De plus, le phénomène ZEV (Zero Emission Vehicle), cher aux Californiens, est encore inconnu en Europe, où l'on préfère durcir régulièrement les normes d'émission. En conséquence, sur des véhicules déjà très sobres, la motorisation hybride n'apportera pas un avantage décisif, ramené au surcoût. Le terrain n'est pas favorable aux grandes ruptures technologiques, mais la micro-hybridation a très certainement un avenir radieux.

Malgré ces réserves, un constructeur comme Opel tente de réussir la fusion entre hybride et diesel, sur l'Astra 1.7, en associant un moteur de 125 ch et une double motorisation électrique placés à l'intérieur du carter de la boîte de vitesses - une technologie dérivée des bus hybrides. Mais l'Astra est présenté comme un démonstrateur et non comme le premier véhicule du groupe GM commercialisé en Europe (prévu en 2007).

Les Européens sont encore attentistes

Volkswagen, lui, est à classer parmi les tenants de la faible hybridation, bien qu'il déclare sa version de la Golf TDI full hybrid. Il suffit de comparer l'énergie du moteur thermique diesel 85 kW à celle de l'assistance électrique : 15 kW. En revanche, le constructeur allemand semble déterminé à lancer une version commerciale de sa Golf ECO Power, en Europe, sous deux ans.

Même la Smart dispose d'un prototype hybride développé par Zytech... auquel MCC n'a toujours pas donné son feu vert. Mais il y a peu, Louis Schweitzer déclarait dans une interview bilan que l'hybride diesel était certainement une solution d'avenir... mais qu'elle ne faisait pas encore l'objet d'un programme chez Renault. Un attentisme que semble confirmer Carlos Ghosn à son entrée en fonction. Un observateur du petit monde des nouvelles propulsions confirme : « Il y a six ans, tous les constructeurs européens avaient un projet hybride. Entre temps, il y a eu régression. »

Outre-Atlantique, c'est la ruée vers l'hybride

L'Amérique du Nord, voilà l'Eldorado du tout-hybride ! Sur des véhicules lourds du type pick-up ou SUV (Sport Utility Vehicle), gros consommateurs d'essence (voire encadré). Pour s'en convaincre, il suffit de suivre l'évolution de la Prius au regard de la puissance électrique. De l'ordre de 30 kW sur la Prius 1 ; 50 kW sur la deuxième génération... plus de 100 kW sur son système E-4. Ainsi, les derniers véhicules de la marque, le Harrier Hybrid et le Kluger Hybrid. Le moteur thermique est un V6 de 3,3 litres qui, associé aux deux moteurs électriques (avant de 120 kW et arrière de 50 kW), permet d'atteindre une consommation (mixte urbain/extra-urbain) de 5,6 l/100 km, contre 9 ou 10 l/100 km pour des véhicules de classe équivalente. Non seulement l'hybridation permet un gain immédiat, mais elle participe d'un réel agrément de conduite (moins de bruit, d'à-coups, de vibrations) et aussi de la bonne conscience des conducteurs de "chars".

Mais outre-Atlantique, les constructeurs ne vont pas laisser Toyota leur couper l'herbe sous le pied ! À commencer par les Big Three. Tous offrent une technologie concurrente. Pour seul exemple, Renault, présent sur le marché nord-américain avec sa marque Nissan, mise sur l'hybride. Honda est déjà présent avec le Civic IMA. Hyundai avec son modèle Getz annonce, par exemple, des ventes de 300 000 unités à l'horizon 2010. Il est vrai que le constructeur estime à 50 % la part des ventes de véhicules hybrides en 2030...

Cela dit, la course à l'hybride sera épuisante pour tous. Tout d'abord, il faudra combler le colossal fossé creusé par Toyota. D'ailleurs, il est déjà quasiment impossible de le contrer sur tous ses brevets. Le constructeur japonais en avait déposé 300 pour la Prius 1... et il en a déposé 530 pour le Hybrid Synergy Drive de la Prius 2. Épuisant aussi, parce que les constructeurs ont aussi "des billes" à mettre dans d'autres technologies, d'autres efforts de recherche à déployer.

Il y a là une véritable ligne de démarcation. Certains considèrent la propulsion hybride comme une fin en soi. Toyota est dans ce camp, même s'il développe des prototypes à pile à combustible (PAC). D'autres, dont les plus vibrants défenseurs de la filière hydrogène (PAC) comme DaimlerChrysler, ne l'admettent qu'en tant que transition vers le tout-électrique. L'annonce, en décembre 2004, du partenariat que DaimlerChrysler tisse avec General Motors dans l'hybride, en a surpris plus d'un... Mais il est vrai que les deux groupes sont parmi le plus impliqués dans la propulsion à hydrogène. La stratégie est alors tout à fait cohérente : gagner du temps et de l'argent sur ce que l'on considère être une étape et "miser le tout" sur ce qu'on pense être l'avenir. Jean-Philippe Kempf, de GM, conclut : « Notre ambition, c'est de licencier un jour notre technologie de pile à combustible, au même titre que Toyota licencie sa technologie hybride ! » Ce qu'a déjà accompli GM, non pas avec un constructeur... mais auprès de Dow Chemical.

Enfin, un marché de l'hybride qu'il ne faut pas négliger est celui des bus. Tout petit en volume (12 000 bus par an se vendent en Europe), il présente pourtant un impact environnemental très fort, en particulier dans le centre historique des villes. Irisbus se flatte, par exemple, d'avoir vendu trente véhicules hybrides série de dernière génération, en majorité sur le marché italien. Allison Transmission (GM), Lohr, Eneco... tous les constructeurs de bus ont en soute une version hybride ...

LES QUATRE STRATÉGIES POSSIBLES

Développer sa propre technologie - Ce que fait Honda, le constructeur le plus volontariste après Toyota. Avec l'Insight présentée dès 1999, la Civic IMA, puis l'Accord. En parallèle, il développe activement sa technologie FCX (pile à combustible). S'allier entre constructeurs - C'est le choix retenu par General Motors et DaimlerChrysler, qui produiront de gros pick-up sur une technologie commune : Chevrolet Silverado (GM) et Dodge Ram (DaimlerChrysler). Il est vrai que DaimlerChrysler investit des fonds considérables dans la pile à combustible. Acheter la technologie de Toyota - Et ce n'est pas déshonorant ! Le produit est au catalogue à moindre frais... et rien n'empêche de développer son propre système. C'est la stratégie de Ford, licenciant en partie la technologie Toyota sur son SUV Escape... mais sortant le premier 4X4 hybride aux États-Unis. Faire l'impasse - C'est apparemment la position, entre autres, de Renault en Europe. Laissant aux soins de sa filiale Nissan, bien ancrée aux États-Unis, de fabriquer 50 000 véhicules hybrides par an (Altima Hybrid) dès 2006... de technologie Toyota.

300 000 véhicules hybrides.

> C'est l'objectif de vente de Toyota pour 2005.

L'AVENIR EST-IL CHINOIS ?

C'est tout au moins le sentiment de Paul Terrien, directeur du Cereveh (Centre d'études et de recherches sur les véhicules électriques et hybrides). "D'abord, la Chine a un fort souci d'image et ambitionne de briser l'équation : pays en fort développement = pays pollueur. D'autre part, les ressources pétrolières de ce territoire sont très limitées. Et, par-dessus tout, il en va d'une stratégie industrielle. En effet, les normes environnementales ont terriblement alourdi le coût de développement des motorisations thermiques. Le ticket d'entrée est désormais hors de prix ! L'idée est donc de tirer parti d'une rupture technologique pour développer une filière automobile."

CIBLE DE CHOIX : LE "SUV"

Les SUV (ou Sport Utility Vehicles, en France on parle de "gros 4x4") représentent quasiment la moitié des ventes de véhicules de loisirs aux États-Unis. Et c'est le premier marché concerné par la propulsion hybride ! Deux raisons à cela : la consommation et le prix élevé de ces "monstres" gomment en grande partie le surcoût dû à la double motorisation. - Rien d'étonnant, donc, à ce que Toyota équipe son RX 400 haut de gamme (Lexus) d'une motorisation électrique de 200 kW couplée à un moteur V6 de 3,3 l !

VOTRE HYBRIDE, VOUS LE PRENEZ COMMENT ?

Il existe toute une panoplie de motorisations hybrides Hybride série - Le véhicule n'est entraîné que par la motorisation électrique alimentée soit par les batteries, soit par une génératrice de type groupe électrogène, fonctionnant au Diesel, à l'essence, au gaz... Une solution adaptée aux véhicules lourds comme les bus et les tramways. Hybride parallèle - Les motorisations thermiques et électriques fonctionnent de pair, généralement couplées sur le même arbre. La traction électrique intervient au démarrage, et fournit des à-coups d'énergie. Les batteries sont chargées par le moteur thermique et éventuellement par freinage récupératif. Le mode hybride se décline alors selon la part croissante que prend l'électrique sur le thermique (de l'ordre du kW à la centaine de kW)

"MICRO HYBRID"

- Typiquement, c'est le "Stop & Start" de Valeo, étrenné par PSA. Ici, l'alternateur fonctionne en mode moteur lors d'arrêts et de démarrages fréquents.

"MILD HYBRID"

- La motorisation électrique fournit de l'assistance au couple, mais ne fournit pas de traction, en particulier au démarrage. (Honda Civic IMA)

"FULL HYBRID"

- Ici, la gestion énergétique de la voiture joue en virtuose sur les deux types de moteur. Le nec plus ultra à ce jour est la Toyota Prius.

"HYBRID PLUG-IN"

- C'est une véritable bi-motorisation, puisque le véhicule dispose d'une grande autonomie électrique et peut se recharger sur secteur. Pour l'exemple, la Toyota Prius ne dispose que de 2 à 3 km d'autonomie électrique. DaimlerChrysler développe un PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle). Comme Valence Technology sur la base d'une Prius.

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