Création
2012
Mis à jour septembre
2012
Réflexions sur les
différents types de motricité d'un véhicule |
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Qu'entend-on par le motricité ?
Si l'on se réfère à la définition officielle du Larousse : la motricité c'est
« l'ensemble des fonctions nerveuses et musculaires permettant les mouvements volontaires ou automatiques du corps. »
Appliqué, par extension, de manière générique à l'automobile, la motricité comprend donc toutes les fonctions qui contribuent au déplacement d'un véhicule donc à sa conduite. Cela concerne donc principalement :
le tout contrôlé par le conducteur qui devrait, en principe, bien intégrer le fonctionnement de son véhicule pour en tirer le plus grand parti en matière de plaisir, d'environnement et d'économies énergétiques donc financières.
Remarque : |
Il paraîtrait que, dans le monde automobile, la définition de ''motricité" soit plus réductrice et se rapporte à tous les équipements et accessoires liés à l'adhérence d'un véhicule à la route. Dans la suite du document, on s'en tiendra à la définition officielle du Larousse, plus générale. |
Le préambule
On peut dire qu'aujourd'hui, le monde actuel est entré en récession généralisée même, si ça et là, certains pays s'en sortent mieux que d'autres. Dans le cadre de cette crise, les prix des matières premières et de l'énergie montent régulièrement ce qui forcent les pays aux économies. Les industries automobiles subissent le même contre coup avec les prix croissants du baril de pétrole.
La motricité de la voiture actuelle s'appuie principalement sur le moteur à combustion interne essence ou gasoil. La voiture électrique a toujours été boudée par les constructeurs plus ou moins contraints, je pense, par les différents lobbies, surtout pétroliers. Pourtant, plus du tiers des véhicules circulant au début du XXème siècle étaient électriques. Ces lobbies avancent le prétexte du difficile stockage de l'électricité dans des batteries ce qui est très vrai. Mais en réalité, ce sont surtout leurs gigantesques profits immédiats qu'ils veulent préserver, même au détriment de la planète quoi qu'ils en disent. En effet, on peut penser que l'avenir se portera sur une ''économie d'hydrogène'' dès que l'extraction industrielle du ''dihydrogène'' sera pérennisée. Ils se sentent donc très bien placés pour revendiquer le contrôle de l'extraction à partir des hydrocarbures fossiles, méthode plus appropriée, semble-t-il, à la production industrielle que d'autres méthodes, à partir de l'eau, par électrolyse, thermolyse ou autres. Bien entendu, la presse automobile a largement emboîté leurs pas en publiant et surpubliant des articles à la gloire des véhicules à moteurs à explosion, diesel en particulier, ce qui a poussé, à leur insu, les automobilistes à ne concevoir comme possible que les véhicules thermiques purs et, maintenant, écologie oblige, que les véhicules électriques purs sur batteries d'accumulateurs.
Il y a 4 types basiques de motricité :
- la motricité thermique,
- la motricité électrique,
- la motricité thermique électriquement assistée,
- la motricité électrique thermiquement assistée.
Peut-être qu'il y en a d'autres, hydrauliques, à air comprimé, solaires, éoliennes, etc... mais, aujourd'hui, ces dernières semblent ne pas être un enjeu notable dans l'esprit des constructeurs. Mais l'avenir, toujours ouvert, dira ce qu'il en sera !...
1°) - La motricité thermique pure
Par ''motricité thermique pure'' d'un véhicule, on désigne l'ensemble des équipements qui assurent les fonctions de gestion de l'utilisation d'un seul ou plusieurs moteurs à combustion interne dont l'énergie est fournie par de l'essence, du gasoil, du gaz principalement. Nous y sommes tous habitués puisqu'elle existe depuis fort longtemps et c'est celle qui est sous le capot de 90 % de nos voitures actuelles. L'ingénieur belge Jean-Joseph Etienne Lenoir imagina le premier moteur 2 temps à gaz d'éclairage aux alentours de 1860. Il est l'aboutissement de l'amélioration du moteur à air comprimé découvert par deux américains aux alentours des années 1825 et un peu plus fiabilisé par des ingénieurs français pour son utilisation dans les mines d'extraction et les tramways,de Nantes en particulier. L'utilisation d'un mélange air/carburant que l'on fait exploser dans une chambre de combustion en a fait bondir le rendement en augmentant le taux de compression et la puissance. De tout temps jusqu'à aujourd'hui, le moteur thermique à 4 temps a largement été préféré pour la plus grande majorité des voitures. À cause des problèmes de pollution, des recherches ont été entreprises sur le moteur à air comprimé non enrichi (sociétés MDI, Engine) comme un retour aux sources.
(liste non exhaustive)
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Remarques sur le moteur :
Empreinte écologique
La voiture à motricité thermique a une mauvaise empreinte écologique
En dehors de la pollution qu'elle génère elle-même naturellement en rejetant des composants chimiques dus la combustion incomplète du mélange air/carburant (description ici), elle a engendré avec le temps des aménagements infrastructuraux énergivores fortement polluants, mais à cause du faible coût des carburants dans la première moitié du XXème siècle, en plein essor de l'automobile, elle s'est implantée durablement et a même éclipsé la voiture électrique très diffusée, période ou les problèmes environnementaux étaient loin des préoccupations des industriels comme des usagers.
La motricité thermique essence produit des gaz fortement volatiles qui, sortis du pot d'échappement, rejoignent aussitôt la stratosphère ce qui fait que, dans les basses couches, on n'en subit beaucoup moins les méfaits.
La motricité thermique diesel produit
moins de CO² et consomme moins de carburant. Par contre, comme déjà
dit, et c'est très loin d'être anodin, elle produit des microparticules
non volatiles particulièrement cancérigènes qui restent
dans les basses couches et qui se fixent durablement dans les poumons.
Il faut noter de plus que la politique automobile
basée sur le diesel repose sur un contre-sens car, d'une part, le diesel
est plus cher à fabriquer que l'essence, que la France en importe puisqu'elle
n'en produit pas suffisamment et que, d'autre part, produisant plus d'essence
qu'elle en a besoin, elle en exporte !...
La motricité thermique au gaz se situe un peu mieux que les deux précédentes mais le transport de bouteilles de gaz liquéfié posent quelques problèmes d'encombrement, de poids et de sécurité générale et n'a donc pas le développement escompté.
Aujourd'hui, la législation ne prend en compte que le taux de CO² comme critère de référence des véhicules propres. C'est pourquoi la France a fait la promotion du diesel qui représente aujourd'hui un peu plus de 70% du parc. Paradoxalement, les véhicules diesel bénéficient donc d'avantages fiscaux et de primes qui étonnent car les propriétaires pollueurs ne sont pas les payeurs.
2°) - La motricité électrique pure
Par ''motricité électrique pure'' d'un véhicule, on désigne l'ensemble des équipements qui assurent les fonctions de gestion de l'utilisation d'un seul ou plusieurs moteurs électriques dont l'énergie est fournie par une batterie d'accumulateurs au plomb, au nickel, au lithium principalement. Le moteur électrique existe aussi depuis fort longtemps, un petit historique assez complet ICI. Le principe du moteur électrique a été découvert par le physicien anglais Peter Barlow en 1822. On notera que la voiture électrique, la ''Jamais Contente'', atteignit les 100 km/h pour la première fois en 1899 !...
(liste non
exhaustive)
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Remarques sur le moteur :
L'empreinte écologique
Depuis une bonne quarantaine d'années, l'environnement est au centre des préoccupations politiques. Les décisions sont longues et difficiles à prendre en raison des enjeux contradictoires auxquels le monde est confronté. Chaque pays cherche intensément les moyens de réduire ses déficits et, pour le sujet présent, de contrôler ses dépenses en énergie fossile, pétrole et gaz.
Les constructeurs automobiles tentent de répondre
à la question et propose la voie de la motricité électrique,
un retour à l'origine en quelque sorte. Ils ont entrepris de traiter
le problème du stockage de l'électricité. Les batteries
d'accumulateurs au plomb qui ont équipé les voitures
d'antan continuent d'être utilisées, ce sont celles que nous
avons actuellement dans nos voitures. Elles ne servent qu'à démarrer
le moteur du véhicule et très accessoirement pendant la marche.
Dans les années 1960, bien que son effet ait
été découvert aux alentours de 1830, la
pile à combustible (hydrogène) a été
développée par les américains pour la production d'électricité
de leurs missions Appolo dont tout le monde connaît l'alunissage de
la capsule Appolo
11 avec Neil Armstrong, Buzz Aldrin et Michael Collins. D'autres
types de batteries ont vu le jour, les batteries
Ni-Cd, Ni-Mh,
Lithium-Ion
et Lithium-Polymère
utilisées dans les ordinateurs, les appareillages électroniques,
les véhicules électriques d'aujourd'hui (Toyota, Renault, Peugeot,
Mitsubishi, Nissan, etc...).
Il y a, aujourd'hui, un solide consensus pour admettre que la voie de l'avenir
est effectivement le véhicule électrique.
La recharge des batteries étant un lourd handicap, le mieux, pour ne pas dire l'idéal, va vers la pile à combustible. On remplit son réservoir plutôt que l'on la recharge. Mais, surtout, la pile à combustible ''Hydrogène-Oxigène'' ou ''Hydrogène-air'' fait l'objet de toutes les attentions car elle ne pollue pas, ses réactions électrochimiques ne produisent que de l'eau.
Seulement, pour le moment, l'extraction industrielle de l'hydrogène, en très grande quantité dans les océans (eau) et les hydrocarbures fossiles, n'a pas encore de solution satisfaisante.
Les scientifiques ne prévoient pas la commercialisation des piles à combustible
avant la décennie 2040 !!...
Donc, en attendant, on en est réduit à la motricité électrique sur batteries et là, tout comme la voiture à motricité thermique,
la voiture à motricité électrique a une toute aussi mauvaise empreinte écologique,
bien entendu dans l'état actuel de la technologie des batteries d'accumulateurs.
Pourquoi ?
Parce que, venant après la motricité thermique déjà très fortement implantée, la motricité électrique demandera des investissements qui, immanquablement, conduiront à une consommation accrue d'énergie fossile donc une pollution accrue.
En effet :
Les acheteurs actuels de voitures électriques à batteries d'accumulateurs, se vantant d'avoir fait une bonne affaire en indiquant un coût de 1 € aux 100 km en oubliant de compter la location des batteries et le retour d'investissement, devront bien profiter d'une situation provisoire favorable mais risquent de tomber de haut le moment venu avec des voitures électriques ne valant plus rien à la revente. Ils pourront toutefois attendre 30 ou 40 ans pour installer, sans certitude, une pile à combustible dans le coffre de leur voiture à la place de leurs batteries d'origine !...
On pourrait citer encore d'autres raisons, mais celles-ci suffisent déjà amplement pour dire que
la motricité électrique sur batteries d'accumulateurs est très loin d'être satisfaisante
et de plus la pollution et les consommations d'énergie engendrées
seront probablement supérieures à celles de la motricité thermique actuelle.
La motricité thermique a donc encore quelques belles années voire de belles décennies devant elle.
3°) - Cependant, est-ce une raison pour baisser les bras ? Point du tout !...
Depuis une quinzaine d'années, les constructeurs investissent dans des solutions mixtes dites hybrides pour optimiser la consommation du moteur thermique en réduisant son utilisation grâce à une motricité électrique alimentée par batteries d'accumulateurs rechargeables
- par prises externes,
- par le moteur électrique qui, réversible, fonctionne alors en mode génératrice.
- par récupération de l'énergie normalement perdue lors des descentes, des freinages et des décélérations,
Dans ce type de solutions mixtes, il y a, en toute logique deux voies distinctes qui, dans certaines conditions, ont un fonctionnement très proche bien que leurs principes soient opposés. Ce sont ce que j'appelle d'une manière générale :
- la motricité thermique électriquement assistée,
- la motricité électrique thermiquement assistée. Cette dernière n'est actuellement pas très en vogue et très peu de modèle fonctionnent sur son principe.
- peut-être y a-t-il d'autres motricités, par exemple hydraulique à base de pompe à très haute pression, à air comprimé à base de compresseur pour alimenter des turbines mais je n'en ai pas connaissance pour l'automobile.
4°) - La motricité thermique électriquement assistée
Par ''motricité thermique électriquement assistée '' d'un véhicule, on désigne l'ensemble des équipements qui assurent les fonctions de gestion de l'utilisation d'un moteur thermique comme motorisation principale à essence, au diesel ou au gaz associée à un moteur électrique réversible auxiliaire, généralement moins puissant, ayant une autonomie électrique dépendant de la puissance de la batterie d'accumulateurs mais suffisante pour suspendre le moteur thermique (fonction ''Stop and Go'') à des fins d'économie de carburant, en ville en particulier ou bien de renfort du moteur thermique lors d'une forte accélération demandant plus de puissance. Généralement, cette motricité dispose d'un moyen de convertir en électricité les énergies potentielle, cinétique et inertielle normalement perdues lors des freinages, des descentes et décélérations qui participent à la recharge de la batterie.
Cette motricité présente tous les avantages de la motricité thermique pure sans certains inconvénients de la motricité électrique pure. Le véhicule dispose des deux motorisations, il est donc obligatoirement plus cher à l'achat et plus complexe :
Beaucoup de constructeurs proposent des modèles fonctionnant avec ce type de motricité généralement appelée ''hybrides-type'' ou tout simplement ''hybride''..
5°) - La motricité électrique thermiquement assistée
Par ''motricité électrique thermiquement assistée '' d'un véhicule, on désigne l'ensemble des équipements qui assurent les fonctions de gestion de l'utilisation d'un unique moteur électrique puissant comme motorisation principale donc tournant en permanence. Un groupe électrogène embarqué formé d'un moteur thermique, à essence, au diesel ou au gaz moins puissant, entraîne un autre moteur électrique fonctionnant en mode génératrice qui produit l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la motorisation électrique de la voiture.
Dans sa configuration la plus élémentaire, le moteur thermique tourne en permanence comme c'est le cas de 90 % des véhicules actuels. Cette configuration, qui peut surprendre, présente l'intérêt de faire tourner le moteur thermique à régime constant optimal puisqu'il est inadapté aux variations de régime, donc à consommation moyenne stable optimale quelque soit le profil du trajet.
Dans sa configuration plus élaborée, cette motricité peut comprendre une batterie d'accumulateurs suffisamment puissance pour assurer une autonomie de 40 à 100 km. Le groupe électrogène s'active automatiquement dès que le niveau minimum de charge de la batterie atteint 20 à 30 % et s'arrête aussi automatiquement dès que le niveau maximum de charge atteint 80 à 90 %. La puissance du groupe électrogène est plus puissante que ce qui est nécessaire pour faire, d'une part, avancer la voiture et l'énergie électrique excédentaire sert, d'autre part, à recharger la batterie.
Généralement, comme pour les hybrides, cette motricité dispose d'un moyen de convertir en électricité les énergies potentielle, cinétique et inertielle normalement perdues lors des freinages, des descentes et décélérations qui participent aussi à la recharge de la batterie.
En fin de compte, la solution transitoire est d'une évidence diabolique : puisque la motricité thermique est encore incontournable pour une bonne trentaine d'années si ce n'est plus et que la voie doit mener vers la motricité électrique incontestablement plus propre, pourquoi ne pas s'orienter de suite, pour anticiper l'avenir, vers une solution à motricité électrique qui utilise le moteur thermique dans des conditions les plus optimales de puissance, de consommation et de pollution pour éviter tous les inconvénients qui viennent d'être cités !...
Cette solution... vieille de plus de 70 ans !!... consiste à utiliser le moteur thermique pour faire tourner une génératrice productrice de l'énergie électrique nécessaire à la motricité électrique du véhicule.
Ce moteur thermique et cette génératrice qui forme donc tout simplement un groupe électrogène embarqué.
n'est donc, en rien là aussi une innovation mais ça marche !...
Vieille de 70 ans en 2012 !... Eh, oui !... Pour s'en convaincre, il suffit de se reporter :
- à la motricité du Normandie, 4 moteurs à propulsion turboélectrique, mis en service en 1935,
- à la motricité de la diesel-électrique de la SNCF 262 DB 1, mis en service en 1937,
- à la motricité du Queen Mary 2, 4 pods électriques alimentés par des turbines à gaz et des diesels électriques, mis en service plus récemment, en 2004.
- D'autres exemples de navires à propulsion électrique. L'article complet ici.
Cette configuration appliquée à l'automobile avait été proposée dans les années 1950 par un ingénieur de chez Panhard-Levassor qui, dès 1948, travaillait sur un prototype de voiture électrique. J'étais au lycée (1952-1959) et m'intéressais à l'époque au véhicule électrique ainsi qu'au moteur à piston rotatif en cours d'études par Felix Wankel. Il suggérait aussi qu'il était plus intéressant de remplacer l'unique moteur électrique sous le capot par un moteur suspendu plus petit dans chaque roue pour améliorer le rendement sur roue par transmission directe, supprimant ainsi, transmission par cardans, différentiel, boîte de vitesses. Le 10 juin 2007, la SNCF n'avait-elle pas équipé chaque boggie d'un TGV de "petits" moteurs électriques en remplacement d'un gros pour battre le record de vitesse sur rail à 574 km/h (article ici). Les médias télévisuels avaient alors parlé de "révolution" !... un peu usurpée quand même...
Pour des raisons de tenue de route, le moteur électrique pourrait se trouver dans la suspension comme l'avait adopté Léonardo Fioraventi pour sa ''Sensiva'' en conservant bien entendu une transmission par cardan.
Si l'on reprend toutes les raisons qui décrivent la mauvaise empreinte écologique de la motricité électrique, on s'aperçoit qu'elles tombent toutes les unes après les autres et que pour l'utilisation du moteur thermique, les inconvénients sont réduits notablement. On peut donc en faire le récapitulatif succinct suivant :
En ce qui concerne la partie thermique du véhicule :
En ce qui concerne la partie électrique du véhicule :
Cette configuration de véhicule électrique à base de groupe électrogène embarqué a strictement la même disponibilité et la même autonomie que les voitures actuelles. Elle a aussi les mêmes performances voire meilleures. En effet, les records de vitesse du TGV de la SNCF sont réalisés avec la motricité électrique et non thermique.
De mon point de vue personnel, c'est ce type de véhicule électrique que j'aimerais bien voir développer car, pour un passage en douceur, il est le maillon intermédiaire incontournable entre le véhicule thermique pur et le véhicule électrique pur. |
Devant sa relative facilité de réalisation compte tenu d'antécédents fructueux, cette configuration pour l'automobile a été rejetée depuis ces années 1950 jusqu'à nos jours. Elle aurait pu être adoptée depuis des lustres et il n'y aurait pas eu pléthore de gaspillage d'énergie fossile en manque de nos jours. Les lobbies multinationaux du pétrole ont toujours vu en elle une atteinte à leurs profits, j'en suis intimement convaincu. Ils ont de grandes accointances avec les gouvernements, aussi intéressés par ces profits, pour ajuster la législation à leurs intentions.
Je ne citerais qu'un seul exemple
pour illustrer cette accointante : l'installation des radars le longs des
routes et autoroutes, pas forcément aux endroits accidentogènes
soit dit en passant, a entraîné une réduction de la vitesse
moyenne des automobilistes provoquant une baisse de la consommation de carburant
de l'ordre de 2 % induisant alors une réduction des profits d'autant.
La parade ne s'est pas fait attendre : dès
le constat officiel, on a d'abord incité les automobilistes à
allumer leurs feux de croisement en pleine journée pour raison de sécurité
(!!!) ce qui se justifie peut-être dans les pays nordiques mais aucunement
chez nous où la luminosité est très grande. Comme par hasard,
coïncidence peut-être, l'augmentation de la consommation de carburant
pour alimenter en électricité ces feux de jour correspond justement
à ces 2 % perdus !... et le comble, maintenant, les nouveaux
véhicules en sont équipés en standard en prétextant
que c'est négligeable car ces feux de jour sont en réalité
des leds !!!...
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