Clefs n°61 Printemps 2013
Clefs n°61 Printemps 2013
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°61 de Printemps 2013

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 108

  • Taille du fichier PDF : 5,8 Mo

  • Dans ce numéro : les énergies bas carbone.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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84 Pour une meilleure utilisation de l’énergie Les transports électriques Véhicules hybrides et hybrides rechargeables, auto-partage de voitures à batteries électriques dans un nombre croissant de villes, communes se dotant de tramways électriques et de bus à hydrogène ou encore bateaux électriques, automobiles et avions bientôt équipés de systèmes de piles à combustible... La motorisation électrique connaît aujourd’hui un développement réel et touche tous les modes de transport. Un déploiement permis par les progrès réalisés dans la conception des batteries électriques. Son avenir repose notamment sur la mise en place d’infrastructures appropriées, la compétitivité économique de la mobilité électrique, la poursuite des travaux de R&D dans ce domaine, en particulier en matière d’autonomie des batteries, et l’adaptation des usagers à ce type de transport. Recharge du bus hybride rechargeable d’Irisbus sur la station de recharge rapide du CEA Grenoble. CLEFS CEA - N°61 - PRINTEMPS 2013 L a mobilité à venir peut être résumée en trois mots : propre, sûre et connectée. Étant donné la diversité des moyens de transport et des types de trajet, il n’existe pas de solution magique et universelle pour y arriver. Les véhicules thermiques vont continuer à fournir une part importante du parc pendant de nombreuses années encore. Cependant, les véhicules électriques vont prendre toute leur place dans le cadre de cette nouvelle offre. En effet, la mobilité électrique, sous toutes ses formes, permet de répondre à la fois aux défis environnementaux et énergétiques et à l’attente justifiée des populations pour une mobilité meilleur marché et plus pratique, notamment dans les pays émergents. Néanmoins, de nombreux challenges restent à relever, tels que la mise en place de nouveaux modèles économiques, l’établissement d’une nouvelle chaîne industrielle respectueuse de l’environnement, tenant compte dès sa conception de l’ensemble de la vie d’un véhicule (production, utilisation et recyclage), l’adaptation des infrastructures et l’adoption par les usagers de nouvelles habitudes de déplacement. Des débuts difficiles L’électrification des véhicules automobiles n’est pas une idée nouvelle. Les premiers moteurs électriques et les premiers accumulateurs rechargeables remontent au milieu du XIX e siècle. Quant aux premiers véhicules, ils datent de la fin du même siècle, dont la célèbre « La Jamais contente », qui atteignit une vitesse de 106 km/h en 1899 et parcourut un trajet CEA sans recharge de 307 km en 1901. Cependant, après un démarrage prometteur au début du XX e siècle, la motorisation électrique a été supplantée par la motorisation thermique. L’amélioration rapide des performances et de la fiabilité des moteurs, la baisse du coût du carburant, l’autonomie associée, la praticité d’usage avec l’essor des infrastructures (routes et stations-service) et l’arrivée d’un démarreur électrique ont eu raison de la traction électrique et de ses batteries au plomblourdes, chères et sans autonomie réelle. Au cours des années quatre-vingt-dix, le véhicule électrique (BEV pour Battery Electric Vehicle), équipé généralement de batteries nickel-cadmium (NiCd), a tenté une nouvelle percée, notamment en France. Sans plus de succès : seuls 10 000 véhicules ont été mis sur la route. Le coût, la durée de vie, l’assurance des batteries contre le risque ainsi que leur autonomie limitée ne répondaient pas aux attentes des usagers. En parallèle, les constructeurs automobiles ont développé la gamme des véhicules hybrides thermique/électrique (HEV pour Hybrid Electric Vehicle). Cette technologie offre des possibilités parfaitement adaptées à un usage diversifié de l’automobile. En ville, la conduite à vitesse faible et très variable profite du rendement élevé (de l’ordre de 90%) du moteur électrique. Les batteries, généralement de chimie nickelhydrure métallique (NiMH) et d’autonomie réduite (quelques kilomètres), sont rechargées par le moteur thermique positionné à son rendement maximal. Sur les trajets interurbains et sur autoroute, le moteur thermique reprend ses droits et assure une grande autonomie, liée au carburant liquide. Lancée en 1997, la Toyota Prius, pionnière des véhicules hybrides, a dépassé les 2 millions de modèles vendus. Même si le taux de pénétration des véhicules hybrides reste encore bas comparé à l’ensemble du parc automobile, nul ne doute que l’élan est donné. Ainsi, de nombreux constructeurs comptent désormais au moins un véhicule de ce type dans leur gamme. Véhicules électriques : un marché en émergence Le développement des batteries lithium (voir Des batteries pour la mobilité électrique, p.56), dotées de densités d’énergie massique et volumique accrues, acceptant de nombreux et rapides cycles
de charge-décharge et présentant des durées de vie améliorées, a conduit les constructeurs automobiles à lancer, à partir de 2010, une troisième tentative de déploiement de véhicules électriques. Les modèles proposés offrent des autonomies de 70 à 150 km, qui dépassent largement la distance moyenne parcourue quotidiennement par un automobiliste. Leur avantage est notable pour des usages urbains ou une utilisation locale à la campagne. Le nombre d’immatriculations, bien qu’encore très faible (0,2% du marché automobile français en 2011), est en augmentation : il a atteint en 2012 plus du double des immatriculations délivrées en 2011. Parmi les déploiements les plus significatifs figurent les Bluecar d’Autolib’, service d’auto-partage parisien, les Ion et les C-Zéro, et les véhicules utilitaires, de type Kangoo, commandés à 15 000 exemplaires par la centrale d’achats de l’État (Union des groupements d’achats publics) pour le compte d’une vingtaine d’entreprises publiques ou privées. De nouveaux véhicules électriques sont apparus au cours du second semestre 2012, avec notamment l’entrée remarquée de la Fluence. Toutefois, le décollage des ventes de véhicules électriques pourrait venir des petits véhicules urbains ou des quadricycles, qui proposent un compromis intéressant entre la sécurité, la maniabilité et la facilité de stationnement en environnement urbain par rapport aux voitures et aux scooters. Hybrides rechargeables et véhicules à hydrogène Pour répondre à la fois à la volonté de réduire les émissions polluantes, notamment en milieu urbain, tout en préservant une autonomie de plusieurs centaines de kilomètres, les véhicules hybrides évoluent avec l’apparition des véhicules hybrides rechargeables (PHEV pour Plug-in Hybrid Electric Vehicle). D’architecture comparable aux hybrides classiques, ces véhicules offrent une autonomie accrue en mode électrique, de 15 à 60 km, grâce à l’intégration d’une batterie lithium de plus grande capacité et la possibilité de la recharger à une prise taille du véhicule véhicule de livraison BEV véhicule urbain carburant électricité BEV deux-roues HEV et PHEV véhicule à passagers PHEV HEV pétrole, biocarburant, gaz naturel comprimé, carburant de synthèse... électrique. Les premiers véhicules en vente sont la Chevrolet Volt aux États-Unis, l’Opel Ampera et la Toyota Prius Rechargeable en Europe. Un pas supplémentaire dans la recherche d’une automobile propre à grande autonomie est franchi avec l’avènement des véhicules à pile à combustible (FCEV pour Fuel Cell Electric Vehicle). Des progrès significatifs dans la technologie des piles à combustible (PAC) ont été réalisés ces dernières années, aussi bien en termes de performance et de durée de vie, que d’intégration – utilisation de châssis standards pour des systèmes de 90 kW –, d’autonomie – la Toyota FCHV-adv (Fuel Cell Hybrid Vehicleadvanced) a parcouru 760 km sans émettre de gaz carbonique (CO 2), mieux que l'essence ! – et de coûts – réduction de 80% depuis 2002 conduisant, d’ici 2025, à un coût total de possession (1) comparable à celui d’un véhicule thermique ou à batterie, voir La compétitivité des déplacements électriques, p.87. Les retours des centaines de démonstrateurs, avec plus de 15 millions de kilomètres effectués et plus de 90 000 pleins, confortent les constructeurs automobiles comme Daimler, General Motors, Toyota, Honda ou Nissan, qui ont annoncé le lancement commercial de ce type de véhicule pour 2015. Une PAC de plus faible puissance (5 à 40 kW) est aussi intégrée comme prolongateur d’autonomie dans des véhicules, notamment utilitaires. L’autre défi à relever pour les FCEV est le développement d’une infrastructure hydrogène (H 2). Plusieurs centaines de stations H 2 sont déjà déployées à travers le monde et des initiatives de création de voies hydrogène se multiplient en Amérique du Nord, dans les pays scandinaves, au Royaume-Uni et en Allemagne, pays qui vise l’installation de 500 à 1000 stations d’ici 2020. L’évolution récente de la réglementation sur la circulation de véhicules à hydrogène sur la voie publique devrait favoriser les initiatives de même type en France (figure). (1) Le coût total de possession (CTP) représente l’ensemble des dépenses afférentes à la possession d’un véhicule : achat, entretien, réparations, consommation de carburant. autobus hydrogène distance Figure. Offre complémentaire de motorisations électriques pour le transport terrestre en fonction des usages. Elle permet de répondre à la diversité des types de trajet et aux attentes des usagers : véhicules électriques à batterie (BEV) pour les trajets à rayons d’action limités, véhicules hybrides thermique/électrique (HEV) et véhicules hybrides rechargeables (PHEV) pour un usage mixte urbain/moyennes distances et véhicules à pile à combustible (FCEV) pour les moyennes/longues distances, sans émission de CO 2. FCEV FCEV camion longue distance camion de livraison CLEFS CEA - N°61 - PRINTEMPS 2013 85



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