Laboratoire Transport et Environnement Les véhicules décarbonés Philippe Dupuy.

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1 Laboratoire Transport et Environnement Les véhicules décarbonés Philippe Dupuy

2 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Préambule Contexte environnemental

3 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Politique publique Que voulons nous faire ? Réduire les émissions de CO 2 contribuant à l’effet de serre, la dépendance aux énergies fossiles (en usage) Réduire les déplacements en véhicules thermiques Utiliser des carburants renouvelables Réduire la consommation de carburants pour chaque déplacement Réduire la mobilité, développer le TC, Acceptabilité économique, adhésion sociale Optimiser l’usage des véhicules (vitesse, navigation, eco-conduites, maintenance etc…) Ne plus exploiter les carburants fossiles Bilan global, difficultés techniques Réduire la pollution atmosphérique Transports = 25% Normes Mesures incitatives et coercitives ImpactDélai ImpactDélai ImpactDélai Développer et déployer des véhicules décarbonés Coût, difficultés techniques, mutations industrielles, bilan global…. ImpactDélai Paris Strasbourg : Voyageurs(/an) Avant / après TGV : Avion = - 400 000, Train = + 4 millions Exemple impact « mobilité »

4 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Définition du véhicule décarboné “La France va s’engager dès maintenant dans un vaste plan de recherche et de soutien aux véhicules décarbonés, c’est-à-dire des véhicules ayant les plus faibles niveaux d’émission de CO 2 possibles, qu’il s’agisse de véhicules entièrement électriques ou de véhicules hybrides rechargeables” (N.Sarkozy) Un mot nouveau !…

5 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Réduire les consommations en agissant sur le véhicule Réduire La masse des véhicules (Compatibilité avec confort et sécurité ?) (Actuellement : tendance inverse…) Optimiser l’aérodynamique et réduire les traînées de frottement Récupérer l’énergie perdue (freinage récupératif) Réduire la consommation des auxiliaires (Climatisation, Accessoires de confort…) Jusqu’à près de 50% de la consommation sur un Bus

6 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Pourra-t-on atteindre 60 g CO 2 / km avec un véhicule essentiellement thermique ? Source : Rapport Syrota Clio, C3, 207…diesel (50 à 60 kW) 110 g CO 2 /km Clio, C3, 207…diesel (50 à 60 kW) 110 g CO 2 /km 80 g CO 2 /km ? Réduction potentielle des consommations du réservoir à la roue Ordre de grandeur du gain potentiel Downsizing (technologie déjà largement exploitée)10 à 25 % Combustion CAI (Control auto Ignition) pour moteurs essence10 à 15 % Commande électronique des soupapes10 % Taux de compression variable6 % Réduction des frottements internes5 % Alternateur haut rendement2 % Système de gestion de la charge batterie2 % 60 g / C0 2 possible pour les très petits véhicules, légers, peu équipés

7 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Introduction de l’électricité dans les chaines de traction des véhicules décarbonés Véhicule hybride (VH) : utilisation conjointe et optimisée d’un moteur thermique et d’un véhicule électrique (nombreuses configurations possibles) – stockage sur batteries Véhicule hybride rechargeable (VHR) : véhicule hybride que l’on peut recharger (Plug-in) – stockage sur batteries Véhicule électrique (VE): traction assurée essentiellement par une motorisation électrique (possibilité d’un « range extender ») Electricité stockée sur batteries / supercondensateurs Electricité captée (trolleybus) Electricité produite à bord (Pile à combustible = FCV) Solutions mixtes Tous types de véhicules… a priori Charge « conductive » lente, semi-rapide ou rapide = pour un VL : 3kW, 7 à 10 kW ou 20 kW

8 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Complémentarité des solutions (*) 1 kWh de carburant = 0,1 à 0,3 kWh d’énergie mécanique 1 kWh d’électricité = 0,7 à 0,9 kWh d’énergie mécanique

9 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Les véhicules hybrides

10 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Moteur thermique = transformateur irréversible Polluants Fonctionnement sans émissions locales de polluants possibles Grande autonomie Système de couplage Les véhicules hybrides : Principe général Nécessaire Optimisation Nécessaire Optimisation Moteur électrique = transformateur réversible Faible autonomie Réservoir d’énergie fossile Recharge éventuelle Recharge éventuelle Stockage d'énergie Stockage d'énergie

11 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Micro-hybrid : Le moteur électrique sert uniquement à démarrer le moteur thermique après chaque arrêt (fonction stop & start).Il peut aussi faire de la récupération au freinage. Mild-hybrid : En plus des fonctions précédentes, le moteur électrique assiste le moteur thermique dans des phases d’accélération (fonction booster) Full-hybrid : Le moteur électrique est également capable d’assurer seul la propulsion du véhicule (mode tout électrique ou ZEV). ZEV = Zero Emission Vehicle Niveaux d’hybridations Le moteur « roue » Doc Michelin

12 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Optimisation indispensable et complexe (ex : modèle énergétique Prius 2) Elaborer une loi de commande permettant d’avoir une stratégie prospective de gestion de l’énergie Doc INRETS

13 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Les véhicules électriques E.Hospitalier (1888) « La Nature » : Il est bien certain que l’emploi de l’énergie électrique à la traction des véhicules ne restera pas indéfiniment limité à quelques échantillons qui ne sont, aujourd’hui encore que des objets de curiosité »

14 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Concepts associés, régulièrement évoqués : La récupération d’énergie en décélération L’hybridation des sources d’énergie L’assurance « autonomie » via un « range extender » Une nouvelle ingénierie financière Les points durs : Faible énergie massique Performances (autonomie, vitesse, confort…les côtes ?) Coût/ Fiabilité / sécurité des batteries Réseau (Qui ? Quand ? Comment ? Lente / rapide ?...) Contraintes (Temps de recharge…) Mutation industrielle Le contexte du véhicule électrique Les avantages reconnus : Pollution atmosphérique / Bruit Rendement Réversibilité Les émissions de CO2 en usage Recyclage (à confirmer) Entretien réduit Les grands débats techniques : Quel est le « vrai » bilan CO2 ? Les batteries : Achat ? Location ? Capacité du réseau ? Impact sécurité ? Nécessité d’une concomitance entre le développement des marchés et le développement de l’infrastructure 1900 = - de 10 000 véh. Thermiques en France Déjà 10 stations service à Lyon

15 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Véhicule électrique : les marchés niches visés en priorité Achat ou location individualisée Livraison Flotte captive Services urbains Quelques % du marché Véhicule Particulier Autolib < 20000 unités / an en France Déploiement simplifié

16 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Le problème essentiel du stockage et de la production d’électricité Thomas Alva Edison : « Je vais rendre l’électricité si bon marché que seules les riches pourront se payer le luxe d’utiliser des bougies »

17 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Les batteries Source NREL <100Coût (€/kWh)1100800

18 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Les super-condensateurs Stockage tampon : -Effets « boost » -Récupération d’énergie

19 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Ordres de grandeurs 60 l de carburant fossile ~ 1 t de batteries Lithium ou 3,5 t de batteries au plomb. Intérêt du photovoltaïque ? La recharge complète d’une batterie de VE ~ 4 H avec 40 m2 de panneaux photovoltaïques (dans le futur : 25 m2) Véhicule Autonomie électrique Consommation (*) Energie Poids batterie plomb Poids batterie Lithium Petit véhicule 100 km160 Wh/km16 kWh500 kg100 kg Minibus120 km500 Wh/km60 kWh2000 kg400 kg Source IFP (*) : consommations P moy Véhicule = 57 kW/t Coût de la consommation d’énergie : Essence ou diesel / électrique ~ 4 à 5

20 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Membrane H 2 (sortie) H 2 ( entrée ) Anode Réaction Electrochimique Air Chaleur Eau Catalyseur Cathode e-e- Membrane Plaque bipolaire H2H2 Air La pile à combustible : schéma de principe

21 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Deux approches à l’étude PAC hybridée par des batteries ou supercondensateurs (= récupération d’énergie, diminution du stress) Tout PAC Dessins : source PSA

22 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Bilan Thermique Stop/start VH VHR VE FCV H2H2 X X X XX X X Autonomie électrique 0 Quelques mètres Environ 2 kms De 20 à 30 kms annoncés 60 à 80 kms pour un QL / Objectif >100 kms pour un VL > 400 kms annoncés (prototypes roulants) Réduction émissions CO2 Référence 5 à 10 % sur cycle urbain (avec congestion) > 30 % en cycle urbain 20 % NEDC ~30% sur un autobus 60 g/km annoncés pour un véhicule type « Prius » (Cycle NEDC) Aucune émission locale (sauf si on utilise un réformeur embarqué) Inrets Retour d’exp. (*) Données C. (*) Norvège, Canada… NEDC : New European Driving Cycle Données C.

23 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Conditions du succès « Business models » viables Acceptabilité des usagers (budget, confort, simplicité…) (Problème critique sur les véhicules électriques) Maitrise des défis technologiques (batteries…) Développement des infrastructures : optimisation de la distribution électrique (Pour les véhicules hybrides rechargeables et les véhicules électriques) – problème spécifique pour les véhicules à PAC Bilan « cycle de vie » / « puits à la roue » positif pour l’environnement

24 Laboratoire Transports et Environnement (LTE) Philippe Dupuy Merci de votre attention Philippe Dupuy Directeur du laboratoire environnement de l’INRETS philippe.dupuy@inrets.fr Merci de votre attention Philippe Dupuy Directeur du laboratoire environnement de l’INRETS philippe.dupuy@inrets.fr