L'hybridation, ça s'explique!

La motorisation hybride, telle qu'on la connait sur les véhicules à usage personnel, fait partie de notre paysage depuis 1997, année où la Toyota Prius fut lancée. Pourtant, encore aujourd'hui, et malgré la prolifération du système hybride sur de nombreux modèles, plusieurs acheteurs ne savent pas exactement comment fonctionne ce type de propulsion. Et cela devient encore plus ardu lorsque l'on hésite entre deux modèles hybrides et qu'il faut les évaluer.

De façon toute simple, l'appellation hybride réfère au mode de propulsion qui offre deux sources de puissance. Cette forme de propulsion n'est donc pas exclusivement réservée aux véhicules électriques-essence mais peut également s'appliquer à tous moyens de transport combinant deux sources de puissance. Par exemple, certaines locomotives, certains sous-marins et plusieurs autobus sont propulsés par un moteur diesel combiné à une motorisation électrique, que ce soit par le moyen de fils électriques ou par l'entremise d'un ensemble plus ou moins important de batteries. Un véhicule hybride se compose typiquement d’un moteur à essence et d’un réservoir à essence pour sa partie fossile. Le réseau électrique du véhicule se compose lui d’un moteur électrique, d’un générateur et de batteries.

Dans une configuration à essence uniquement, la motorisation utilise le carburant fossile du réservoir à essence pour faire tourner les roues par le biais de la transmission. Par contre, dans le cas d'une voiture purement électrique, la motorisation puise son énergie d'un ensemble de batteries. Cette énergie est ensuite distribuée aux roues par l'entremise de la transmission. On serait donc porté à augmenter le nombre de batterie afin de fournir plus d'énergie au moteur. Logiquement c'est ce qu'il faudrait faire mais en augmentant considérablement le nombre de batteries, on fait prendre énormément de poids à la voiture. Et plus la voiture est lourde, plus elle demande d'énergie pour avancer. On se trouve alors dans une boucle sans issue. C'est pourquoi, dans un véhicule électrique, on amène en renfort la motorisation à essence. L'hybride obtenue permet donc de faire diminuer considérablement la consommation d'essence tout en gardant une bonne puissance.

General Motors, qui s'associe dans ce domaine avec Mercedes et BMW a développé son propre système hybride baptisé « Two mode hybrid ». Ce système offre effectivement deux modes. Le premier agit en parallèle et permet au véhicule de fonctionner de trois façons, à condition d’opérer à basses vitesses et légèrement chargé. Il est donc possible de fonctionner en mode totalement électrique, totalement à essence ou une combinaison des deux. L’autre mode agit plutôt en série. Surtout utilisé sur autoroute ou lorsque la demande de puissance est forte, les deux moteurs agissent de concert afin de fournir le maximum de puissance aux roues. Dans le cas de la nouvelle Volt, il s’agit d’une configuration en série, c’est-à-dire, seul le moteur électrique propulse les roues motrices.

Trois sortes d’hybrides sont présentement sur le marché, ou en voie de le devenir. La première configuration, la plus connue est celle dite en parallèle. Les mouvements des moteurs thermique et électrique sont additionnés mécaniquement. Ces voitures sont capables de fonctionner en tout électrique. La Toyota Prius, la Nissan Altima, les Lexus Rx400h, GS450h, LS600h et d'autres utilisent des variantes de ce principe.

La deuxième configuration, de plus en plus répandue, est celle en série. C'est en réalité une voiture électrique dotée d'un groupe électrogène. Le moteur thermique ne fait qu'alimenter un générateur électrique, il peut donc tourner à régime optimal. Les batteries permettent de stocker l'énergie de façon transitoire et éventuellement de rouler en "tout électrique". Le freinage est bien sur régénératif. La Chevrolet Volt illustre cette technologie.

Quant à la dernière version, elle est toujours en développement mais s’approche rapidement d’une commercialisation. On parle d’hybride branché, pour faire référence au fait qu’il sera possible de la brancher dans une prise électrique domestique standard afin de recharger les piles du véhicule. Qu'il soit série ou parallèle, le véhicule peut se recharger sur le réseau électrique, ce qui permet, pour les petits trajets quotidiens, de l'utiliser comme une voiture électrique. Ainsi la Chevrolet Volt permettrait à ses utilisateurs de rouler un maximum de 60 km par jour sans utiliser d'essence, en rechargeant les batteries la nuit. Le moteur thermique est remis en route lorsque les batteries sont épuisées.

Améliorer l'économie d'essence

La plupart des véhicules hybrides utilisent le principe du freinage régénératif. Il s'agit en fait de récupérer l'énergie perdue au moment du freinage. Habituellement, cette énergie est perdue par la chaleur qui se dégage lors des arrêts. Mais dans le cas du freinage regénératif, cette énergie est récupérée dès que l'on appuie sur la pédale de frein. Ce principe nous donne l'impression d'avoir affaire à un puissant frein moteur mais il s'agit en fait du moteur électrique qui agit comme un générateur d'électricité. Les roues qui tournent permettent de faire tourner le générateur à son tour qui lui, s'occupe de recharger les batteries. Donc plus le véhicule roule vite, plus les freinages sont bénéfiques à la recharge des batteries.

Certains véhicules hybrides ont aussi une fonction d'arrêt de la motorisation à essence. Comme les véhicules n'ont pas toujours des besoins nécessitant le moteur à essence, il est possible de désactiver la motorisation pour ne se fier qu'au moteur électrique. De concert avec les batteries qui sont sources d'énergie, toutes les fonctions vitales du véhicule peuvent rester en fonction.

On exploite également beaucoup l'aérodynamisme sur ce type de véhicule. Comme la résistance de l'air représente une grosse dépense d'énergie, il est normal d'essayer de la limiter le plus possible. Une des façons de le faire est de concevoir des véhicules très profilés, souvent associés à la forme de la goutte d'eau. On essaie également de limiter les objets qui contribuent à la résistance en plaçant par exemple des enjoliveurs de roues pleins et en substituant les rétroviseurs par des caméras.

Hybride en parallèle

Ce type de configuration permet à la voiture d'être propulsée par les deux motorisations simultanément. On a donc droit à une combinaison de puissance où le moteur électrique vient aider celui à essence. Ils agissent de concert pour faire avancer le véhicule. Le mot parallèle vient mentionner ici que les deux modes de propulsion travaillent indépendamment et fournissent chacun leur énergie au véhicule. Ce type de motorisation est moins cher à produire que celui en série et comporte moins de pièces, ce qui permet d’offrir le véhicule à un prix tout de même abordable.

La Honda Insight

La nouvelle Insight d'Honda est en fait une version simplifiée du système hybride parallèle. Une motorisation électrique est intimement couplée à un moteur à essence et permet d'assister ce dernier. Honda l'a d'ailleurs baptisé « Integrated Motor Assist » ou IMA. Le moteur électrique a plusieurs mandats dont celui d'assister le moteur à essence lorsque celui-ci est fortement sollicité. Le moteur électrique peut également agir en tant que régénérateur d'énergie en transformant l'énergie du freinage en source d'énergie facilement stockable dans les batteries. Ce type de configuration permet également d'utiliser la motorisation électrique pour faire démarrer le véhicule, ce qui rend inutile la présence d'un démarreur. Dans cette configuration, la motorisation électrique ne peut pas à elle seule propulser le véhicule.

Hybride en série

La version en série de l'hybride possède les mêmes composants mais son agencement est différent. Dans ce cas, la motorisation à essence fournie de l'énergie à un générateur. Ce générateur peut, par la suite, recharger les batteries ou fournir de l'énergie au moteur électrique qui fait avancer le véhicule. En utilisant ce principe, une voiture peut être propulsée exclusivement par la motorisation électrique sur une certaine distance et à une certaine vitesse maximale. Lorsque les capacités électriques sont épuisées, le moteur à essence démarre afin de recharger les batteries et aider à faire avancer le véhicule. On doit donc en conclure que dans ce type de configuration, la motorisation à essence ne fait pas avancer directement le véhicule.

La Toyota Prius

La Prius utilise le système THS pour « Toyota Hybrid System » que Toyota commercialise également sous le nom « Hybrid Synergy Drive ». C'est en réalité une hybridation typiquement parallèle à laquelle vient s'ajouter une importante partie en série. La Prius est donc capable d'accélérer en mode électrique jusqu'à une vitesse de 24 km/h, à condition d'accélérer de façon réfléchie et graduelle.

Dans le cas de la Prius, un module s'occupe de gérer la source de la puissance. Ce module, communément appelé le répartiteur de puissance (Power split device) réunit le moteur à essence, le générateur et le moteur électrique. Ce dispositif permet donc à la Prius d'opérer autant en mode parallèle qu'en mode série. Rappelons qu'en tant qu'hybride parallèle, le moteur électrique peut déplacer le véhicule seul, le moteur à essence peut déplacer le véhicule seul, ou une combinaison des deux peut s'effectuer. Opérant en tant qu'hybride en série, le moteur à essence peut tourner de façon indépendante à la vitesse du véhicule, rechargeant les batteries ou procurant de la puissance pour avancer. Ce module agit également en tant que CVT et démarreur.

Il est incontestable que la voiture hybride devrait s’améliorer encore plus. Augmenter la part de l’électrique dans le fonctionnement de la voiture et trouver un moyen afin de rendre le recyclage des batteries plus propre. Il semble bien que l’avenir de l’hybride est prometteur même si l’objectif à terme est de développer une motorisation qui se passerait totalement de l’énergie fossile.

Quelques liens intéressants

http://www.hybridsynergydrive.com/fr/start.html
http://www.gm.ca/gm/french/vehicles/chevrolet/volt/feature2010
http://www.honda.ca/HondaCA2006/Models/Insight/2010/default?L=F