Véhicule électrique : enjeux et perspectives technologiques

02/04/2013
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2013-1:3922

Résumé

La  voiture  électrique  est  née  avec  l’automobile.
En 1899, un prototype électrique baptisé « La Jamais Contente » se payait le luxe de battre ses cousines à moteur thermique en inscrivant le premier record de vitesse au-dessus des 100 km/h. Cet exploit traduisait déjà le potentiel technique que portait la technologie électrique.
Ensuite, au fil des années, même si le moteur à combustion  interne  s’est  finalement  imposé,  la  voiture électrique n’a jamais complètement disparu du panorama  automobile.  Tous  les  constructeurs  ont mené leurs projets de véhicules électriques, allant du prototype à la petite série (rarement plus de mille voitures à la fois).
L’histoire  du  véhicule  électrique  est  ainsi  ponctuée d’initiatives  permettant  d’expérimenter  en  grandeur réelle l’usage de flottes électriques, souvent destinées à des utilisateurs institutionnels (EDF, municipalités, etc.).
Ces  nombreuses  expérimentations  prouvent  que le véhicule électrique a toujours représenté une alternative potentielle aux véhicules à moteur thermique.
Ces  expériences  ont  permis  d’accumuler  un  savoirfaire  important.  C’est  particulièrement  vrai  pour  Renault,  qui  a  multiplié  pendant  près  de  cent  ans  les expériences,  souvent  basées  sur  l’électrification  de véhicules de série


Véhicule électrique : enjeux et perspectives technologiques

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	    <date dateType="Updated">Thu 26 Jan 2017</date>
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En 1899, un prototype électrique baptisé « La Jamais Contente » se payait le luxe de battre ses cousines à moteur thermique en inscrivant le premier record de vitesse au-dessus des 100 km/h. Cet exploit traduisait déjà le potentiel technique que portait la technologie électrique.<br />
Ensuite, au fil des années, même si le moteur à combustion  interne  s’est  finalement  imposé,  la  voiture électrique n’a jamais complètement disparu du panorama  automobile.  Tous  les  constructeurs  ont mené leurs projets de véhicules électriques, allant du prototype à la petite série (rarement plus de mille voitures à la fois).<br />
L’histoire  du  véhicule  électrique  est  ainsi  ponctuée d’initiatives  permettant  d’expérimenter  en  grandeur réelle l’usage de flottes électriques, souvent destinées à des utilisateurs institutionnels (EDF, municipalités, etc.).<br />
Ces  nombreuses  expérimentations  prouvent  que le véhicule électrique a toujours représenté une alternative potentielle aux véhicules à moteur thermique.<br />
Ces  expériences  ont  permis  d’accumuler  un  savoirfaire  important.  C’est  particulièrement  vrai  pour  Renault,  qui  a  multiplié  pendant  près  de  cent  ans  les expériences,  souvent  basées  sur  l’électrification  de véhicules de série
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REE N°1/2013 27 LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE Patrick Bastard Renault Introduction La voiture électrique est née avec l’automobile. En 1899, un prototype électrique baptisé « La Jamais Contente » se payait le luxe de battre ses cousines à moteur thermique en inscrivant le premier record de vitesse au-dessus des 100 km/h. Cet exploit tradui- sait déjà le potentiel technique que portait la techno- logie électrique. Ensuite, au fil des années, même si le moteur à combustion interne s’est finalement imposé, la voi- ture électrique n’a jamais complètement disparu du panorama automobile. Tous les constructeurs ont mené leurs projets de véhicules électriques, allant du prototype à la petite série (rarement plus de mille voi- tures à la fois). L’histoire du véhicule électrique est ainsi ponctuée d’initiatives permettant d’expérimenter en grandeur réelle l’usage de flottes électriques, souvent destinées à des utilisateurs institutionnels (EDF, municipalités, etc.). Ces nombreuses expérimentations prouvent que le véhicule électrique a toujours représenté une alter- native potentielle aux véhicules à moteur thermique. Ces expériences ont permis d’accumuler un savoir- faire important. C’est particulièrement vrai pour Re- nault, qui a multiplié pendant près de cent ans les expériences, souvent basées sur l’électrification de véhicules de série. La vraie révolution que s’apprête à vivre le monde de l’automobile dans les années à venir ne réside donc pas dans le fait de concevoir des véhicules électriques, mais bien dans la capacité de l’industrie automobile et, plus généralement de tous les acteurs de la mobilité électrique, de permettre l’émergence à grande échelle de ces véhicules. Même si les véhi- cules électriques ne représentent encore qu’une très petite partie du marché mondial, tous les indicateurs montrent que la dynamique est lancée vers un mar- ché de masse. Si l’émergence du véhicule électrique est aujourd’hui possible, c’est grâce à la convergence, Véhicule électrique : enjeux et perspectives technologiques The concept of electric vehicles is as old as the automotive industry itself. However, it is only recently that its true industrial growth has boomed to such an extent. An entire ecosystem has to be invented and not just a new vehicle technology. This is possible today since recently electric vehicles have received more technological, environmental, economic and societal oppor- tunities than they have received ever before. From a technical point of view, there are three main domains that have shown big improvements during the very last years: battery, electric powertrain (machine & inverter) and charging solutions (including intelligent navigation system for autonomy optimization). Even if the technical state of the art in these three domains makes it possible to go to mass production now, technical progress will go on in order to improve more and more performances and economics efficiency of electrical vehicles. Furthermore, in addition to technical progress concerning the car itself, it is important to keep in mind that electrical vehicles have really to be considered in the global context of electricity production and distribution. Communication between car and infrastructure as well as control of EV charge through optimized strategies are also key issues in order to take advantage as much as possible of a large EV fleet, from a technical point of view but also from an environmental one. This is also a big challenge, especially in the context of emerging smart grids. ABSTRACT Figure 1 : Prototype de camionnette électrique Renault datant de 1924. 28 REE N°1/2013 LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE Figure 2 : Estimation des émissions de CO2 du puits à la roue sur FLUENCE, calculées sur cycle standard européen de type NEDC. Source : Etude “Well-to-Wheels Analysis of Future Automotive Fuels and Powertrains In the European Context”, JRC-EUCAR-CONCAWE, v3 Nov. 2008 : http://ies.jrc.ec.europa.eu/WTW - Consommations énergétiques et émissions de CO2 homologuées sur cycle européen règlementaire NEDC. pour la première fois depuis que l’automobile existe, de l’en- semble des critères de réussite : environnementaux, tech- nologiques, économiques et sociologiques. Tous ces critères permettent aujourd’hui à Renault de proposer une gamme complète de véhicules électriques cohérente avec les usages de ses clients. Si la maturité du véhicule électrique est aujourd’hui suf- fisante pour lancer le marché, les recherches pour encore améliorer les performances et diminuer le coût de la mobilité électrique sont bien sûr au cœur des projets d’innovation de Renault, souvent associé à des partenaires pour étendre le périmètre au-delà du véhicule lui-même et optimiser l’ensemble de l’éco-système : véhicule, infrastructure de recharge électrique, système d’information… Le véhicule électrique : un enjeu de société Réduire les émissions de CO2 : un challenge pour l’industrie automobile Globalement, les transports automobiles (véhicules par- ticuliers et utilitaires) sont à l’origine d’environ 12 % des rejets de CO2 à l’échelle mondiale. Si l’automobile ne doit donc pas cristalliser tous les efforts en matière de réduction d’émissions de CO2 , il n’en est pas moins vrai qu’elle a sa part de responsabilité dans l’accroissement de ces émissions. L’industrie automobile doit donc aussi apporter des solutions pour contribuer à la réduction globale des émissions de CO2 . C’est précisément ce que visent tous les constructeurs automobiles en faisant progresser leurs moteurs thermiques (Diesel et essence) et en travaillant l’architecture de leurs véhicules afin de réduire la consommation de carburant, tout en réduisant aussi de façon drastique les rejets de particules polluantes. Le véhicule électrique : seule solution en rupture Tous ces efforts sur les véhicules à motorisation Diesel ou essence sont indispensables et aucun constructeur ne saurait aujourd’hui baisser la garde sur ce qui continuera à repré- senter dans les 20 ans à venir une part encore très impor- tante du marché automobile. Mais en parallèle, le véhicule électrique représente la seule véritable rupture qui permet d’annuler les rejets de CO2 lors du roulage. Cependant, pour que cette rupture soit réelle pour l’environnement, encore faut-il que le véhicule électrique ne reste pas marginal mais puisse rapidement représenter une part non négligeable du marché mondial. C’est pour cela que Renault a été dès 2011 le premier constructeur à déployer une stratégie volontariste de production de masse de véhicules électriques, anticipant une part de marché mondial pour le véhicule électrique pou- vant aller jusqu’à 10 % en 2020. Une approche globale, « du puits à la roue » Bien sûr, en matière de rejets de CO2 , il est important pour un véhicule électrique de considérer le cycle complet dit « du puits à la roue », décomposant les émissions en deux parties : du puits à la prise (production d’électricité) et de la prise à la roue (zéro pour un véhicule électrique). Dès lors, le bilan REE N°5/2012 29 Véhicule électrique : enjeux et perspectives technologiques en émission de CO2 pour 100 km parcourus dépend aussi en grande partie du parc de centrales électriques. La figure 2 montre quelques comparaisons pour une Fluence essence, puis Diesel puis électrique et cela pour différents parcs de production d’électricité. Certes, la méthode de calcul et les hypothèses retenues (par exemple : rejets moyennés sur tout le parc de pro- duction ou prise en compte de la « monotone de charge ») peuvent modifier à la marge les estimations de CO2 . C’est un sujet complexe qui sans nul doute fera encore l’objet de nombreuses études. Mais quoi qu’il en soit, la comparaison résumée figure 2, basée sur une méthodologie et des hypo- thèses rigoureuses, montre que le gain environnemental du véhicule électrique serait déjà très important avec le parc européen de production d’électricité actuel (62 g CO2 /km). L’hypothèse d’école la plus défavorable, qui consisterait à considérer un hypothétique parc de centrales au charbon ex- clusivement (technologie de type Europe) conduirait encore à des rejets de CO2 légèrement plus faibles que ceux des meilleurs véhicules à combustion thermique d’aujourd’hui. Toutes les initiatives pour développer les énergies renou- velables seront un bras de levier efficace pour aller vers une mobilité à zéro CO2 , ce qui est déjà presque le cas en France compte tenu de la nature du parc de production (nucléaire et hydraulique représentant plus de 80 % de la production nationale d’électricité). Ainsi, à l’échelle mondiale, si la production d’électricité est aujourd’hui à 67 % d’origine fossile, l’objectif fixé par l’ONU est d’inverser radicalement cette tendance en passant à 67 % d’électricité produite à zéro émission de CO2 en 20501 . Cette tendance à l’échelle mondiale place immanquable- ment le véhicule électrique sur une trajectoire de réduction drastique des émissions de CO2 du puits à la roue. N’oublions pas que la part de l’électricité renouvelable en Europe est déjà passée de 14 % en 2000 à 20 % en 2010 ! Des usages de l’automobile adaptés au véhicule électrique L’urbanisation est un phénomène mondial. En 2007, plus de 50 % de la population mondiale vivait dans des zones urbaines ou suburbaines. On estime que cette proportion passera la barre des 70 % à l’horizon 2050. D’ailleurs, ce chiffre est déjà atteint aux Etats-Unis ou en Europe. Dans ce contexte, l’usage de la voiture évolue vers des déplace- ments plus courts pour lesquels le temps de trajet devient un paramètre plus important que la distance elle-même. Par exemple, conduire pendant deux heures dans une zone urbanisée peut souvent correspondre à une distance assez 1 Rapport d’activité et de développement durable EDF 2010, page 21. courte, de l’ordre de 50 à 100 km. Ainsi, aujourd’hui, en Eu- rope, 87 % des déplacements quotidiens sont inférieurs à 60 km. Cette évolution des usages automobiles rend tout à fait pertinent un véhicule dont l’autonomie est comprise entre 150 et 200 km, ce que les progrès technologiques rendent désormais possible avec des motorisations électriques. Progrès technologiques : état de l’art et perspectives La rupture technologique la plus évidente quand on passe d’un véhicule essence ou Diesel à un véhicule électrique, c’est bien sûr le système de motorisation lui-même. Cepen- dant, d’autres aspects technologiques doivent également être pris en compte pour comprendre à la fois ce qui rend possible, dès maintenant, l’émergence d’un vrai marché de masse pour le véhicule électrique, mais aussi les sources de progrès pour la mobilité électrique du futur. Moteur électrique Optimiser le GMP électrique pour le véhicule électrique : un exercice complexe et multi-critères Le groupe moto-propulseur est au cœur du véhicule élec- trique. Schématiquement, il comprend une machine élec- trique, alimentée par une batterie via un convertisseur de puissance. Si les technologies de machines électriques sont connues depuis longtemps, leur utilisation dans le cadre de la pro- duction de masse de véhicules est inédite. Elle ouvre tout un champ d’innovation et d’optimisation, y compris sur des technologies a priori classiques (machines synchrones, asyn- chrones, à réluctance…). Les choix technologiques sont tirés par des contraintes multiples, dont les deux axes principaux sont le coût et les performances. En termes de performances dynamiques (couple, vi- tesse), les moteurs électriques sont, de façon assez générale, Figure 3 : Structure de base simplifiée d’un GMP électrique. 30 REE N°1/2013 LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE plutôt meilleurs que les moteurs à combustion interne. Par exemple, à basse vitesse, il est possible d’avoir avec certains moteurs électriques un couple important. Cela confère aux véhicules électriques un comportement dynamique toujours apprécié par les conducteurs. Ce plaisir de conduite est d’ail- leurs renforcé par le fait que la gamme complète de vitesse véhicule peut être couverte avec un seul rapport de démulti- plication, ce qui évite l’usage d’une boîte de vitesses, et rend la conduite très souple et reposante. Cependant, dans le détail, toutes les technologies de moteurs ne se valent pas et le res- pect d’un cahier des charges « performances dynamiques » sur un cycle de conduite varié (ville, route, autoroute, sur le plat, en montée, etc.) peut amener les constructeurs à faire des choix différents. Ces choix peuvent aussi dépendre de la nature du véhicule à motoriser (poids, architecture sous ca- pot…). Une des difficultés, dans cet exercice, est de prendre en compte la multiplicité des points de fonctionnement liés à des cycles de roulage et à des situations diverses. Les choix sont donc des compromis et ils ne peuvent pas se faire sur la base du point de fonctionnement nominal du moteur. Réduire les coûts : une priorité Le coût du moteur est un poste important dans le coût total du véhicule, et il est important de bien en maîtriser tous les paramètres, dont le coût matière. Par exemple, un moteur à aimants permanents a une puis- sance massique supérieure à celle d’un moteur à rotor bobi- né, mais il nécessite l’utilisation de terres rares dont le coût et l’approvisionnement constituent deux contraintes à ne pas négliger dans une stratégie industrielle. Pour des puissances moyennes et des véhicules de taille moyenne, le choix de la technologie à rotor bobiné peut donc s’avérer pertinent. Si on pousse le raisonnement encore un peu plus loin, on peut même envisager des technologies de moteurs dont la puissance massique est encore un peu plus faible, mais dont la structure est encore plus simple : c’est le cas par exemple du moteur à réluctance. Il s’agit là d’une techno- logie très simple, très robuste, dont l’intérêt tient autant de la réduction du coût matière que de la réduction des coûts associés au process de fabrication. Malheureusement, et comme souvent, cette technologie présente aussi des incon- vénients qu’il s’agit de réduire. Par exemple, le contrôle de la machine, et les performances acoustiques et vibratoires sont des verrous à lever, car ils ne permettent pas aujourd’hui de respecter des cahiers des charges automobiles. C’est pourquoi ce type de motorisation fait l’objet de programmes de recherche, dont le but est finalement de faire évoluer et d’optimiser une technologie connue depuis longtemps pour un domaine dans lequel elle n’a jamais été utilisée. Le rendement est un paramètre clé Les moteurs électriques ont un excellent rendement, comparés à leurs cousins essence ou Diesel. C’est un des deux atouts majeurs de la traction électrique (le second étant la réversibilité permettant de récupérer de l’énergie au frei- nage). On pourrait donc penser que ce critère est assez peu différenciant d’une technologie à l’autre. Ce serait oublier que 1 % de rendement supplémentaire, en première approche, peut se traduire par 1 % d’autonomie supplémentaire, ou encore, à autonomie constante, par « 1 % de batterie en moins ». Quand on sait que le coût de la batterie est un poste important dans le coût total d’un véhicule électrique, on comprend que la chasse au rendement soit capitale dans la conception du GMP électrique. De façon plus générale, c’est là mettre l’accent sur un paradigme plus global dans la conception d’un véhicule électrique : l’énergie est précieuse et doit être utilisée avec la plus grande parcimonie. C’est vrai au niveau du GMP lui-même, mais c’est vrai plus globale- ment au niveau du véhicule complet. Optimiser le rendement du GMP électrique présente deux difficultés qu’il faut avoir en tête. La première d’entre elles, c’est que le rendement dépend du point de fonctionnement. Il est donc hors de question de ne considérer que le point de fonctionnement nominal du moteur. C’est bien la globalité du rendement sur des cycles de roulage complet qu’il faut pouvoir considérer. Cela oblige à développer des outils de simulation dynamique, qui rendent possible le couplage de simulations 3D permettant d’appréhender le moteur dans sa complexité et des outils de simulation « système » (0D/1D) permettant de cartographier le rendement sur des cycles de roulage, qu’ils soient norma- lisés ou propres au constructeur afin de mieux prendre en compte la diversité des usages clients. La seconde difficulté réside dans le fait que le moteur lui- même ne doit pas être dissocié du convertisseur de puis- sance permettant de contrôler le moteur et les transferts d’énergie avec la batterie. C’est bien une optimisation globale qu’il faut faire. Convertisseur électronique de puissance En matière d’électronique de puissance, les technologies suivent le rythme de l’évolution des semi-conducteurs. Mais l’ouverture des marchés automobiles (environ 80 millions de véhicules vendus chaque année) ouvre un vaste champ d’application qui justifie le développement de technologies spécifiques. Deux champs d’innovation permettent d’envisager des ruptures, non pas tant sur les performances elles-mêmes, déjà au bon niveau aujourd’hui, que sur le coût global du sys- REE N°5/2012 31 Véhicule électrique : enjeux et perspectives technologiques tème : les composants électroniques d’une part et la topolo- gie des convertisseurs d’autre part. Concernant les composants, si les MOSFET sont adap- tés aux GMP de faible puissance (petits véhicules), les IGBT constituent aujourd’hui la technologie de référence pour réaliser les interrupteurs commandés des convertisseurs de puissance. Des programmes de recherche ambitieux permettent d’explorer des technologies nouvelles. Citons par exemple le nitrure de galium (GaN). Cette technologie, déclinée sur des composants de puissance, permettrait d’augmenter très sensiblement la température de fonctionnement des puces. Ainsi, le système de refroidissement pourrait être minimisé, ce qui globalement, à l’échelle du GMP complet, pourrait générer des réductions de coût substantielles. Concernant la topologie même des convertisseurs, on pourrait penser que tout, ou presque, a déjà été inventé. Ce serait oublier qu’on s’attache désormais à optimiser un péri- mètre qui n’a jamais encore été exploré : la production de masse de GMP électrique pour la traction automobile. Ainsi, par exemple, les synergies potentielles entre le convertisseur et la machine électrique elle-même ont permis à Renault de concevoir une architecture très spécifique de chargeur- onduleur intégré baptisé « Caméléon », qui permet de faire de la charge rapide à partir d’une borne à courant alternatif jusqu’à 43 kW. Architecture véhicule Si le véhicule électrique existe depuis plus de cent ans, la production de masse ne commence vraiment que mainte- Figure 4 : Charge alternative (AC) : une solution reposant sur une topologie originale de convertisseur et permettant de réduire les coûts d’infrastructure afin de développer la charge rapide (entre 20 et 43 kW). Figure 5 : Les quatre véhicules électriques commercialisés par Renault en 2011-2013 ©Renault Marketing-3D commerce. Figure 6 : Kangoo bi-mode VELROUE (moteurs-roue à l’arrière, moteur thermique à l’avant) : projet soutenu par l’ADEME auquel Renault a participé avec plusieurs partenaires dont Michelin – ©Renault Communication. 32 REE N°1/2013 LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE nant. Cela change radicalement la façon de concevoir le véhi- cule dans son ensemble. En effet, dès lors qu’on n’envisage que la fabrication d’une petite série, la seule solution raison- nable est d’électrifier un modèle de voiture existant déjà en version essence ou Diesel. Mais la production de masse permet de reprendre la conception du véhicule et d’envisager une architecture globale spécifique à la traction électrique. Cela ouvre la porte à des innovations qui sans nul doute transformeront l’automobile en profondeur. Par exemple, quand Renault conçoit une Kangoo ou une Fluence électriques, c’est encore dans l’esprit de la première génération (électrification d’un véhicule existant). En revanche, quand Renault conçoit Twizy ou ZOE, sans équivalent essence ou diesel, nous sommes déjà dans l’esprit de la deuxième génération de véhicules électriques. Sans nul doute le passage à l’électrique représente-t-il un espace de créativité que les ingénieurs automobiles, forts de leur 100 ans d’histoire collective guidée par les moteurs à combustion interne, n’investiront que progressivement. Il y a là encore des marges de progrès. Prenons un exemple simple. Le « moteur-roue » qui consiste à intégrer un moteur électrique dans la roue, est une solution élégante, mais elle impacte l’ensemble du véhicule. Cette solution, travaillée par plusieurs constructeurs, dont Renault, est encore loin de la version industrialisable. Beaucoup de pro- blèmes restent à traiter, tant techniques qu’économiques, pro- duit ou process. Cependant, par les portes qu’ouvre ce type de solution sur l’architecture globale du véhicule, elle fait partie des pistes à explorer. Batterie La batterie est un élément clé qui impacte fortement l’archi- tecture même du véhicule, son autonomie et son coût. Il suffit pour s’en convaincre de garder en tête les ordres de grandeur suivants : pour environ 200 km d’autonomie, il faut compter entre 200 et 300 kg de batterie et quelques milliers d’euros. La technologie Li-ion a permis au cours des dix dernières années une vraie rupture en matière de performances. C’est grâce à cette rupture que l’autonomie du véhicule électrique est aujourd’hui compatible avec de nombreux usages auto- mobiles. Compte tenu des enjeux techniques et économiques, les technologies de stockage continuent aujourd’hui de faire l’ob- jet de nombreuses recherches. C’est le cas pour les batteries Li-ion, puisque sous cette appellation générique se cache en vérité une multitude de technologies différentes. Schématiquement, on peut mentionner que les études portent aujourd’hui sur l’électrochimie elle-même, mais aus- si sur le packaging et le contrôle-commande de la batterie (BMS : Battery Management System). Concernant l’électrochimie, les recherches peuvent por- ter sur l’électrode négative où le défi est de mettre au point des matériaux capables d’augmenter la capacité de stockage, sur l’électrode positive où le défi est d’augmenter la tension mais aussi sur l’électrolyte lui-même. Enfin, des électrochi- mies en rupture telles que le lithium-air sont également à l’étude dans les laboratoires, mais encore loin des applica- tions industrielles. Figure 7 : La technologie Li-Ion permet une vraie rupture dans l’autonomie disponible. Figure 8 : Schéma de principe d’une batterie Li-Ion. REE N°5/2012 33 Véhicule électrique : enjeux et perspectives technologiques Optimisation énergétique Dans un véhicule électrique, l’énergie est le facteur clé. Il est donc nécessaire de revoir en profondeur la façon dont elle est gérée et utilisée. Bien sûr, le GMP est au cœur de l’efficacité énergétique du véhicule, mais au-delà du GMP lui- même, ce sont toutes les fonctions du véhicule utilisant de l’énergie qu’il convient d’optimiser. Par exemple, le chauffage et la climatisation constituent des postes de consommation importants qui impactent l’autonomie du véhicule. Cela justifie le développement de solutions innovantes telles que pompe à chaleur, pare-brise athermique, etc. L’optimisation énergétique du véhicule passe aussi par la réduction des frottements. Des pneus à l’aérodynamique du véhicule, des solutions sont d’ores et déjà déployées alors que d’autres sont encore à l’étude. Tout aussi important que la conception physique du véhi- cule, le contrôle du système permet d’interpréter les com- mandes du conducteur et de piloter les organes physiques. Les lois de contrôle ne se réduisent pas au seul GMP, puisque c’est bien l’ensemble du véhicule qui est impacté par l’électri- fication (freinage avec la fonction de récupération d’énergie, chauffage, climatisation, etc.). Le véhicule électrique est nécessairement « intelligent » Dans la liste des ruptures technologiques qui ouvrent aujourd’hui la voie vers la diffusion de masse des véhicules électriques, il est absolument nécessaire de considérer la généralisation des systèmes de navigation. En effet, si l’auto- nomie intrinsèque d’un véhicule électrique est importante, il est aussi fondamental de pouvoir informer le conducteur en temps réel sur l’état de charge de sa batterie (c’est le rôle du BMS) mais plus utilement encore sur sa capacité à atteindre sa destination et éventuellement sur la façon optimale d’uti- liser les points de recharge disponibles : c’est bien là le rôle des systèmes de navigation et d’information qui changent complètement la façon d’appréhender la notion d’autonomie et qui sans nul doute participeront au développement des véhicules électriques. Optimisation véhicule-infrastructure La connexion véhicule-infrastructure, tant pour les échanges d’énergie que pour les transferts d’informations, est un sujet vital. De nombreuses technologies restent à dé- velopper pour le véhicule électrique (charge par induction, transmission de données sans fil ou par courants porteurs…), avec toujours le contexte normatif et la standardisation en point de mire. Le véhicule électrique est beaucoup plus intimement lié à son infrastructure énergétique que ne peuvent l’être les véhi- cules essence ou Diesel. De prime abord, le développement des véhicules électriques représente une charge supplémen- taire pour le système de production, transport et distribution d’électricité. Certes, mais avec sa capacité de stockage et de gestion intelligente de la charge, une flotte importante de véhicules électriques représente aussi une vraie opportunité technique et économique pour mieux exploiter un réseau électrique intelligent (« smart grid »), en particulier si des énergies renouvelables intermittentes composent une partie du parc de production. Figure 9 : La charge par induction, en complément de la charge filaire qui restera indispensable encore longtemps, est une piste de progrès pour faciliter la recharge des véhicules électriques dans des conditions bien spécifiques et maîtrisées. Cette technologie prendra encore des années à se développer, car les obstacles techniques et normatifs sont importants. 34 REE N°1/2013 LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE Patrick Bastard Ingénieur Supélec, docteur en Sciences Physiques et HDR de l’Université de Paris XI–Orsay, a com- mencé sa carrière chez Schneider Electric dans le domaine de la protection des réseaux de distribution d’énergie élec- trique. Il a ensuite rejoint Supélec en tant que professeur, puis chef du département « Systèmes d’Energie et Electro- technique ». En 2005, il a rejoint Renault pour contribuer au développement des systèmes mécatroniques embarqués. Il est maintenant responsable de la Direction de l’Elec- tronique et des Technologies Avancées et président de la filière 3EA (Electrique, Electrotechnique, Electronique, Auto- matique). L'AUTEUR Cette synergie entre d’une part un parc important de véhicules électriques représentant une capacité de stockage globale très élevée et d’autre part un réseau électrique où les moyens de production sont de plus en plus répartis et intermittents (par exemple : éoliennes) est porteuse d’une grande valeur2 . Pour faire émerger cette valeur et la parta- ger entre les différents acteurs (constructeurs automobiles, compagnies d’électricité, clients), c’est un véritable éco-sys- tème qu’il faut inventer, dans lequel smart grids et mobilité électrique permettent d’aller vers une plus grande efficacité énergétique de tout le système électrique. De la gestion intelligente de la charge en fonction de l’état de contrainte du réseau au V2G (vehicle to grid) en passant par le V2H (vehicle to home), bien des pistes d’innovation porteuses de valeur sont encore à explorer. Conclusion Depuis la naissance de l’automobile, le véhicule électrique a toujours été considéré comme une alternative potentielle ou une offre complémentaire aux véhicules à moteur thermique. A l’heure où l’automobile doit contribuer à limiter les émis- sions de CO2 , où la mobilité urbaine se développe de plus en plus, où les solutions de mobilité doivent se démocratiser bien au-delà des pays industrialisés du 20e siècle, à l’heure où les progrès technologiques permettent une autonomie électrique 2 Le lecteur se portera sur ce point à l’article de Bruno Dobrowolski d’ERDF. compatible avec la majorité des cas d’usage de l’automobile, à l’heure encore où les technologies de l’information et de la communication rendent possibles des fonctions de guidage et d’assistance dans une infrastructure intelligente, à l’heure enfin où s’ouvre un 21e siècle qui devra apprendre à substi- tuer des sources d’énergie renouvelable aux hydrocarbures, le développement du véhicule électrique apparaît comme une voie incontournable vers la mobilité de demain ! Certes, la transition vers le véhicule électrique ne se fera pas en quelques années et les moteurs à combustion interne cohabiteront longtemps encore avec leurs cousins élec- triques, sujets eux aussi de progrès en termes de consom- mation et de rejet de particules. Mais la dynamique est aujourd’hui lancée et plus aucun constructeur automobile ne peut ignorer la vague de l’électrification des véhicules, quelle que soit la forme privilégiée. Bien sûr, les difficultés existent. Il ne sert à rien de les nier, mais il ne serait pas non plus responsable de se retrancher derrière ces difficultés pour justifier un immobilisme sans avenir. Toutes les grandes mutations technologiques ont eu leurs précurseurs et leurs détracteurs. Elles se sont toutes heurtées à des difficultés technologiques et économiques dont l’ingéniosité et la volonté des scientifiques, des indus- triels et des politiques ont fini par avoir raison. L’essor de l’automobile au début du 20e siècle ne s’est pas fait en un jour. On a oublié aujourd’hui ceux qui n’y croyaient pas… Figure 10 : Un parc important de véhicules électriques représente une opportunité pour le réseau de transport et de distribution d’énergie électrique, mais cela nécessitera le développement d’algorithmes et de technologies de contrôle-commande spécifiques. Nous n’en sommes encore qu’aux balbutiements. Photo©Schoehuys,Robert/CGEyedream