Dossier Hybride/Essence

sur le plan environnemental. Dans un premier temps, nous expliquerons le fonctionnement des différentes motorisations, puis nous étudierons et comparerons les différentes phases de vie des véhicules.

Explications

I.1: Motorisation thermique

Bien que le premier brevet concernant un moteur à explosion ait été déposé en 1807 par le suisse de Ribaz, on doit la première voiture à essence à Daimler Benz : c’est la “Daimler Benz Patentwagen”, crée en 1886. Depuis cette date, la voiture est en constante évolution, la première invention majeure étant l’amélioration du démarreur, en 1911 : plus besoin de manivelle, il existe désormais la démarreur électrique. La voiture a par la suite gagné en puissance, en autonomie, en confort, en sécurité.

Bien que les voitures actuelles n’aient plus grand chose à voir avec les premières, le principe est globalement resté le même : le carburant contenu dans le réservoir alimente le moteur, qui, par le biais d’une transmission, fait tourner les roues. L’aspect technique réside principalement dans le moteur : c’est lui qui va déterminer la puissance et la consommation du véhicule. Le moteur est donc l’élément le plus important du véhicule, c’est donc lui qu’il faut avant tout améliorer pour améliorer la voiture dans son ensemble.

_Le moteur à combustion

Egalement appelé moteur thermique, le moteur à combustion est le moteur équipant la majeure partie du trafic mondial. Son fonctionnement est simple : transformer l’énergie développée par une explosion en énergie mécanique. L’explosion du carburant mélangé à l’air qui a lieu dans la chambre met en mouvement le piston, qui transmet cette énergie à la bielle. Celle-ci entraîne un vilebrequin, qui transforme ce mouvement linéaire est mouvement rotatif. Les restes de l’explosion sont ensuite évacués par les tuyaux d’échappement.

Les moteurs de voitures actuels fonctionnant à essence utilisent un moteur à 4 temps. Ces 4 temps correspondent aux 4 étapes qui décomposent le cycle de rotation du moteur. Ce cycle est répété selon une fréquence variable pour obtenir la puissance et le régime désirés. Ces quatre étapes sont l’admission du mélange (par la/les soupapes d’admission), la compression du mélange (par le piston), l’explosion du mélange (allumé par la bougie) et l’échappement des restes (par la/les soupapes d’échappement).

On constate que le moteur ne “travaille” qu’un temps sur 4 : il lui faut donc une fréquence élevé e pour délivrer une puissance constante. D’autres part, les moteurs thermiques souffrent d’un autre handicap : le rendement. Le rendement actuel des moteurs est de l’ordre de 30%, ce qui veut dire que les deux tiers de l’énergie libérée par l’explosion sont perdus, en chaleur notamment.

Rm : Le fonctionnement du moteur Diesel diffère légèrement de celui du moteur essence. En effet, le moteur Diesel ne comporte pas de bougies d’allumage. L’explosion se fait donc spontanément : la proportion de carburant est plus importante que pour un moteur traditionnel. En sachant qu’une compression fait chauffer un gaz, le mélange, qui contient une proportion importante de carburant, n’a pas besoin d’allumage pour s’enflammer.

I.2: Motorisations électrique et hybride

La voiture électrique est apparue très tôt dans l’histoire de l’automobile, dans les années 1830. Jusqu’à la fin du XIXè siècle, la plupart des voitures étaient électriques. En plus d’être écologiques, elles étaient plus silencieuses et plus performantes que leurs rivales. Ce n’est qu’au début du XXè siècle que le moteur thermique connaît un véritable essor. Les voitures électriques de l’époque avaient une faible autonomie, et les batteries ne permettaient pas au moteur de délivrer autant de puissance qu’un moteur thermique.

Au cours du XXè siècle, la progression de la voiture électrique a été très lente. Seules les quinze à vingt dernières années ont apportés de réels progrès. Ils concernent principalement le stockage de l’énergie, avec l’apparition des batteries Lithium-Ion.

Comme on peut le voir sur cette image, la motorisation électrique est bien plus simple que la motorisation thermique. La transmission et le moteur sont plus petits, et les batteries peuvent être placées de manière à répartir les masses. Cette petitesse est cette simplicité permettent d’avoir des véhicules très petits et légers, ce qui est important pour économiser l’énergie. De plus, ces moteurs permettent de délivrer un puissance importante à une faible fréquence, ce qui permet, par exemple, d’accélérer rapidement lorsque l’on est à l’arrêt.

_Moteur électrique

Le moteur électrique est principalement constitué d’un stator (qui est fixe), et d’un rotor (qui tourne).Le stator entoure le rotor, et génère un champ magnétique qui le traverse. Ce champ peut être généré par induction, ou par des aimants permanents. Le rotor est constitué de bobines dont le fil est recouvert d’une couche isolante et de connecteurs. Il est solidaire de l’axe central du moteur. La motorisation hybride, quant à elle, couple les solutions électrique et thermique pour trouver le juste milieu entre puissance et écologie.

Comparatifs

II.1 Stockage d’énergie

L’essence peut être trouvé de différentes qualités sur le marché. Ces qualités se distinguent par leur indice d’octane (plus il est élevé, plus l’essence est de qualité). On trouve de l’essence d’indice 91, 95, 98, voire 100 par endroits. Cette qualité dépend de la méthode de raffinement du pétrole. De manière générale, l’essence présente les avantages (+) et inconvénients (-) suivants :

+ Potentiel énergétique énorme (9 438 Wh/kg, ce qui veut dire que l’énergie dégagée par l’explosion d’un kg d’essence délivre 9 438 Wh)

Mélange toxique, hautement inflammable et explosif

Produit des gaz toxiques lorsqu’enflammé

Produit des vapeurs toxiques et inflammables, invisibles à l’œil nu

Energie fossile, disponible en quantité limitée

Les batteries type Lithium Ion présentent, de manière générale, les avantages (+) et inconvénients (-) suivants :

Rechargeables en quelques heures

Compactes, et nettement plus légères que les autres batteries (pour la même puissance)

Recyclables

Potentiel énergétique nettement inférieur à celui de l’essence (entre 50 et 100 fois)

Fonctionnement limité lors de températures très basses (-20°)

Nécessitent un système de sécurité pour éviter la surchauffe de la batterie

En somme, le potentiel énergétique de l’essence est le seul argument en sa faveur. Le temps de recharge est également plus court que le système électrique, quelques minutes contre plusieurs heures. D’un autre côté, une batterie permet de “faire le plein” chez soi. A noter également que le stockage d’énergie dans une batterie comporte quelques avantages.

II.2 Production d’énergie

Essence

L’essence est une substance composée de pétrole raffiné et de divers additifs. Le pétrole chauffé à différentes températures permet d’obtenir différentes substances, notamment les plastiques, le kérosène, des gaz (butane, propane) et de l’essence. Il faut chauffer le pétrole à environ 180° pour obtenir ce liquide fin et très explosif. Le raffinement est un procédé chimique toxique et néfaste pur l’environnement.

Electricité

La voiture électrique se voulant une voiture “propre”, l’électricité qu’elle consomme se doit également d’être propre. Il existe trois principales sources propres d’électricité : l’éolien, le solaire, et l’hydraulique.

Les centrales hydrauliques créent généralement un réservoir d’eau avec un échappatoire par lequel l’eau s’écoule, entraînant des turbines génératrices. Ces centrales possèdent un rendement élevé et ne dépendent pas du climat.

Les centrales solaires sont constitués de panneaux solaires générant de l’électricité lorsqu’ils sont exposés aux rayons du soleil. Ils ont rendement peu élevé et ne fonctionnent pleinement que par beau temps. D’autre part, un panneau n’est pas très “propre” lors de sa fabrication, et on ne sait pas encore comment le recycler.

Les éoliennes reposent sur le principe d’hélices entraînées par le vent, qui produisent ensuite de l’électricité.. Elles ont donc besoin de vent, au minimum 18 km/h et 90 km/h au maximum. Leur efficacité dépend donc directement de la fréquence et de l’intensité du vent.

Malheureusement, un constat