L’avenir de l’automobile Joel Danroc La voiture du futur - Les évolutions de l’automobile Billions 400World Energy Needs 350 - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies 300 250 200 150 Fossil Energies 100 50 -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène 0 19002000 2100 2200 2300 - Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs L‟avant pétrole : une courte période 1896 Invention « Tricycle Benz » Moteur gaz 1899 : « Voitures électrique » « Jamais contente » +100Km/h - moteurs électriques, 67 CV - batteries Fulmen, - Carroserie aluminium Après 1900 « Ere Pétrole » « Le passage de la calèche à l’automobile actuelle» Une rupture technologique majeure « On n’invente pas le téléphone à partir de pigeons voyageurs » Michelin Rencontre Pétrole/Moteur combustion interne Quelques éléments marquants Succès de l‟automobile : « Quatre roues, un volant, du plaisir et du rêve » 1974 Premier Choc pétrolier 1990 Début des expériences hors pétrole ( Voiture électrique, PAC …) 2012 : 80 millions de voitures produites par an La Chine est le premier marché mondial Arrivée des générations Y connectées! Retour vers le futur : les voitures du futur des années 50 / 60 « Motorway » 1956 CADILLAC « Cyclone »1959 « Etoile Filante » Renault à turbine 314 km/h FORD « nucléon »1958 Salon de l‟auto 1960 SIMCA « Fulgur » Une anticipation SIMCA La voiture du futur - Les évolutions de l‟automobile Billions 400World Energy Needs 350 - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Le modèle actuel 300 250 200 150 Fossil Energies 100 50 -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène 0 19002000 2100 2200 2300 - Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs En 2012 : pourquoi est ce vraiment différent ? Billions Barrel of Oil Equivalent / year 400 World Energy Needs 350 300 New Energy - Pétrole : « courbe peak oil »validée, 250 Technologies 200 Fossil Energies pb de sécurisation d‟apprivisonnement 150 100 50 0 - Population : 190 2000 2100 2200 2300 0 - va passer de 6 milliards à 9 milliards en 2050 - devient à 80 %urbaine - Effet de serre avec les problèmes climatiques - Congestion des villes - Problèmes de santé Quantités et réserves d‟énergie Part de la production énergétique mondiale par source - 2003 Consommation annuelle mondiale Solaire 0,009% Pétrole Eolienne 0,04% Géothermique 0,12% Biomasse 0,4% Gaz Uranium Traditionnelle 6 % Hydraulique 3 % Charbon énérgétiques totales Nucléaire 7 % Ressources Eolienne Charbon 21 % Hydraulique Gaz 21 % solaire solaire non renouvelables 90 % Pétrole 41 % Energie annuelle Energies Photosynthèse Une réserve infinie de croissance pour le solaire SOLAIRE Les bio carburants : Manger ou se déplacer ? Culture pour alimentation ou carburant ? Réchauffement climatique : CO2 1 Kg de Veau 220 Km en voiture Elevage, Transport, Découpe Chaîne du froid, Aliments Méthane (digestion animale) Biomasse 3 Génération µ-algues Déchets 3 (3G)Génération 2 Génération Bois Cultures Déchets déchets bois énergie agricoles 1 Génération Cultures Cultures sucres oléagineux Puissance nécessaire Crr = coefficient de résistance au roulement, entre 0,8 et 1,2 % = densité de l‟air = 1,3 g / dm2 = pente de montée • m : nécessité de réduire la masse à vide • Sf.Cx : nécessité de réduire la traînée aérodynamique • V 3 : nécessité de limiter la vitesse maxi Trainée, puissance, énergie 30 km/h la puissance nécessaire 5 kW 60 km/h 12 kW 120 km/h 35 kW 180 km/h 82 kW Evolution non linéaire ! 19 Moteur thermique -Plage d’utilisation très réduite -Nécessité d‟un embrayage et d‟une boite de vitesse -Rendement faible en conditions urbaines -Polluants NOx HCx PM et GES CO2 Meilleur rendement 197 g/kWh = 40 % 200 kg 110 km/h stabilisé (18 kW) : 260 g/kwh = 30 % Evolution des performances des voitures classiques à moteur thermique - Augmentation des performances : Puissance spécifique : 1975 50 cv/ litre de cylindrée 2010 130 cv/ litre F1:800cv/litre) - Diminution de la consommation - Diminution de la pollution Les tendances : - down sizing - Turbo compresseur (1 à 3 par moteur ! ) - Injection directe / multi injection - Hautes pressions 2700 bars diesel - Boites de vitesse automatiques 8 rapports Les grandes lignes de recherche - Diminuer la masse des voitures : 2CV 600kg (1975) Clio 1100 kg (2011) 2012 :diminution de 100 kg (208) à 400 kg par véhicule (ex Range rover). Matériaux aluminium, composites - Diminuer la consommation et la pollution : gestion moteurs choix d‟activation d‟un nombre de cylindres (VW 2 cylindres sur 4) - pot catalytique (complexes et chers) - hybridation électrique Sécurité : - Passive : structures carrosserie, airbag - Active : suspension ESP - Connection : sécurité informations accidents traffic… Nanotechnologies pour l’électronique dans les véhicules Élément essentiel de l’innovation et de la performance - Application à toutes les fonctions moteur, assistance conduite , - Augmentation rapide des performances , diminution des coûts - Argument de vente pour la gamme premium (jusqu‟à 20 % de la valeur du véhicule) AverageElectronique Semiconductor/Vehicle : Applications innovantes Stop & Go 500 *Excludes Sensors Pedestrian detection 450 Lane change 400 N. America ADAS maps 350 Europe Car 2 car 300 Japan Internet $ 250 S. Korea Brake by wire 200 China India ACC Steer by wire 150 ROW Night vision ASIL safety systems 100 Telematics Electric vehicles 50 Bluetooth 0 Drive by wire 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Source: Strategy Analytics Start Stop Navigation Hybrids CD changer eCall Electronic gearbox RDS/TMC LED lighting Air conditioning ACC saving saving ASC & ABS Airbags energy lives Electronic Ignition Cellphone Adaptive gearbox Central locking Seat heating Xenon Light Car Radio Automatic Mirror EPAS 1970 1980 1990 2000 2010 Source St Micro 20 to 30 % de reduction d’énergie (nanotechnologies /électronique) Improvements with electronics contribution Less energy consumption: what contributes how much ? 5 % leight weight materials <1 % rear axle 20 % downsizing; High resistance steel gear boxes with smaller motors; turbo; lower friction and electric boost; greater ratio 10 % motor technology, variable valve control, direct injection, less friction losses 2 % better cw-value; less front area 10 % reduce weight 3 % thermo- 1 % tires with low management rolling resistance Less losses through 1 % manual gear-box 2 % lower suspension, 5 % automatic gear- optimised control Greater ratio; low Complete, smooth box; 8 stages; start- friction bearings underbody coverage stop Source: AutoMotorSport 9/2010 26 Vers l’électrification progressive des véhicules Hybride classique 4 millions vendus Moteur thermique Moteur électrique Autonomie 2 Km électrique pur Hybride « plug in » Prius « plug in » Chevrolet Volt Thermique Thermique Electrique 20 km Electrique 60 km La voiture du futur - Les évolutions de l‟automobile Billions 400World Energy Needs 350 - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies 300 250 200 150 Fossil Energies 100 50 -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène 0 19002000 2100 2200 2300 - Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs Les Nouvelles (? )Technologies pour l’Energie Volta 1800 Grove 1839 PAC Becquerel 1850 PV Jules Vernes 1828 H2 Stockage d‟énergie L’énergie embarquée de la Nissan Leaf : Quels équivalents Plomb : 800 kg ! courte durée de vie, prix bas, recyclable Lithium : 100 à 200 kg Prix des batteries élevé : 300 à 800 € / kWh soit 8400 € à 20 000 € le pack Pour 1000 cycles : 5,6 € à 12,8 € / 100 km soit proche de prix de l’essence. Il faut ajouter le prix de l’énergie électrique (1,60 € / 100 km tarif de nuit) Essence : 2 kg pour 24 kWh de chaleur 6 kg pour 22 kWh à la roue, soit 4,7 l/100 km Hydrogène : 0,73 kg + 10 kg de bouteille pour 24 kWh de chaleur ENVIA annonce 125 US$/kWh et 400wh/kg Baisser coût des batteries , augmenter durée de vie, densité d’énergie ( Rendement d‟un moteur électrique Rendement excellent sur une très grande plage de fonctionnement Fort couple à basse vitesse et vitesse maxi élevée (sans bruit ni vibration) Contrôle du frein-moteur et récupération au freinage Pas besoin d‟embrayage ni de boîte à vitesses Véhicules électriques Moteur - roue Michelin Active Wheel Suspension active intégrée dans la roue Puissance permanente 30 kW, masse 5 kg Masse non suspendue: 30 kg General Motors Puissance : 16 kW, 25 kW maxi Rendement : 80 à 87 % Masse : 30 kg Bilan CO2 « du puits à la roue » : ne pas oublier le CO2 pour fabriquer l’électricité ! Fabrication du véhicule 6 tonnes de CO2 Rendement des centrales électriques Réacteurs EPR : 36 % Centrales fuel ou charbon : 40 % Distribution : 92 % « Vehicle-to-grid » Eolien en 2011 : Energie produite : 480 TWh = 10 000 km/an pour 20 % du parc automobile mondial. Puissance installée : 240 GW = recharge de 6 % du parc automobile mondial. Solaire PV 150 m2 12 places 135 000 km/an 10 kWh pour 60 km Offre actuelle • Renault Fluence 21 300 € + 79 €/mois 185 km • Renault Twizy Z.E 5.400 € + 45 € 115 km • Kangoo Z.E. 15.000 € HT + 72 € 170 km • ZOE 15.700 € + 79 € 200 km • Peugeot iOn, Citroën C-Zéro, Mitsubishi i-MiEV 30.350 € 150 km • Nissan Leaf 30.990 € 160 km • Smart Fortwo ED 30.000 € 135 km • Tesla Roadster 95.000 € 400 km Homologation quadricycles lourds • Mia electric 15.920 € 90 km • Microcar M.Go electric 21.350 € 140 km • Mega lithium 20.760 € 100 km • REVA i 10.900 € 80 km • SimplyCity SC4P 12.990 € 80 km • Tazzari Zero 21.900 € 140 km Bonus écologique