L’avenir de l’automobile « Transports et nouvelles mobilités, nouveaux usages » Joel Danroc H2 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, les démonstrateurs et les transferts de technologie L’avant pétrole : une courte période 1899 : « Voitures électrique » « Jamais contente » +100Km/h 1896 Invention « Tricycle Benz » - moteurs électriques, 67 CV - batteries Fulmen, Moteur gaz - Carroserie aluminium + Hybrides Porsche ! Après 1900 « Ere Pétrole » Endormissement de l‟électrique « On n’invente pas le téléphone à partir des pigeons voyageurs ! » Michelin « Le passage de la calèche à l’automobile actuelle » Une rupture technologique majeure Voitures Rencontre Pétrole/Moteur combustion interne Pétrole L‟histoire de l‟automobile ponctuée par quelques éléments marquants dans les domaines «sociétal, économique, technique» Succès de l‟automobile : « Quatre roues, un volant, du plaisir et du rêve » 1974 Premier Choc pétrolier 1990 Début de l‟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 » 1900 : tout avait été imaginé du point de vue mécanique ! 1950 / 1960 on se « reprojette » sur : - de nouvelles motorisations - la conduite sans conducteurs : repris par Toyota, VW et Nissan en 2013 et par Induct « Motorway » 1956 Ford Nucléon « atomique » Etoile Filante Renault «turbine » 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 - Pétrole : « courbe peak oil » validée ? 350 300 New Energy hors spéculation le prix est indexé sur le 250 Technologies 200 prix d‟extraction moyen qui ne peut qu‟augmenter 150 Fossil Energies 100 50 0 - Population : 190 2000 2100 2200 2300 0 - va passer de 6 milliards à 9 milliards en 2050 - devient à 80 %urbaine : pollution - Effet de serre avec les problèmes climatiques - Congestion des villes - Problèmes de santé La vraie question : « Quel mix énergétique pour le futur ? » Prévisions 2005 Consommation annuelle mondiale Pétrole Gaz Uranium Charbon Ressources Ressources énérgétiques totales Eolienne Hydraulique solaire solaire Energie annuelle Photosynthèse Pétrole limité : « Forte menace sur les transports » 2013 : Bouleversement total dans les évaluations ! « Sera t-on noyé sous le pétrole? » Prix du baril /prévisions - Découverte de nouveaux gisements - Nouveaux dangers de pollution - Des prévisions d‟évolution du prix du baril fausses ! Santé : une espèrance vie impactée “quelques mesures européennes” Loss in life expectancy attributable to exposure • Clean Air for to fine particulate matter (PM) Europe (CAFE) Mois • European Commission Transport White Paper • TEN-T • CIVITAS Polluants : • Particulate Matter (PM 10 & PM 2.5) • Ozone • NOx • SOx • Polycyclic aromatic hydrocarbon Source: IIASA (2000) • CO Les fondamentaux pour les véhicules Pour les usages classiques, la masse est l‟élément le plus important. La puissance croît au cube de la vitesse ! 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 Le couple moteur thermique/pétrole : un succès avéré mais … - 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 - Les moteurs à essence émettent aussi des particules ( microniques et plus fines Meilleur rendement 197 g/kWh = 40 % 110 km/h stabilisé (18 kW) : 260 g/kwh = 30 % Objectifs et nouvelles normes appliquées par le biais d’amendes, de taxes et d’aides - Programme CAFE : Clean Air For Europe C02 130 g 2015, 95 g 2020 - Normes Euros : 2014 euro 6 (NOx) : le début de la fin des diesels ? - Pollution des villes : France en infraction pour l‟Europe (Particules) - Objectifs de diminution de l‟accidentologie 1 Diminuer la consommation et la pollution : - Gestion moteurs / diminution des frottements - Hybridation électrique - Pot catalytique complexe et cher 2 Diminuer la masse des voitures : - 2CV 600kg (1975) Clio 1100 kg (2011) - Diminution de 100 kg (208) à 400 kg par véhicule (ex Range rover)Matériaux aluminium/composite 3 Améliorer la sécurité : - Passive : structures carrosserie, airbag - Active : liaisons au sol, ESP - Connexion : sécurité informations accidents traffic… 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 - Augmentation de la part « essence/diesel » - Diminution progressive de la pollution Les tendances : - down sizing - Turbo compresseur (1 à 3 par moteur ! ) - Injection directe / multi injection - Hautes pressions 2700 bars diesel - Désactivation du nombre de cylindres (VW) - Boites de vitesse automatiques 8 à 10 rapports - Hybridations et électrification (clim, direction pompes, turbo) La voiture à 2l / 100km : Quel cycle de mesure ? Quelle voiture ? Cycle européen (EU) (1973) : NEDEC (New Europeen Driving Cycle). Date de 30 ans. Inconvénients: trop court et n‟est plus représentatif des véhicules actuels (0-50km/h en 26s!!) Cycle américain (US) (1972): FTP75 a été amendé par 3 cycles complémentaires : Highway cycle, SC03 (cycle avec climatisation) et US06 (conduite agressive) Nouveau cycle mondial (2015): WLTP (World Wide Duty Vehicule Test Procedure) conduira à une émission de polluants supérieure aux cycles actuels. Ce cycle remplacera les cycles les cycles japonais, européen et américain. Type de Puissance (ch) Conso mixte Conso mixte Ecart véhicule Normalisée US Normalisée EU l/100km l/100km Toyota Prius 3 136 4,7 3,9 20% Yaris hybride ? BMW 528 i 245 8,4 6,5 30% Opel Ampera 150 6,36 1,2 430% 2013 VW XL1 0.9 L/100 Km 1L / 1000 km 2.5 l/ 100 réelle 2L /100 dans 2 ans : impossible ! 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 40 % 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 Vers les véhicules sans conducteur : sécurité efficacité 2020 ? « Platooning » guidage immatériel Volvo Prototype Toyota (sans conducteur actif) Mercedes 500 S en vente Automatisme Total jusqu‟à 30 km/h Homologation, responsabilité ? Sur les routes en 2020 ? La référence : Toyota qui a lancé les hybrides dès 1997 ! Toyota : une stratégie validée par le public et copiée par les concurrents ! Hybride classique 5 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 Vers l’hybridation généralisée : du petit véhicule aux véhicules de sports Genève 2013 : La Ferrari 800 HP thermique 163 HP électrique KERS Toyota Le Mans 2012 Moteur thermique Super condensateur AUDI Le Mans 2012 Moteur thermique Volant d’inertie Genève 2013 : PSA 208 « hybride air » TOYOTA : 100 % de la gamme va être déclinée en hybride ! 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 Piles à combustible : les voitures électriques de Jules Vernes 1828 H2 seconde génération ? Stockage d‟énergie Hypothèses Bouteilles industrielle 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