Véhicule électrique

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
(Redirigé depuis Véhicules électriques)
Aller à : navigation, rechercher
Une voiture électrique rechargeant sa batterie.
La Renault ZOE, une citadine avec une borne de recharge

Un véhicule électrique est un véhicule dont la propulsion est assurée exclusivement par un ou plusieurs moteurs électriques. Il peut tirer son énergie de ressources embarquées comme une batterie, ou être connecté à une source extérieure, par exemple via une caténaire. Le moteur peut être embarqué, comme dans le cas de la plupart des véhicules terrestres, ou extérieur comme dans le cas du transport par câble.

Description[modifier | modifier le code]

Les véhicules à énergie embarquée stockent cette dernière, dans la plupart des cas, dans des batteries d’accumulateurs électriques, dont le poids représente parfois la moitié de la masse du véhicule, mais parfois tirent cette énergie de carburants tel que l’hydrogène. Pour réduire le poids on utilise parfois une pile à combustible qui nécessite un réservoir de gaz dont l'énergie primaire peut être de l'hydrogène, du méthanol ou du méthane, etc..

Parmi ces véhicules électriques, il faut distinguer ceux qui n'ont pas la possibilité de récupérer l'énergie cinétique (freinages et ralentissement du véhicule en descente) des autres capables d'utiliser la réversibilité d'un moteur électrique pour ralentir un véhicule en produisant de l'énergie électrique pour recharger des batteries.

Les véhicules sans énergie embarquée la reçoivent soit à partir du réseau électrique, au moyen de caténaires et de pantographes, soit par un câble de traction, soit encore par induction pour recharger des batteries d'accumulateurs.

Les véhicules hybrides électriques sont équipés d'un moteur thermique qui prend le relais lorsque la batterie est épuisée ou que la puissance demandée est très importante.

Ferroviaires[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Locomotive électrique, Métro, Tramway, Funiculaire et Maglev.

Le transport ferroviaire fait surtout appel à la traction électrique ; les transports ferroviaires sont rarement équipés de dispositifs d'énergie embarquée.

Véhicules à énergie embarquée[modifier | modifier le code]

Les locomotives Diesel-électrique convertissent l’énergie d'un moteur Diesel en électricité pour alimenter les moteurs de tractions[1] ce qui permet de faire fonctionner le moteur Diesel à son régime de rendement maximum en permanence. Le couple et la vitesse étant gérés électroniquement, entre autres par l'excitation de la génératrice et des moteurs de traction.

Les tramways avec alimentation par induction n'ont pas besoin de câble et de caténaire[2] ce qui simplifie l'installation et améliore l’esthétique.

Histoire[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Locomotive électrique#Histoire.

En avril 1900, en France, lors de l'exposition universelle, le premier train électrique circule entre Paris et Issy-les-Moulinaux[3].

Technologie[modifier | modifier le code]

Différent types d'alimentation électriques sont, ou ont été, utilisés :

Motorisation[modifier | modifier le code]

Dans les premiers trains le, ou les, moteur se situait exclusivement dans la, ou les, motrice ; ensuite les moteurs ont aussi été intégrés aux voitures pour améliorer l’adhérence et augmenter la puissance :

  • un essieu moteur dans chaque rame ;
  • un moteur dans chaque essieu[4].

Types de locomotives[modifier | modifier le code]

Le types des locomotives dépendent souvent de leur type d'utilisation :

Transport par câble[modifier | modifier le code]

Pour la plupart des transports par câble, la motricité est assuré par un moteur électrique installé dans l'une des stations. La technique pour obtenir des portées de grande longueur a simplifié son installation, surtout en montagne, le record mondial étant de plus de 3 km entre pilone[6]. Cette caractéristique permet de franchir des obstacles qu'aucun autre véhicule n'est capable de surmonter facilement (entre autres des vallées profondes).

Pour les transports urbains sa simplicité de mise en œuvre est un atout majeur, essentiellement dans les villes où le trafic automobile est surchargé et où la place au sol est limitée[7].

Routiers[modifier | modifier le code]

« Le Triomphe », char automobile électrique de la Reine des Reines de Paris (rive droite), qui défile à la Mi-Carême 1903[8].
Chariot transporteur électrique Elwell Parker electric truck, utilisé durant la première guerre mondiale (photo : Archives médicales militaires des États-Unis)

Histoire[modifier | modifier le code]

Les véhicules routiers électriques ont vu le jour à la fin du XIXe siècle, « la Jamais contente » fut ainsi la première voiture à franchir les 100 km/h en 1899. De nombreux petits véhicules de livraison électriques furent également utilisés dans le passé et appréciés pour leur silence, entre autres, la nuit. Cependant, les progrès du moteur à combustion interne furent plus rapides que ceux touchant les accumulateurs, et le véhicule routier électrique tomba en désuétude. Le transport automobile commencera à se préoccuper de rechercher dans la voiture électrique un moyen de transport ne polluant pas l'air durant son fonctionnement, avec l'avènement des questions de pollutions atmosphérique (gaz à effet de serre et particules) et sonore.

Avec l'augmentation du prix des carburants, l'électricité est redevenue une énergie économiquement viable. EDF, qui possède encore 1 500 véhicules électriques, a annoncé le 5 septembre 2007 un partenariat technologique avec Toyota, portant sur l'évaluation et le développement des véhicules hybrides rechargeables et des bornes de recharges, dans les parkings et sur le réseau routier[9].

En 2014, les véhicules électriques modernes ont une autonomie maximale de 500 km. Mais, rapidement, la recherche d'une augmentation de l'autonomie grève la charge utile pour frôler la surcharge pondérale. Un poids à vide élevé est le lot des véhicules électriques. Par comparaison l'énergie spécifique d'une batterie moderne est 80 fois moins élevée que celle d'un carburant carboné traditionnel (kJ/kg ou kWh/kg).

Avantages[modifier | modifier le code]

Toyota i-road à Grenoble en 2014.

Les propulsions électriques ont un meilleur rendement que celles à combustion (diesel, essence, hydrogène) ; dans une vision globale du véhicule, l'énergie embarquée dans les batteries très lourdes grève l'efficacité et le rendement pour une charge utile donnée.

La charge d'une batterie peut atteindre un rendement de 98 %[réf. insuffisante], idem pour la décharge[réf. insuffisante]. L'utilisation de l'énergie dans un moteur électrique est de 97 %[réf. insuffisante], d'où un rendement de la prise à la roue de 83 %[réf. insuffisante]. Rappelons que le rendement d'un moteur thermique conventionnel est d'environ 30 %, 70 % de l'énergie consommée est perdue.

Une batterie moderne permet d'effectuer plus de 1 000 cycles (soit plus de 200 000 km dans le cas d'une batterie offrant une autonomie de 200 km) pour un coût moyen de 2 centimes d'euros par kilomètre et de 0,25 centime par kilomètre pour l'électricité.

Les véhicules électriques présentent d'autres avantages :

  • Un « carburant » moins cher que l'essence (calculé sur la base du prix du litre d'essence à 1,50 euro), permettant à partir d'un certain kilométrage annuel d'amortir le surcoût initial de la batterie par l'économie sur les pleins d'électricité[10] ; cependant les technologies actuelles nécessitent de remplacer les batteries périodiquement (quelques années) ; certains constructeurs ont choisi de les louer[11].
  • Ils sont très simples d'entretien, demandant très peu de changements de pièce, et le moteur peut effectuer jusqu'à 1 million de kilomètres pour les voitures.

Inconvénients[modifier | modifier le code]

Par ailleurs, les véhicules électriques ont aujourd'hui une faible autonomie (pouvant atteindre de 200 à 480 km à une vitesse de 110 km/h). Leur prix d'achat est élevé, notamment pour les batteries qui sont généralement proposées en location par les constructeurs, un service après vente inadapté (tant au niveau du savoir-faire que de la répartition géographique) et un prix de revente totalement dépendant de l'état des batteries. L'économie du véhicule électrique fait que son prix de revient kilométrique (« prk »), intégrant l'ensemble des coûts et produits (coût d'acquisition, aides de l'état, produit de revente), est largement supérieur à celui d'un véhicule Diesel.

Controverse sur la production d'électricité[modifier | modifier le code]

L'origine de l'électricité qu'ils nécessitent, qu'elle soit de centrales électriques thermiques alimentées avec des combustibles fossiles ou d'origine nucléaire peut être vue comme un inconvénient à la mesure des inconvénient liés à la pollution de l'air ou de l'énergie nucléaire.

Voitures[modifier | modifier le code]

Bus[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Bus électrique.

Le segment des transports en commun est occupé majoritairement par ceux raccordés à un réseau électrique (tram, trolleyetc.). Quelques lignes de bus avec accumulateurs existent mais étaient en général, jusqu'au début des années 2000, cantonnés à des circuits à faible vitesse, distances courtes, en centre-ville.

Ces autobus électriques sont généralement de petits véhicules équipés de dispositifs de remplacement rapide des accumulateurs d'énergie. L'avantage est la limitation de l'indisponibilité du véhicule pendant les recharges classiques. Ces « racks » interchangeables de batteries (généralement au plomb), sont souvent calculés pour de petites autonomies pour faciliter leur remplacement (très courtes distances). Ils sont employés à Rome et à Arcachon pour transporter les passagers dans les petites rues du centre ville fermées à la circulation. L'autonomie, point sensible, les rend captifs d'une infrastructure importante (changement très régulier des batteries, hangar sur la zone d'exploitation). En 2003, plus de 500 bus électriques étaient en service en Europe, dont plus de soixante-dix en France[12]. Cependant, une nouvelle génération de batterie lithium a permis de fortement améliorer l'autonomie de ces véhicules (de 100 à 200 km d'autonomie avec une charge). Bien que cette technologie soit encore peu répandue, des villes comme Coulommiers ou encore Provins exploitent déjà des bus 100 % électriques avec des batteries lithium construits par la société PVI (ou Power Vehicle Innovation).

On trouve aussi des véhicules hybrides semi-captifs d'un réseau extérieur. C'est la voie choisie pour le nouveau tramway de Strasbourg. Le mode « autobus électrique » en centre ville permet alors de s'affranchir du réseau souvent aérien. Ce second mode permet, à la fois, l'alimentation du système de propulsion et la recharge des batteries. Cette approche permet de s'affranchir du problème de changement de batterie pour recharge évoqué précédemment. La voie technique choisie à Bordeaux a conduit à inventer un dispositif d'alimentation électrique par le sol (tout nouveau brevet).

Un bus 100 % électrique, Ellisup (pour autobus ELectrique à batteries au LIthium et SUPercapacités), né d’un partenariat entre diverses entreprises, dont Iveco (le constructeur), EDF (l’électricien) et la RATP (l’exploitant), est en phase de test en 2013 ; ce véhicule à 3 portes et 8 roues, dont la moitié sont motrices et alimentées par des batteries grâce à la technologie moteur-roues développée par Michelin (moteur déplacé dans les 4 roues), ce qui permet de dégager de l’espace et d’accueillir entre 10 et 20 % de passagers en plus ; les batteries lithium-ion sont implantées sur le toit, et un pantographe – dispositif articulé permettant à un engin électrique de capter le courant par frottement sur la caténaire – situé à l’avant du bus lui permet de recharger ses batteries en 4 minutes seulement aux terminus de ligne ; le véhicule est ensuite autonome durant 8 à 10 km. L'homologation est attendue fin 2014 et la mise en ligne à l’horizon 2015[13].

En Chine, des autobus 100% électriques à supercondensateur circulent depuis 2009. Ils se rechargent à chaque arrêt de bus à l'aide d'un pantographe (comme pour un tramway). 30 secondes suffisent pour recharger le bus à 50% et il faut 80 secondes pour le recharger à 100%.[réf. nécessaire]

En février 2013, le département des transports publics de Shanghai a décidé de s'équiper de 200 bus électriques dotés à la fois d'une batterie et de supercondensateurs[14].

En mars 2013, la RATP a commandé 15 autobus hybrides diesel/supercondensateur permettant d'économiser jusqu'à 30% de carburant[15].

La RATP a annoncé en mars 2014 sa volonté de passer à un parc sans aucun véhicule diesel d’ici 2025 ; la solution reste à construire, mais sera probablement électrique[16]. À la suite d'un appel d'offres lancé en octobre 2013, la RATP a retenu la proposition de la société Blue Solutions, filiale du groupe Bolloré, pour un contrat de 10 M€ sur quatre ans d'achat de minibus électriques Bluebus utilisant des batteries lithium-métal-polymère implantées sur le toit, assurant une autonomie de 12 km ; deux modèles de bus seront mis en service, avec des capacités de 22 et 80 voyageurs; fabriqué à Laval, le Bluebus est aujourd’hui utilisé dans de nombreuses collectivités comme Tours, Rambouillet, Bayonne, Tarbes et Bordeaux[17]. Les 4 500 bus de la RATP en Ile-de-France, dont 97 % ont aujourd'hui une motorisation diesel, devront être remplacés d'ici 2025 par un parc comptant 80 % de bus électriques et 20 % de bus circulant au biogaz. Une première commande de 20 bus électriques, ayant la même capacité de voyageurs que les bus classiques (90 passagers environ), a été passée fin 2014 à Bluebus, une filiale du groupe Bolloré, pour faire tourner dès 2016 une première ligne 100 % électrique : la ligne 341, qui relie Charles-de-Gaulle-Étoile à la porte de Clignancourt, dans le nord de Paris[18].

Camions[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Camion électrique.

La problématique est la même pour les transports en commun. Un fabricant américain s'est spécialisé dans ces applications[19]. Les véhicules de voirie, notamment les bennes à ordures, connaissent aussi des versions électriques. Ces véhicules peuvent bénéficier d'une propulsion bimodale, électrique en ville et thermique vers l'usine de retraitement, ou encore 100 % électrique.

Le salon des poids lourds et utilitaires 2016 à Hanovre (IAA) présente plusieurs véhicules électriques, dont :

  • un véhicule de livraison à propulsion électrique Daimler qui sera commercialisé en 2018,
  • un Crafter électrique de Volkswagen qui peut charger 11 m3 de marchandise et rouler à 80 km/h, qui sera lancé en 2017.
  • Daimler présente aussi le concept de l'Urban eTruck qui peut transporter jusqu'à 25 tonnes de charge et dont la production à grande échelle est envisagée pour 2020 ;
  • Renault Trucks, filiale de Volvo, devrait également lancer en 2020 son camion d'une capacité de 16 tonnes[20].

L'offre de camions électriques était jusque-là peu étoffée : l'entreprise de transport Deret, qui a développé dès 2009 une offre de transport par camions électriques, a acquis pour ce faire 50 camions électriques de 3,5 tonnes du britannique Modec ; mais, les Modec n'étant plus commercialisés, il ne restait que les Renault Trucks de faible emport : 1,2 tonnes ; des hybrides rechargeables de 12 tonnes seraient en projet[21].

Le groupe allemand Siemens expérimente depuis l'été 2011 un démonstrateur d'autoroute électrique (eHighway), équipé de caténaires sur 1,8 km, où circulent deux camions équipés de pantographes afin de tester l'utilisation de ce concept[22] ; l'association Sauvons le Climat cherche à mobiliser des industriels français autour de ce concept ; elle a calculé que l'autoroute électrique permettrait des réductions considérables d'émissions de CO2 : un poids-lourd roulant à l'électricité émettrait environ 140 g(CO2)/km contre 900 g(CO2)/km avec le Diesel ; en Allemagne où l'électricité est plus carbonée, un poids-lourd électrique émettrait 750 g(CO2)/km (émissions qui diminueront progressivement avec la transition énergétique) ; le coût du carburant passerait de 45 €/100 km avec le diesel à 15 €/100 km à l'électricité, ce qui permettrait de payer l'investissement dans les caténaires et les pantographe ; l'installation d’une caténaire sur autoroute pourrait coûter environ 1 M€/km, alors que par exemple la construction d’une ligne de chemin de fer coûte environ 10 M€/km ; l’entretien d’une autoroute revient à environ 20 000 €/an/km, alors que l’entretien d’une ligne de chemin de fer revient à au moins 100 000 €/an/km ; les caténaires permettraient également d'alimenter des bornes de recharges dans toutes les stations-services des autoroutes pour les voitures ; si la moitié du trafic poids-lourds passe en alimentation par caténaire, le besoin d’électricité serait de seulement 10 TWh/an, soit 2% de la production actuelle de la France[23].

La mobilité individuelle[modifier | modifier le code]

Moto électrique[modifier | modifier le code]

Les premières compétitions de moto Trial-électrique, nommé par le journaliste “e-trial”, sont organisés depuis 2016 par la fédération nationale[24].

Scooters[modifier | modifier le code]

Scooter électrique en train de charger devant un magasin de Suzhou en Chine.

Le scooter électrique est une application intéressante car la limitation légale à 45 km/h, en France, imposée aux deux roues de moins de 50 cm3 permet des performances proches. Ces scooters électriques se rechargent en quelques heures sur une simple prise de courant 220 V, 16 A.

Les scooters n'ont pas de batterie amovible comme les VAE (vélos à assistance électrique). Rien ne semble s'opposer au fractionnement du poids, car les éléments qui sont en série (ne pas dépasser 15 kg par élément, 150 Wh/kg en Li-ion, 50 Wh/kg en Ni-MH). Plusieurs jeux de batteries permettraient d'augmenter l'autonomie journalière (exemple pour une flotte de scooters de livreurs de pizza).

On peut attendre d'un scooter électrique une vitesse de 45 km/h pour une autonomie de 40 à 70 km. Les prochaines générations de scooters électriques devraient avoir des performances comparables aux scooters de 125 cm3 : vitesse jusqu'à 110 km/h et une autonomie de 100 km (l'autonomie d'un scooter X9 125 cm3 est comprise entre 280 et 300 km pour une vitesse atteignant 120 km/h).

Quads[modifier | modifier le code]

Des quads électriques sont testés par La Poste française pour la distribution du courrier car l'engin est à mi-chemin entre le deux-roue motorisé et la voiture. Si l'expérience est concluante, La Poste comptait se doter de 3 000 de ces modèles d'ici à 2012[25].

Le modèle choisi, Mobypost, équipe plusieurs bureaux de poste, notamment dans le Doubs et le Jura ; il associe deux sources énergétiques : l’énergie solaire et la pile à combustible à hydrogène. Ses caractéristiques répondent à son rôle de livraison du courrier : 50 km d’autonomie pour une vitesse de pointe de 50 km/h, la vitesse maximale autorisée en ville. L'électricité et l’hydrogène sont produits par des ombrières solaires, des panneaux placés sur les centres postaux. L’hydrogène ainsi créé est réinjecté dans les réservoirs durant la nuit. Il sert à prolonger l’autonomie de la petite voiture tout en stockant l’énergie solaire, contournant ainsi le problème d’irrégularité de la production solaire[26].

Vélos assistés[modifier | modifier le code]

Diagramme représentant la puissance que le cycliste doit fournir pour mouvoir sa machine sur une route plate en fonction de la vitesse.
Article détaillé : Vélo à assistance électrique.

Pour l'ensemble véhicule + passager, le VAE (vélo à assistance électrique) est :

  • le plus léger (moins de 120 kg contre 1 200 kg en moyenne pour une voiture) ;
  • le plus lent (assisté jusqu'à 25 km/h contre alimenté jusqu'à 120+ km/h pour une voiture électrique) ;
  • la moitié de l'énergie nécessaire au roulement est fournie par le passager.

Nota : 25 km/h est la vitesse maximale légale, dans l'Union Européenne, au-delà de laquelle l’assistance électrique se coupe. Ainsi, un cycliste roulant en V.A.E. à plus de 25 km/h ne consomme plus d'électricité.

Le VAE est le véhicule électrique qui nécessite le moins d'apport d'énergie externe pour son déplacement, et donc le plus faible stockage d'énergie, réduisant ainsi l'importance des problèmes posés par les batteries. Ceci s’explique par un poids et une vitesse plus faibles qui contribuent à réduire fortement l’énergie embarquée. Sont ainsi réduites : l'énergie cinétique (proportionnelle au carré de la vitesse), l’énergie requise pour vaincre la résistance au roulement (proportionnelle au poids) et l’énergie requise pour vaincre la résistance de l'air (proportionnelle à la surface frontale et au carré de la vitesse).

Par ailleurs, une batterie fournissant une autonomie de 60 km est généralement suffisante pour un VAE destiné à un usage urbain ou péri-urbain. À l'opposé, on attend une autonomie supérieure d’une voiture, ainsi, beaucoup de voitures à propulsion thermique ont une autonomie, par plein, atteignant 1 000 km. Une voiture électrique a une autonomie courante de 120 km.

Le graphe ci-contre donne la puissance musculaire nécessaire pour mouvoir un vélo.

Graphiquement, à 25 km/h (la vitesse maximale d'assistance des VAE dans l'UE), les frottements au sol semblent intervenir pour 1/3, et les frottements de l'air pour 2/3. Une autre façon, plus simple, d'estimer la charge énergétique à embarquer dans un VAE et dans une voiture, est de comparer l’énergie réellement embarquée dans les batteries des modèles commercialisés. Ainsi, on trouve fréquemment, dans les VAE, une capacité de batteries de 0,24 à 0,26 kWh, et, pour les voitures citadines, des capacités de 12 à 24 kWh, soit un ratio énergétique entre 50 et 100 fois moindre pour un VAE que pour une voiture électrique.

Déplacement des personnes à mobilité réduite[modifier | modifier le code]

Scooter Deltascoot Shopy 800 Homologué route

Différents modèles de scooters dotés de 3 ou 4 roues permettent aux personnes à mobilité réduite (personnes âgées ou handicapées) de retrouver une certaine autonomie.

Ces véhicules le plus souvent non homologués pour la route peuvent emprunter les trottoirs, et d'une manière générale circuler à l'égal des piétons, à la vitesse du pas soit au maximum à 6 km/h.
Plus rarement homologués route, ceux-ci se révèlent beaucoup plus dynamiques, pouvant atteindre des vitesses de l'ordre de 25 km/h et nécessitent le port d'un casque.

Trotinette-patinette électrique[modifier | modifier le code]

Deux familles se distinguent : celle où l'énergie électrique ne sert que d'assistance et celle entièrement mue par la batterie. Les petits modèles légers atteignent environ 10 kg avec une autonomie de 10 km en batterie Ni-MH et 20 km en Li-ion. Il existe beaucoup de versions avec de nombreuses options qui finissent par ressembler à des mini-vélos-assistés ou mini-mobylettes.

Gyropode[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Gyropode.

C'est un procédé étonnant dépendant entièrement, pour sa stabilité et sa vitesse, des moyens modernes de stabilisation dynamique. Les roues sont côte à côte, au lieu d’être l'une derrière l'autre. Ils sont très amusants et utilisés dans les lieux très étendus comme :

  • les très grands halls d'exposition, les esplanades et les très grands parcs et jardins.
  • Ils donnent une sensation de sécurité étonnante.

Certains modèles peuvent être utilisés en tout terrain mais sont plus délicat à piloter et peuvent nécessiter une période apprentissage surtout si la vitesse maximum dépasse 15 km/h.

L'autonomie donnée parfois pour 20 à 30 km peut ne pas dépasser 10 km} en tout-terrain (avec des pentes à plus de 20%).

Roue électrique autonome[modifier | modifier le code]

Un petit groupe de travail a inventé un concept novateur : la roue électrique autonome[27]. L'idée audacieuse a été d'imaginer loger dans le moyeu de la roue tous les éléments techniques de la propulsion électrique autonome : moteur, transmission, système de contrôle (charge, vitesse, freinage, réversibilité) et même batterie. Cette roue motrice est adaptable à tout type de véhicules lents. L'apport majeur du procédé réside dans la proximité entre les forces d'appuis et les centres de gravité des éléments de propulsion les plus pondéraux. La problématique de l'amortissement des masses s'en trouve bouleversée : la bande de roulement reçoit directement le poids de la motorisation autonome, alors que le châssis n'a plus à amortir celle-ci. Ce châssis devient alors un élément de rigidité supportant presque uniquement la charge utile.

Aérien[modifier | modifier le code]

French Electric Aircraft Electra
Avion électrique BL1E Electra
Article détaillé : Avion électrique.

Le transport aérien était jusqu'à présent réputé incompatible avec cette technologie. L'énergie massique du stockage électrique est pour l'instant trop faible. Toutefois dans certains domaines la charge utile peut être, très abaissée :

  • Domaine du loisir et de la recherche.
  • Domaines des drones.

Des hybrides récupérant de l'énergie solaire, cinétique et pondérale potentiel ont été expérimentés avec réussites. De nombreux projets à long terme existent.

Les applications actuelles avec pilote[modifier | modifier le code]

French Electric Aircraft MC15E Cri-Cri
MC15E Cri-Cri électrique

La masse des nouvelles batteries permet des développements tels que les motoplaneurs ultra-légers. Le vol se poursuit après le décollage en mode planeur, après rétraction de l'hélice dans le fuselage. (finesse d'un bon planeur, finesse 40 typiquement). Plusieurs modèles sont disponibles sur le marché :

Modélisme[modifier | modifier le code]

Depuis quelques années et la démocratisation de l'utilisation des accumulateurs Lithium-Polymère (LiPo), le monde du modélisme radio-commandé s'est considérablement transformé.

Le poids de ces accumulateurs est nettement moins important que les générations précédentes (NiMh ou NiCd), à pouvoir de décharge équivalent, et associé à des moteurs à haut rendement (« brushless »), permet une utilisation dans bon nombre d'applications.

Ainsi le vol en salle (« indoor »), initialement réservé à des appareils ultra légers (catégorie « cacahuète ») à propulsion moteur à caoutchouc, est désormais quasi acquis à la cause électrique, de la maquette à l'avion de voltige et les hélicoptères de quasi de toutes tailles (selon la taille de l'indoor)

On retrouve l'utilisation de l'électrique dans tous les domaines du radio-modélisme : naval, sur roues, aérien (avion, planeur, jet, hélicoptère)

À titre d'indication, le record du monde de durée d'un vol sans couper le moteur a été établi en France le 30 juillet 2008 à la Selles-Saint-Denis par l'équipe Vincent Labrouve et Daniel Lentin avec un appareil Volenbulle XXL, avec un temps de 12 h 36 min 46 s[28][réf. insuffisante].

La technologie LiPo est la plus répandue, mais des nouvelles générations d'accumulateurs sont désormais disponibles proposant un pouvoir de décharge encore supérieur (légèrement plus lourds, ils sont utiles uniquement dans certains domaines d'applications), comme les LiFePo4 (batteries nanophosphate).

Projets novateurs des années 2007-2016[modifier | modifier le code]

Des développements se poursuivent pour améliorer les performances de l'ensemble propulsif et font l'objet de multiples projets, tant dans les universités que chez les industriels. Bien évidemment, l’idéal est de recharger les batteries en vol, au moins en partie, ce qui est envisageable par des panneaux solaires ou par l'utilisation du moteur en générateur électrique à l'occasion d'une descente prolongée, hélice en moulinet. Cette conception permet de réaliser un vol diurne au gré du soleil. L'évolution des performances des panneaux solaires photovoltaïques, en performance et coûts, est telle que cette idée n'est plus une utopie (cf prototype Icare 2). Un appareil électrique modèle réduit, appelé SoLong UAV, (avec batteries et panneaux solaires), a volé plus de 24 heures, puis plus de 48 heures en Californie en 2005[29].

Le 23 décembre 2007 a eu lieu le premier vol de l'avion BL1E Electra, équipé d'un moteur électrique de 26 ch (19 kW) et de batteries Lithium-Polymère. Le pilote–ingénieur d'essais Christian Vandamme, membre de l'équipe Electravia et de l'association APAME (Association pour la promotion des aéronefs à motorisation électrique), a réalisé ce vol historique de 48 min à partir de l'aérodrome d'Aspres sur Buëch (Alpes du Sud). Le BL1E Electra est le premier avion électrique au monde[30],[31],[32].

Des projets associant propulsion électrique, panneaux photovoltaïques et pile à combustible font aussi l'objet d'études en vue de pouvoir réaliser des vols de longue durée à haute altitude.

Le projet de tour du monde en avion solaire Solar Impulse est en développement en Suisse à l'initiative des Suisses Bertrand Piccard et André Borschberg, qui ont déjà réalisé, du au , un vol de 26 heures et 9 minutes sans interruption incluant une nuit entière.

Le , le bimoteur de construction amateur MC15E Cri-Cri a établi un record absolu de vitesse en avion 100 % électrique[33] à 262 km/h lors du meeting de Pontoise, en présence des commissaires de l'Aéro-Club de France[34].

Le MC30E en vol, lors de la campagne d'essais d'août 2011.

Le le démonstrateur MC30E de la société luxembourgeoise LSA[35] piloté par Jean-Luc Soullier, a établi lors du salon Aero Friedrischafen le premier record FAI impliquant un aéronef à propulsion électrique, en volant à 135 km/h sur un aller retour de deux fois 15 km, mais il n'a pas pu obtenir son homologation. Les trois tentatives suivantes en altitude, vitesse sur circuit et distance sur circuit (ID FAI 16495, 16496 et 16497 du 27 février 2012) ont par contre bien été homologuées par la FAI[36], devenant les premières du genre hors aéronef à propulsion solaire et paramoteurs. Avec une efficacité énergétique équivalente à 3,4 g de carburant fossile dépensé par kilomètre parcouru en ligne droite et à altitude constante (soit 5 kWh à la vitesse de finesse max de 125 km/h), cet aéronef est l'objet volant piloté le plus économique jamais mis en opérations. Un dernier record de vitesse sur aller/retour de 15 km a été établi en RAL1E à 189,97 km/h le (ID FAI 16638), puis homologué, le MC30E devenant de ce fait le véhicule aérien électrique piloté, le plus rapide, bénéficiant d'une homologation FAI[37].

Le , l'avion électrique E-Fan, qui a été présenté par Airbus Group au Salon de Bourget en 2013, a réalisé son premier vol officiel ; long de 6,7 mètres et large de 9,5 mètres, il a une autonomie de batteries (lithium-ion-polymère) d'une heure maximum. D'ici fin 2017, il sera produit en série, dans une future usine d'assemblage à Mérignac, créant 350 emplois indirects locaux. Il sera commercialisé comme avion-école ; le marché des avions-école est évalué à 21 000 avions sur 20 ans ; la production en série portera sur deux modèles, différents de celui qui a été présenté, (l'E-Fan 1, avec deux sièges en tandem) : l'E-Fan 2, avec deux sièges côte à côte, et l'E-Fan 4, à quatre sièges, avec une autonomie programmée de plus de 3 heures. Une étude de marché d'Airbus Group vise un scénario de fabrication de Modèle:Nombre/2 électriques par an ; pour Airbus, c'est une première étape dans la production de générations successives d'avions électriques de tailles croissantes, jusqu'à la construction d'avions gros porteurs tout électriques dans les 20 prochaines années[38].

En 2016, le prototype du premier hélicoptère à propulsion électrique, le Volta construite par une PME, débute ses premiers vols en France[39].

Les projets à cinq ans et moins de dix ans[modifier | modifier le code]

Les phases de roulages et de décollages sont très consommatrices d'énergie alors que toutes les deux peuvent-être assistés par des moyens externes à l'avion (les porte-avions ont d'ailleurs nécessité des développements techniques déjà anciens dans ce sens là). Au moins pour le roulage des projets de robot de roulage sont à l'étude.

Des projets à long terme[modifier | modifier le code]

L'union européenne, Airbus Group et de nombreux industriels et laboratoires se sont associés dans des projets « VoltAir ».

Navires[modifier | modifier le code]

L'offre de bateaux électriques ou hybrides se développe : la société Fortil a vendu en un an 900 bateaux électriques de plaisance équipés d'un panneau solaire capable de recharger la batterie en deux heures ; le projet DEESSE a développé une navette hybride fonctionnant au diesel et à l'électricité grâce à des batteries au lithium[40], puis une navette tout électrique à destination de la Guadeloupe, avec des batteries rechargeables apportant une autonomie de quinze heures[41].

Sous-marins[modifier | modifier le code]

Dès 1860 la propulsion électrique des navires avec des batteries furent utilisées pour les sous-marins de guerre. La très grande discrétion acoustique de ce moyen de déplacement fut leur force. Avant l'apparition de la propulsion nucléaire navale appliqué au sous-marin, leurs déplacements en autonomie à très faibles vitesses rejoignaient pour eux plusieurs impératifs essentiels: une énergie consommée liée au cube de leur vitesse, la recharge au schnorchel très bruyante facilement détectable par l'ennemie, dans des batteries au plomb qui étaient utilisées a ce moment, la quantité d'énergie stockée étant très limité proportionnellement aux besoins d'énergie minimum, cela ne leur permettait donc environ que difficilement plus de vingt heures de plongée consécutives. Cette discrétion ininterrompue leur impose donc des vitesses très réduites en opération. Jusqu'en 1970 c'était un moteur diesel aspirant l'air par un schnorchel qui permettait les recharges (tiers de la journée environ). Les nouveaux sous-marins ont maintenant plus souvent une énergie provenant d'une mini-centrale nucléaire (pour leur fonctionnement anaérobique, pour l'avantage acoustique et leur autonomie). Mais dans ce cas, la propulsion a une source d'énergie mécanique initiale provenant d'une turbine à vapeur. Elle parvient alors parfois à la propulsion par une chaine d'énergie électrique.

Navires produits en série[modifier | modifier le code]

Si l'énergie initiale reste très majoritairement traditionnelle, même pour les navires commerciaux et militaires la force motrice électrique progresse assez rapidement, par comparaison au tout mécanique ancien. Le schéma traditionnel étant l'arbres d'hélices traversant la coque, muent par des turbines à vapeur ou plus souvent par des moteurs thermiques). En effet maintenant, même pour des très grandes puissances, des solutions motrices électriques sont employées. Pour exemple, les plus grands navires ont maintenant parfois des pods pour les hélices principales: Harmony of the Seas, etc. Les hélices secondaires de sortie de port, pods sont maintenant le plus souvent électriques.

Navire de petites série et de recherche[modifier | modifier le code]

PlanetSolar, projet suisse initié par l'éco-aventurier Raphaël Domjan réalise entre 2010 et 2012 le premier tour du monde en bateau solaire. Il a parcouru plus de 60 000 km uniquement propulsé à l'énergie solaire.

Avantages de la propulsion électrique[modifier | modifier le code]

Ils sont :

  • La simplification de la chaîne cinématique, séparant physiquement production de l'énergie mécanique initiale, de la propulsion. Cela facilite les répartitions des volumes, des encombrements et des masses.
  • Une grande diminution des résonances harmoniques.
  • Une plus grande vélocité et vivacité des rotations du bâtiment.

Évolutions prévisibles[modifier | modifier le code]

Évolution liée à l'amélioration des batteries[modifier | modifier le code]

Dans le courant de l'année 2005, l'idée de la voiture électrique a refait son apparition. Des projets portés par des industriels étrangers au monde de l'automobile, ont misé sur des technologies de batteries nettement plus performantes que les antiques batteries au plomb. Quelques prototypes ont été produits, dont certains ont été conçus comme des véhicules à part entière et non pas comme des véhicules conventionnels électrifiés.[réf. nécessaire]

L'évolution du marché du pétrole, des autres technologies de véhicules propres et de la sensibilité de l'opinion publique sur les questions de la pollution et des gaz à effet de serre influenceront l'avenir de ces véhicules. Une stimulation de ce segment technique viendra certainement de l'évolution des véhicules semi-captif d'un réseau (énergie non embarquée) (mixte traction-électrique et véhicule électrique).

Les batteries futures devraient être composées de matériaux recyclables et non polluants (c'est-à-dire sans métaux lourds), pour correspondre à cet idéal écologique[42].

Évolution liée à l'amélioration des réseaux électriques (smart grid)[modifier | modifier le code]

La concentration des recharges de véhicules électriques, aux heures de rentrée des bureaux, fait craindre en hiver des pointes de consommation. L'anticipation de cette évolution technique par les fournisseurs d'énergie électrique leur fait préparer de nouveau moyens de délestages spécifiques pour répartir ces charges.

Évolution de la modalité d'usage[modifier | modifier le code]

L’auto-partage de véhicules électriques se justifie facilement car il s'agit de technologies récentes, chères, dont l'entretien, la maintenance, la structure d'exploitation sont très spécialisées. C'est la voie choisie par exemple par Autolib en Île-de-France. En tout, neuf projets se développent en France actuellement si on y rajoute le véhicule hybride de Strasbourg.

Des recherches sur les automatismes et les réseaux intelligents pourraient aboutir avant 2020 à la production de véhicules de type « taxis collectifs », automatiques, ne nécessitant pas de rails, et pouvant aussi être rassemblés en « chenilles » (ex : Taxicol[43]). Les prospectivistes les imaginent éventuellement (type Taxicol) comme pouvant aussi être enterrés (au moins localement au profit de la trame verte et bleue urbaine, en supprimant des routes macadamisées et écologiquement fragmentantes).

Ce type de véhicule pourrait bénéficier d'une source d'énergie plus écologique que le nucléaire ou les énergies carbonées. Il pourrait localement remplacer les voitures actuelles et intégrer une stratégie optimisant le « véhicule partagé » et la consommation d'énergie. La recharge par induction[43] est encore source de gaspillage énergétique, mais le véhicule peut jouer le rôle de « batterie » dans une perspective de troisième révolution industrielle telle que développée par Jeremy Rifkin, de manière à mieux gérer les apports solaires ou éoliens ou l'impact des pointes de mobilité électrique sur la stabilité du réseau électrique[44] qui au-delà d'un certain seuil devient critique (il faut une planification des recharges réparties sur la nuit et hors des pointes de la journée, pour éviter des problèmes possibles en hiver). Jeremy Rifkin propose notamment d'utiliser les véhicules comme des batteries mobiles qui peuvent déplacer de l'énergie électrique stockée dans l'espace-temps.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. [PDF]Locomotive Diesel - Électrique série 51, sur fte2.org, consulté le 10 aout 2016
  2. a et b Les tramways, les bus et les voitures sans fil à la patte, sur urbanews.fr du , consulté le 13 août 2016.
  3. Premier train électrique de France : c'est à Issy en avril 1900, sur .historim.fr du 18 avril 2013, consulté le 13 août 2016.
  4. Voir Conception de l'AGV
  5. Locomotive électrique EP20 pour le transport de passagers, sur alstom.com, consulté le 14 août 2016.
  6. Voir : Quelques faits sur PEAK 2 PEAK, sur histlerblackcomb.com, consulté le 14 août 2016.
  7. Île-de-France : le premier téléphérique urbain prévu en 2021, sur lefigaro.fr du 13 juillet 2016, consulté le 13 aoûut 2016.
  8. Collection Jules Beau - Photographie sportive, volume 20, année 1903, Bibliothèque nationale de France. Le nom du char automobile électrique de la Reine des Reines de Paris 1903 pour la rive droite est indiqué dans La Mi-Carême, article paru dans le journal L'Aurore du , page 2, 2e colonne. Voir l'article reproduit sur la base Commons. Ce char n'est pas le seul char automobile qui défile en 1903. Le 31 mai de la même année on voit un char automobile qui défile à Roubaix.
  9. VHR France
  10. Le cout d'usage de la voiture électrique par rapport à la voiture thermique
  11. Renault ZOE : 2 formules de location des batteries, sur breezcar.com du 18 ioctobre 2016, consulté le 22 octobre 2016.
  12. Les bus et navettes électriques - Association pour l'avenir du véhicule électrique méditerranéen (AVEM)
  13. ELLISUP, le bus 100 % électrique qui se recharge tout seul, site EDF-Pulse consulté le 13 février 2014.
  14. Le bus électrique à supercondensateur est adopté en Chine, sur le site supercondensateur.com
  15. Bus à supercondensateur : l'autobus hybride arrive à Paris, sur le site supercondensateur.com
  16. Tous les bus de la RATP seront électriques en 2025, site du journal La Tribune, .
  17. Les nouveaux bus 100 % électriques de la RATP seront made in France, site du journal La Tribune, 19 juin 2014.
  18. 100 % de bus écolo, le pari osé de la RATP pour 2025, Les Échos du 5 août 2015.
  19. (en)Affordable and durable all-electric trucks are available today wordwide, sur smithelectric.com, consulté le 25 mars 2017
  20. Les fabricants d’utilitaires mettent le cap sur l’électrique, Les Échos, 22 septembre 2016.
  21. Le transporteur Deret démontre que l'on peut rouler vert et en tirer profit, site du journal La Tribune consulté le 20 mars 2014.
  22. (en)Electric-Powered Road Freight Traffic, sur Mobility.Siemens, consulté le 3 avril 2014.
  23. L’autoroute électrique, site de l'association Sauvons le climat, consulté le 30 mars 2014.
  24. Quotidien Le Dauphine, edition-des-hautes-alpes-et-alpes-de-haute-provence du 07062016 page 9
  25. Fini le facteur en vélo, place au quad électrique - Enerzine.com, 19 mars 2008
  26. MobyPost, pour le facteur du futur, site EDF-Pulse consulté le 13 février 2014.
  27. ez-Wheel réinvente la roue Smartplanet.fr, mars 2011
  28. record du monde de durée électrique battu - Forum, sur modelisme.com, 3 août 2008
  29. (en) Solar-powered UAV flies two days straight - MachineDesign.com, 18 août 2005
  30. Non trouvée le 6 juillet 2016, sur bio-mag.fr.
  31. (en)Air travel switches to electricity, sur electravia.fr, consulté le 6 juillet 2016.
  32. Non trouvé le 6 juillet 20196, sur aero-blog.com
  33. Electravia
  34. Le Parisien, édition Île de France, 6 septembre 2010
  35. Luxembourg Special Aerotechnics
  36. Non trouvée le 6 juillet 2016, sur fai.org
  37. 135 km/h en avion électrique sur 30 kilomètres, sur temoignages.re, consulté le 15 août 2016.
  38. Airbus : l'avion électrique E-Fan s'envole... en silence, site du journal La Tribune consulté le 28 avril 2014.
  39. « Premier vol public pour l’hélicoptère tout électrique Volta », sur aeronewstv.com, (consulté le 21 décembre 2016).
  40. Conception d’une navette maritime hybride diesel/électro-solaire, site du Pôle Mer Méditerranée.
  41. La déferlante des nouveaux navires "écolo", site de La Tribune, 18 juin 2014.
  42. Les enjeux autour de la batterie des voitures électriques
  43. a et b Présentation d'un projet de véhicules ; taxis collectif de 22 places ; automatique, dit Taxicol), sur cleantechrepublic.com du 26 avril 2012
  44. Baptiste Roux Dit Riche, L’impact de la mobilité électrique sur la stabilité du réseau Transport , Cleantech Republic.

Annexes[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]