Electromobilité: La voiture du futur nous ramènera-t-elle toute seule à la maison?

Journal 1/14 eMobility F

Les véhicules électriques ne datent pas d’hier. Leur développement est le fruit des recherches relatives à l’exploitation de l’électricité.

Qui aurait pensé que la vedette de l’exposition universelle de Paris en 1900 était une Porsche hybride? Ce véhicule doté d’un moteur-roue assisté d’un moteur électrique au niveau des roues avant fut construit par Ferdinand Porsche pour Lohner, un industriel autrichien. Cette Porsche Lohner, telle qu’elle était baptisée, était équipée d’un moteur à combustion qui alimentait la batterie en électricité via un générateur. Embarquant une batterie de 1’800 kg et quatre moteurs-roues, la version de course atteignait une vitesse d’environ 60 kilomètres par heure. Porsche avait fabriqué la première voiture hybride, mais aussi le tout premier véhicule doté de quatre roues motrices. Après 1912, les moteurs à combustion plus performants et moins chers ont été privilégiés.

Une mobilité sans émissions

L’objectif à long terme est de créer une mobilité sans émissions, soutenu par une législation environnementale qui se durcit à l’échelle mondiale, à l’instar de la Californie qui exige d’ores et déjà qu’un pourcentage croissant de véhicules n’émettent aucune pollution. Dans une perspective à long terme, cela nous conduit vers la voiture toute électrique, et à plus court terme vers une augmentation croissante du nombre de véhicules hybrides.

Dans les deux cas, l’électricité est primordiale, mais d’où vient-elle? Tout simplement de la batterie qui est alimentée via le réseau électrique, grâce à l’énergie générée au freinage ou par un moteur à combustion chargeant une batterie. Le dispositif de stockage d’énergie se doit d’être aussi compact, performant, léger et sûr que possible tout en affichant un temps de charge court. En la matière, nous devons beaucoup aux téléphones portables. En effet, leur généralisation fulgurante à l’échelle mondiale a permis d’accélérer sensiblement le développement d’une technique de stockage d’électricité plus performante.

La voiture électrique classique

Dans sa forme la plus classique, la voiture électrique est petite, légère et dotée d’un moteur électrique avec sa batterie rechargeable. Plus de boîte de vitesses ni d’embrayage; l’électronique pilote le système de charge, un logiciel affiche l’autonomie et un câble de recharge complète l’ensemble. Cette voiture rappelle étrangement la «Smart», un concept développé par Nicolas Hayek, «Monsieur Swatch», au début des années 1990. Ce type de voiture électrique convient parfaitement à la circulation en ville et aux petites distances, d’autant qu’à l’heure actuelle, le trajet quotidien en voiture ne dépasse pas les 60 km en moyenne. Les différentes stations de recharge en ville permettent de régénérer la batterie. Quant aux temps de charge, ils ne cessent de diminuer. A la maison, l’opération s’effectue pendant la nuit. L’enjeu essentiel réside dans la normalisation du dispositif de recharge. En d’autres termes, la prise doit être compatible dans toute l’Europe, sans quoi l’échec est assuré.

Véhicules à pile à combustible et véhicules hybrides

Si la voiture doit être en mesure de parcourir des distances plus longues sans recharge, elle doit alors produire elle-même son électricité tout en roulant. C’est exactement ce que font les véhicules hybrides qui, outre la propulsion électrique et la batterie, sont dotés d’un moteur à combustion qui recharge la batterie via le générateur. Quant au véhicule à pile à combustible, il produit directement son électricité à bord grâce à un processus chimique, à savoir la transformation d’hydrogène ou de méthane en énergie électrique. Au final, c’est de l’eau qui sort du pot d’échappement. Bien qu’il existe une multitude d’autres combinaisons pour une mobilité respectueuse de l’environnement, elles sont toutes confrontées à la même question cruciale: quel est le degré de durabilité de l’électricité alimentant le moteur électrique?

L’enjeu du poids

Les efforts d’allègement se poursuivent sur les véhicules, notamment au niveau de la carrosserie, de la chaîne cinématique et du châssis. Outre l’aluminium, les composites à base de fibre de carbone, en remplacement du métal, sont considérés comme des matériaux porteurs d’avenir. Le groupe SGL Carbon conçoit des matériaux composites en fibre de carbone qui affichent une différence de poids flagrante, à savoir 40 pour cent de moins par rapport à l’aluminium et 60 pour cent de moins par rapport à l’acier. D’ailleurs, c’est ce matériau qui est utilisé pour construire les Formules 1. Toutes les pièces du véhicule doivent gagner en légèreté et en efficacité. En la matière, le potentiel d’innovation sur les moteurs, batteries et générateurs est bien réel.

Des composants électroniques toujours plus présents

Les véhicules sont équipés de composants électriques et électroniques toujours plus nombreux, tels que des capteurs, commandes, câbles, moteurs de faible et très faible puissance. Ceux-ci s’invitent également au niveau de la transmission et de la ligne d’échappement, sans oublier la sécurité, le confort et l’infotainment. Aujourd’hui, les composants électriques et électroniques représentent environ 30 à 35 pour cent de la valeur des véhicules modernes, et la tendance est clairement à la hausse.

De manière générale, les systèmes électroniques d’alerte et d’assistance vont gagner en importance. Parmi ceux-ci figurent le détecteur de panneaux routiers, le détecteur de fatigue (scan des yeux), le détecteur d’alcool au démarrage du véhicule, les systèmes de maintien sur la voie et le correcteur de trajectoire ainsi que la détection anticipée de piétons, de cyclistes et d’animaux, et ce, aussi bien en pleine journée, en soirée que dans l’obscurité totale. Le système est capable d’alerter ou de réagir, par exemple via un dispositif de freinage d’urgence automatique. Cela fonctionne grâce à un pack d’électronique composé de capteurs de distance (détection lidar et radar), de caméras optiques infrarouge en 2D et 3D et de systèmes de pilotage intelligents.

En route vers le pilotage automatique

Avant d’atteindre l’objectif de la conduite entièrement automatisée dans toutes les conditions de circulation (ville, campagne, embouteillages, autoroute, gel, brouillard, tronçons à vitesse élevée), il convient de passer par diverses étapes intermédiaires, à l’instar des systèmes d’assistance à la conduite. Pour sa part, le dispositif de stationnement automatique n’en est qu’à ses balbutiements, mais s’ensuivront bientôt les assistants permettant de traiter ses e-mails et de téléphoner dans un embouteillage, le tout sans avoir à toucher au volant ou à la pédale d’accélération. Ces différents dispositifs visant l’automatisation de la conduite ne pourront s’imposer avec succès sur le marché qu’en tenant compte des possibilités technologiques, mais aussi du cadre juridique et des préférences des consommateurs.

Dans le cas de véhicules se déplaçant de manière autonome, la conduite automatique implique nécessairement une pléiade de capteurs de distance et de systèmes de caméra capables de détecter tous les paramètres pertinents (objets, personnes, cyclistes, entre autres). Dans le même temps, des progrès notables sont en cours sur les systèmes Car-to-X, lesquels utilisent en premier lieu les informations générées en continu par les autres véhicules (par exemple le flux de trafic, les embouteillages, les accidents) pendant le trajet pour permettre aux fonctions automatiques d’être opérationnelles. Dans un cas pareil, il est nécessaire de disposer d’un ordinateur de bord, d’ordinateurs centraux et d’un dispositif de cloud computing afin de collecter, d’échanger et d’analyser les informations nécessaires et d’initier les ordres de conduite.

Une mobilité intelligente et sûre

Le programme SIM («Sichere intelligente Mobilität», c.-à-.d mobilité intelligente et sûre), achevé avec succès en 2013, visait à tester la communication WLAN et GSM entre des voitures connectées grâce à des antennes et des centrales de commandement (Car-to-X). Sur la base des données relevées par les véhicules (vitesse, accident ou position GPS), les systèmes Car-to-X sont en mesure d’avertir des dangers, d’afficher les embouteillages et le temps d’attente dans le système de navigation du véhicule ainsi que de contourner de manière intelligente les zones à risques et les files de voitures. Le trafic s’en trouve fluidifié et plus sûr.

Dans un avenir proche, nous reconnaîtrons le niveau de développement technologique d’un véhicule en observant le comportement de son conducteur: s’il lit le journal sans toucher le volant, alors la voiture intègre la fonction Start/Stop automatique dans les embouteillages sur l’autoroute. Si le conducteur s’assied où bon lui semble pendant que la voiture évolue en ville ou sur l’autoroute, alors celle-ci intègre l’automatisation intégrale. Un test est actuellement en cours jusqu’à fin 2014; pour autant, il faudra s’armer de patience avant de pouvoir acheter ce type de véhicule. D’ici à ce que les systèmes de navigation nous indiquent le chemin et nous amènent à bon port en mode automatique, et ce, dans toutes les conditions de circulation, nous serons probablement déjà en 2030 - 2040.

De nombreux ingénieurs s’attèlent à relever les défis techniques, mais ce ne sont pas les seuls à faire preuve d’engagement: les experts juridiques sont également à pied d’oeuvre pour adapter la législation en matière de responsabilité afin d’être en phase avec notre futur monde automatisé.