Automobile hybride

Une automobile hybride est un véhicule faisant appel à plusieurs sources d'énergie distinctes pour se mouvoir.

On parle généralement de moteur hybride dans le cas de l'association d'un moteur thermique et d'un moteur électrique. Toutefois l'utilisation d'une pile à combustible dans un véhicule entraîne également son association avec un dispositif de stockage électrique réversible (supercondensateur ou batterie d'accumulateurs), réalisant ainsi une architecture hybride électrochimique/électrique au lieu d'une architecture hybride thermique/électrique.

La Toyota Prius est une automobile hybride essence-électricité

Principe de fonctionnement

Il existe un principe général de fonctionnement qui consiste à faire fonctionner soit le moteur électrique, soit le moteur thermique, soit les deux en même temps selon les modèles.

Le principe de fonctionnement :

• Lors des phases stationnaires (où le véhicule est immobile), les deux moteurs sont à l'arrêt ;

• Au démarrage, c'est le moteur électrique qui assure la mise en mouvement de la voiture, jusqu'à des vitesses plus élevées (25 ou 30 km/h);

• Lorsque des vitesses plus élevées sont atteintes, le moteur thermique prend le relais ;

• En cas de grande accélération, on observe la mise en marche des deux moteurs à la fois, qui permet d'avoir des accélérations équivalentes au moteur de même puissance, voire supérieures ;

• En phase de décélération et de freinage, l'énergie cinétique est utilisée pour recharger les batteries.

Étant donnés les trois types de fonctionnement différents, le choix du régime est en général confié à l'ordinateur de bord. Toutefois, la transformation de l'énergie cinétique en énergie électrique lors des phases de freinage n'est pas disponible sur tous les véhicules hybrides ; l'achat des engins ne disposant pas de cette fonction est donc moins rentable que celui de leurs concurrents par rapport aux automobiles classiques.

Niveaux d'hybridation

Il existe de nombreux véhicules hybrides que l'on classe en fonction de l'importance de la partie électrique et de la façon dont elle est interconnectée avec le moteur thermique. La nomenclature est très variable selon les sources et les constructeurs.

• La solution Micro Hybride, correspondant au niveau le plus faible d'hybridation, est illustrée par le Stop&Start disponible sur les Citroen C2 et C3. Il s'agit d'une machine réversible remplissant les rôles du démarreur et de l'alternateur d'une voiture classique, qui possède la capacité de couper automatiquement le moteur thermique lors des arrêts (typiquement aux feux tricolores), réduisant ainsi sensiblement la consommation en milieu urbain.
• Les Mild Hybrid sont un niveau d'hybridation légèrement supérieur. Le système appelé Urban Hybrid chez PSA (concept-car C5-airscape) est un stop&start aux fonctionnalités élargies, capable également de fournir un freinage régénératif (la machine fonctionne en générateur et fournit un couple s'ajoutant au frein moteur) et de fournir un appoint de puissance pour aider les reprises, l'énergie étant stockée entre temps dans des batteries ou des supercapacités. Des technologies comparables existent chez BMW, Honda (Honda insight) ou encore Ford.
• Les hybrides parallèles sont la solution la plus connue. Les mouvements des moteurs thermique et électrique sont additionnés mécaniquement (par exemple avec un train épicycloïdal). C'est le système illustré dans les figures ci-dessus. Ces voitures sont capables de fonctionner en tout électrique. La Toyota Prius, les prototypes Hybride HDi de PSA, la Nissan Altima, les Lexus Rx400h, GS450h, LS600h et d'autres utilisent des variantes de ce principe.
• L'hybride série est en réalité une voiture électrique dotée d'un groupe électrogène. Le moteur thermique ne fait qu'alimenter un générateur électrique, il peut donc tourner à régime optimal. De plus, il n'y a pas de pertes mécaniques dans la transmission. Les batteries et/ou les supercapacités permettent de stocker l'énergie de façon transitoire et éventuellement de rouler en "tout électrique". Le freinage est bien sur régénératif. La Chevrolet Volt (concept-car dont la commercialisation n'est pas encore décidée) illustre cette technologie. De telles voitures préfigurent pour certains la voiture à hydrogène, qui remplace simplement le moteur-générateur par une pile à combustible.
• On parle d'hybride branché (plug-in Hybrid) lorsqu'un véhicule hybride, qu'il soit série ou parallèle, peut se recharger sur le réseau électrique, ce qui permet, pour les petits trajets quotidiens, de l'utiliser comme une voiture électrique. Ainsi la Chevrolet Volt permettrait à ses utilisateurs de rouler un maximum de 60 km par jour sans utiliser d'essence, en rechargeant les batteries la nuit. Le moteur thermique est remis en route lorsque les batteries sont épuisées.
• Un concept particulier consiste à utiliser une traction classique plus des moteurs électriques installés sur les roues arrières. Le concept Citroën C-Metisse utilise ce principe. On dispose ainsi de quatre roues motrices, ce qui améliore performances et tenue de route.

Avantages

Ce type de motorisation diminue de 10 à 50 % la consommation des véhicules suivant l'utilisation (la conduite urbaine offrant les gains les plus spectaculaires et la conduite autoroutière les plus faibles) et permet également de limiter les émissions polluantes proportionnelles à la consommation de carburant. La motorisation hybride est donc particulièrement intéressante pour les taxis et elle commence à être appliquée aux autobus aux États-Unis, en Europe et au Japon.

Ne puisant son énergie que dans le carburant, au moins dans les réalisations actuelles, une motorisation hybride ne doit pas être comparée à une motorisation électrique ; il s'agit simplement d'une motorisation thermique optimisant l'usage de l'énergie.

Le premier véhicule de ce type à être mis sur le marché en grande série est la Toyota Prius, fin 1997 au Japon (dans une version jamais commercialisée en dehors de l'archipel), suivie par le coupé 2 places Honda Insight en 1999, qui fut également exporté aux États-Unis et dans quelques autres pays mais pas en France. La troisième version de la Prius (modèle NHW20) a reçu le titre européen de voiture de l'année en 2005. En 2008, Toyota avait vendu un million d'exemplaires de sa Prius. En 2007, Toyota vient avec sa nouvelle Camry Hybride de remporter encore plusieurs prix d'importance dans le monde automobile. Motor Trend leur ayant décerné le prix de voiture de l'année 2007 pour la Camry et l'Association des journalistes automobile du Canada a octroyé à la Camry Hybride 2007 le titre de voiture canadienne de l'année, ainsi que celui de meilleure voiture familiale de plus de 30 000 $CDN. L'Association canadienne des automobilistes leur a décerné le prix tant convoité : Pyramide 2007 CAA pour des initiatives environnementales. Lexus, la marque haut de gamme de Toyota, commercialise des berlines et un 4x4 hybrides, ce dernier (Lexus RX400h) rencontrant un certain succès, malgré son prix. Sans approcher le succès de la Prius, Honda commercialise depuis plusieurs années une version hybride dite IMA de la Honda Civic. D'autres constructeurs ont également sorti des modèles hybrides mais avec des parts de marchés plus marginales (Mazda, General Motors, Renault...). En France, l'effort le plus notable fut Renault, qui produisit quelques milliers de Kangoo hybrides seulement. Crise du pétrole et contrainte écologique obligent, de nombreux constructeurs automobiles ont annoncé des programmes de recherche importants dans ce domaine, notamment General Motors, qui s'associe dans ce domaine avec Mercedes et BMW, Ford ayant acquis la technologie de Toyota de première génération, et plus récemment PSA Peugeot Citroën qui s'est associé à divers grands équipementiers et à une PME française, pour réaliser la première voiture hybride diesel-électrique, dans le cadre d'un important programme de développement soutenu par l'Agence pour l'Innovation Industrielle.

En France, le ministre des transports, Gilles de Robien, a pris la décision d'augmenter le crédit d'impôt pour les véhicules peu polluants comme les automobiles Hybrides. Et au Canada, le Premier Ministre, Steven Harper, annonçait dans le nouveau budget 2007 qu'à compter du 20 mars 2007 un programme sous forme de remboursement en espèces sonnantes sur plusieurs modèles éco-énergétiques verrait le jour. Encore une fois, c'est le constructeur japonais Toyota qui sortait grand gagnant de cette initiative du gouvernement Canadien avec dix versions de modèles éligibles à ce seul programme, soit 2 000 $ pour la Prius, 1 500 $ pour la Camry Hybride, 1 000 $ pour le Highlander Hybride, 1 000 $ pour la Corolla (manuelle)2007 et 1 000 $ pour toutes les versions de leur Yaris.

En complément sur le crédit d'impôt, en France, le crédit d'impôt s'élève à 2 000 € par véhicule acheté, pour être éligible au crédit d'impôt, le niveau d'émission de CO₂ ne doit pas dépasser 160 grammes (en 2008), ce qui est le cas par exemple de la Prius. Il existe d'autres conditions pour l'obtention du crédit d'impôt sur les voitures propres (type de carburant, reprise ancien véhicule...)

Inconvénients

Les accumulateurs électrochimiques de ces véhicules n'auraient pas une durée de vie aussi longue que le véhicule lui-même, il faudrait donc changer ceux-ci une ou plusieurs fois avant le recyclage total du véhicule, ce qui entraînerait un surcoût de maintenance et une obligation importante de recyclage pour le fabricant. Cependant, les marques proposant les systèmes hybrides comptent ceux-ci dans la garantie générale du véhicule (par exemple 8 ans ou 160.000km pour la Prius en France, 8 ans et kilométrage illimité (999 999 km) pour la Honda Civic IMA).

Critiques

Certains constructeurs ont avancé le fait que l'économie en carburant occasionnée par la technique hybride pour des véhicules à essence était proche de celle du passage de l'essence au diésel, et qu'elle n'était donc pas intéressante pour eux sur les marchés ayant fait le choix d'un fort taux d'utilisation de moteurs diésel comme l'Europe. Ce discours occultant l'impact supérieur des émissions de NOX des diésels, ces mêmes détracteurs projettent donc des hybrides diésel argüant de leur émission de CO₂ inférieure. À titre d'exemple, on pourra comparer la quantité de CO₂ rejetée par différents modèles vendus sur le marché français (données constructeur) :

• 
• Toyota Prius : 104 g/km Années 2009
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• Citroën C4 1.6 HDI 110ch : 125 g/km Années 2009

• citroenC4 1.6i 16v 110ch : 169 g/km Annes 2009

Deux précisions : les prototypes Hybrides HDI développés par le groupe PSA, sur la base, justement, d'une Peugeot 307 et d'une Citroën C4, et présentés à la presse en 2006 rejettent 90 grammes de CO₂ par kilomètre parcouru. Mais finalement, deux ans plus tard, le groupe PSA indique qu'il n'est pas en mesure de proposer à terme ces véhicules. D'autre part, la Citroën C4 HDI 110ch a été choisie en exemple parce qu'elle présente l'un des meilleurs rapports performances / consommation de la catégorie des compacts diésel, notamment grâce à un rapport puissance / cylindrée élevé et à une faible trainée aérodynamique. La plupart des berlines diésel vendues en Europe rejettent plus de 140 grammes de CO₂ par kilomètre parcouru.

Enfin, d'autres critiques notent que des 4x4 bien que hybrides (Lexus...) restent néanmoins très énergivores comparés à des berlines, mais bien moins toutefois que des 4x4 non hybride.

Selon Patrick Coroller, Directeur national Air et Transport de l'AdEME, les solutions hybrides ne sont pas pertinentes et ne soutiennent pas la comparaison par rapport aux dernières générations de véhicules purement électriques utilisant des batteries à haute capacité de stockage (allocution Dijon 4 mai 2006 - journée EDF) Toujours selon lui, les solutions d'hybride Essence et à plus forte raison Diesel ne seraient pas adaptées aux marchés des prochaines décennies et sur un plan environnemental, seule la voie de l'hybride plug-in mérite un soutien à condition de maintenir une origine très majoritairement non polluante de l'électricité (c'est la voie choisie pour la Toyota Prius III par exemple). Toutefois, l'avantage des hybrides sur l'électrique pur est leur autonomie non limitée par les batteries qui les rend plus aisément utilisables sur de longs trajets (autoroute par exemple).

On peut cependant souligner les problèmes de recyclage des batteries d'une solution purement électrique ou hybride, ainsi que le problème de ressources qui se poserait si le nombre de véhicules devait être très élevé, par exemple la disponibilité du lithium utilisé dans les batteries de type Ion-Lithium (Chevrolet Volt...). Rappelons que près de 14 millions de véhicules (tous types confondus) se vendent chaque année en U.E..