La voiture solaire et les projets avortés brusquement ?
l'autonomie 100 % solaire reste hors de portée pour une voiture de série (rendement et surface insuffisants), mais l'assistance solaire est un axe réel et en développement. L'air comprimé, quant à lui, reste un concept de niche sans débouché commercial concret ?
Et si la voiture thermique devenait une centrale énergétique roulante ?
Une réflexion sur la synergie entre moteur thermique, récupération du freinage, air comprimé, batterie, solaire et récupération de chaleur.
On parle beaucoup aujourd'hui d'électrification automobile. Pourtant, le moteur thermique a lui aussi énormément évolué et certaines technologies permettent déjà de récupérer une partie de l'énergie qui était auparavant simplement dissipée.
Alors une question mérite d'être posée :
Pourquoi utiliser une seule technologie de récupération d'énergie, alors que plusieurs solutions pourraient fonctionner ensemble ?
Freinage régénératif, air comprimé, batterie auxiliaire, panneaux photovoltaïques, récupération de chaleur du moteur et de l'échappement, supercondensateurs... chacune de ces technologies possède ses avantages et ses limites.
L'idée serait donc non pas de chercher la solution miracle, mais de créer une véritable architecture énergétique multi-stockage.
1. Le principe : ne plus considérer le moteur comme une source d'énergie isolée
Dans une voiture thermique classique, on met du carburant dans le réservoir et une grande partie de l'énergie contenue dans ce carburant finit sous forme de chaleur.
Une partie sert à déplacer la voiture. Le reste est notamment évacué par les gaz d'échappement, le circuit de refroidissement et les différents systèmes auxiliaires.
Les études consacrées à la récupération de chaleur indiquent qu'une part très importante de l'énergie du carburant est rejetée sous forme de chaleur. Une revue scientifique estime notamment que les gaz d'échappement représentent environ 35 à 40 % de l'énergie d'entrée et le refroidissement environ 30 % dans l'analyse considérée. Cela ne signifie évidemment pas que toute cette énergie est récupérable, mais cela montre l'ampleur du gisement énergétique.
Voir la revue scientifique sur la récupération thermoélectrique de la chaleur des moteurs thermiques
2. La chaleur : une énergie actuellement largement sous-exploitée
Une piste particulièrement intéressante est le générateur thermoélectrique, ou TEG.
Son principe est relativement simple : lorsqu'il existe une différence de température entre deux faces d'un matériau thermoélectrique, celui-ci peut produire de l'électricité.
On pourrait donc imaginer installer des modules autour de certaines zones très chaudes du moteur ou de l'échappement :
Cette technologie a déjà été abondamment étudiée. Des prototypes automobiles ont démontré la faisabilité du concept, mais plusieurs obstacles restent importants : rendement relativement faible, gestion de la chaleur, encombrement, poids, coût et pertes de charge dans l'échappement.
Revue : Automotive exhaust thermoelectric generators – état des recherches et difficultés
Une revue publiée en 2024 fait également le point sur les matériaux thermoélectriques, les échangeurs de chaleur et les pistes d'amélioration des TEG automobiles.
Revue 2024 sur les générateurs thermoélectriques automobiles
3. Le freinage : pourquoi jeter cette énergie sous forme de chaleur ?
Lorsqu'une voiture ralentit, son énergie cinétique est normalement transformée en chaleur par les freins.
Dans une voiture hybride, une partie de cette énergie peut être récupérée par le moteur électrique et stockée dans la batterie.
Mais on peut imaginer plusieurs systèmes travaillant simultanément.
Freinage léger : récupération électrique → batterie
Freinage très important : récupération pneumatique ou hydraulique
Très forte puissance instantanée : supercondensateur ou autre stockage de puissance
L'intérêt serait de ne pas demander à une seule batterie d'absorber tous les appels de puissance.
4. Et si le moteur devenait aussi un compresseur ?
C'est probablement l'une des idées les plus étonnantes.
Dans un système hybride pneumatique, le moteur thermique peut temporairement fonctionner comme un compresseur lors d'une phase de décélération.
Une partie de l'énergie cinétique du véhicule sert alors à comprimer de l'air et à le stocker dans un réservoir.
Cette technologie n'est donc pas simplement une idée théorique : elle fait l'objet de recherches depuis plusieurs années. Des revues scientifiques ont étudié les architectures hybrides associant moteur thermique et stockage pneumatique.
Revue : A review of compressed-air hybrid technology in vehicle system
Une autre revue consacrée aux systèmes à air comprimé dans les transports étudie notamment la récupération du freinage et même la possibilité d'utiliser la chaleur du moteur pour améliorer le fonctionnement du système pneumatique.
Revue : compressed air energy systems in vehicle transport
5. Pourquoi ne pas combiner batterie et air comprimé ?
C'est ici que la réflexion devient intéressante.
Il ne serait pas nécessaire de choisir entre batterie et air comprimé.
On pourrait attribuer à chaque technologie une fonction différente :
- Batterie : stockage d'énergie avec un bon rendement sur des durées relativement longues.
- Air comprimé : absorption et restitution de fortes puissances sur de courtes périodes.
- Supercondensateur : très forte puissance lors des accélérations et freinages très courts.
- Moteur thermique : production d'énergie lorsque les stockages sont insuffisants.
- Récupération thermique : transformation d'une partie de la chaleur perdue en électricité ou en énergie utile.
On obtient alors non plus une voiture simplement « hybride », mais une sorte de réseau énergétique embarqué.
6. Et le panneau solaire ?
Le photovoltaïque embarqué ne pourrait probablement pas fournir à lui seul une puissance suffisante pour assurer la propulsion d'une voiture classique.
Mais cela ne veut pas dire qu'il est inutile.
Une surface photovoltaïque installée sur le toit, le capot ou d'autres parties de la carrosserie pourrait produire continuellement une petite quantité d'électricité et alimenter notamment les auxiliaires, la ventilation, l'électronique ou contribuer à maintenir la batterie.
Le principe intéressant serait donc :
7. Le rôle essentiel serait alors joué par l'électronique
Avec autant de sources et de stockages, le véritable « cerveau » du véhicule deviendrait le système de gestion énergétique.
Il devrait décider en permanence :
- quelle énergie utiliser ;
- quelle énergie récupérer ;
- où la stocker ;
- quand utiliser la batterie ;
- quand utiliser l'air comprimé ;
- quand récupérer la chaleur ;
- quand laisser le moteur thermique fonctionner dans sa zone de meilleur rendement ;
- et quand éviter une récupération dont le rendement serait inférieur à l'énergie nécessaire pour la réaliser.
On pourrait presque imaginer un gestionnaire énergétique prédictif utilisant la topographie, le trafic, la vitesse, la température et le trajet programmé pour préparer les différents stockages.
8. Une architecture possible
↓
🔋 BATTERIE ← RÉCUPÉRATION THERMIQUE
↓
🧠 GESTIONNAIRE ÉNERGÉTIQUE
↓
⚡ MOTEUR ÉLECTRIQUE ← SUPERCONDENSATEUR
↓
🚗 ROUES
↑
AIR COMPRIMÉ ← FREINAGE / DÉCÉLÉRATION
↑
MOTEUR THERMIQUE
↑
⛽ CARBURANT
9. Pourquoi cette voiture n'existe-t-elle pas encore ?
La réponse est probablement moins spectaculaire qu'on pourrait le croire.
Chaque système supplémentaire apporte également :
- du poids ;
- du volume ;
- du coût ;
- des pertes de conversion ;
- de la maintenance ;
- des problèmes de sécurité ;
- une gestion thermique plus complexe ;
- et davantage de composants susceptibles de tomber en panne.
Il ne suffit donc pas de récupérer 1 kWh quelque part pour gagner réellement 1 kWh à la roue.
Chaque conversion possède son rendement.
C'est pourquoi la question fondamentale n'est peut-être pas :
« Combien d'énergie peut-on récupérer ? »
mais plutôt :
« Quelle énergie peut-on récupérer avec un gain net supérieur au poids, au coût et aux pertes du système ? »
10. Une piste de réflexion pour demain
On pourrait imaginer une voiture thermique particulièrement optimisée autour de cette philosophie :
Carburant → moteur thermique optimisé
Freinage → batterie + air comprimé
Décélération longue → recharge des différents stockages
Descente → récupération maximale sans surcharger la batterie
Échappement chaud → récupération thermique
Refroidissement moteur → récupération thermique partielle
Solaire → alimentation des auxiliaires et recharge lente
Batterie → propulsion électrique et stockage
Air comprimé → assistance ponctuelle
Logiciel → optimisation de l'ensemble
Le but ne serait donc pas de transformer une voiture thermique en voiture électrique, ni de remplacer le moteur thermique par de l'air comprimé.
Le but serait plutôt de faire travailler ensemble plusieurs technologies complémentaires.
Conclusion : et si le problème était notre façon de penser l'automobile ?
Nous avons tendance à opposer les technologies : thermique contre électrique, batterie contre hydrogène, batterie contre air comprimé, etc.
Mais l'énergie automobile est un problème complexe dans lequel différentes formes d'énergie ont des caractéristiques différentes.
Une batterie est excellente dans certains usages. L'air comprimé peut être intéressant pour certaines puissances instantanées. Le supercondensateur possède d'autres qualités. La chaleur représente un immense flux d'énergie mais difficile à convertir efficacement. Le solaire est faible mais disponible gratuitement lorsque le véhicule est exposé au soleil.
La vraie innovation pourrait donc être moins dans une nouvelle source d'énergie que dans la façon de faire coopérer toutes ces sources.
Et c'est peut-être là que l'électronique de puissance et les algorithmes de gestion énergétique auront un rôle aussi important que le moteur lui-même.
Question ouverte à la communauté :
Si nous disposions aujourd'hui d'une feuille blanche pour concevoir une voiture thermique très basse consommation, quelles technologies de récupération d'énergie faudrait-il réellement combiner ? Et surtout, lesquelles apporteraient un gain net une fois leur poids, leur coût et leurs propres pertes pris en compte ?
Pour aller plus loin
- Revue sur les véhicules hybrides à air comprimé
- Revue sur les systèmes à air comprimé dans les transports
- Revue sur la récupération thermoélectrique de la chaleur des moteurs thermiques
- État de l'art des générateurs thermoélectriques sur les échappements automobiles
- Revue 2024 sur les TEG et la récupération de chaleur automobile
Cette réflexion ne prétend pas que toutes ces technologies doivent nécessairement être installées ensemble. L'enjeu est justement de déterminer, par un bilan énergétique complet, quelles combinaisons produisent réellement un gain net.
https://cordis.europa.eu/project/id/848620/fr
https://www.tesla-mag.com/lightyear-2-un-pas-en-avant-vers-le-reve-dune-voiture-solaire/
https://www.renouvelle.be/fr/lagence-internationale-de-lenergie-se-penche-sur-la-voiture-solaire/
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