Système de récupération de l'énergie cinétique

LeSREC,acronymedeSystème de récupération de l'énergie cinétique(en anglaisKERSpourKinetic Energy Recovery System) est un système defreinage, surtout utilisé dans le monde de l'automobile. Il récupère lors des freinages une partie de l'énergie cinétiquedu véhicule, qui sans lui serait dissipée sous forme dechaleurdans les freins à friction. L'invention du SREC dans sa version mécanique a été revendiquée dans les années 1950 par le physicien américainRichard Feynman.
Cette énergie peut, selon les différentes techniques actuelles :
L'énergie récupérée peut alors être réutilisée, soit pour la propulsion du véhicule comme c'est le cas enF1, soit pour toute autre fonction nécessitant le type d'énergie stocké par le SREC.
En Formule 1, deux types de système de récupération de l'énergie cinétique sont utilisés, l'un comprenant une batterie, l'autre un volant d’inertie.
Ce système de récupération de l'énergie cinétique par volant d'inertie fonctionne de la manière suivante : un arbre de transmission solidaire du moteur thermique par l'intermédiaire d'unembrayageactionne un autre arbre. Ce dernier met en mouvement le volant d’inertie, puis l'embrayage est ouvert. Quand on veut récupérer l'énergie, on ferme l'embrayage, l'énergie stockée dans le volant d'inertie est transmise à la transmission du véhicule. Le système de SREC par volant d'inertie a donc l'avantage de ne pas avoir besoin de convertir l'énergie sous une autre forme, ce qui permet de diminuer les pertes, inévitables au moment de la conversion mécanique/électrique, mais présente l’inconvénient du poids et de l'encombrement et de pertes mécaniques non négligeables.
Le système met en jeu une conversion d’énergie. Au lieu d'actionner un volant, l'arbre moteur actionne durant les phases de freinage une «machine électrique» fonctionnant engénérateur électrique, qui convertit l'énergie mécaniqueenénergie électrique, laquelle est stockée dans unebatterie. Quand on veut réutiliser l'énergie, la batterie fournit du courant électrique à lamachine électriquefonctionnant alors en moteur. L'avantage par rapport au SREC inertiel est l'absence de recours à l'embrayage, uneélectronique de puissancegérant les phases de récupération et de production d'énergie ; l’inconvénient de ce système est le poids de la batterie et sa mauvaise tolérance aux charges/décharges rapides, une solution consistant à utiliser dessupercondensateurs.
Le système, introduit enFormule 1durant lasaison 2009, permet une récupération d'énergie lors dufreinage, que les pilotes peuvent utiliser par la suite (400kJmaximum par tour) en poussant sur un bouton, déclenchant un afflux supplémentaire de puissance de 80 chevaux pendant 6,67 secondes (ou 40 chevaux pendant 13 secondes) dans les phases d'accélération.
L'économie de carburant que permet le SREC est pratiquement négligeable : les 400kJque fournit le SREC à chaque tour représentent l'équivalent de0,021litre d'essence, soit1,47litre parGrand Prix. Il est en outre d'une masse élevée, handicapant l'équilibre général des monoplaces (dont la masse est au surplus plafonnée par le règlement), son développement est coûteux et son rendement est faible sur la majorité des circuits utilisés en championnat du monde. Ainsi, la plupart des écuries ont renoncé à l'utiliser ou à poursuivre son développement en cours de saison. SeulesFerrarietMcLarenont utilisé le système pendant la totalité de la saison.
Cependant, le surcroît de puissance qu'il offre permet la victoire deKimi RäikkönenauGrand Prix de BelgiqueàSpale30 août 2009, dépassant laForce IndiadeGiancarlo Fisichella. Le26 juillet 2009, à l'occasion duGrand Prix de Hongrie,Lewis Hamiltonpilotant laMcLaren MP4-24remporte la première victoire d'une monoplace munie d'un système de récupération d'énergie, suivi par Kimi Räikkönen dans uneFerrari F60également dotée du SREC. La première pole position d'une monoplace munie d'un système de récupération d'énergie date du22 août 2009, à l'occasion duGrand Prix d'Europe.
En 2010, bien que le SREC soit toujours autorisé par la réglementation du championnat du monde de Formule 1, laFormula One Teams Associationannonce qu'aucune équipe ne l'utilisera. Le4 mai 2010,Jean Todt, président de laFédération internationale de l'automobile, annonce son retour en2011. Si le système n'est toujours pas obligatoire, son utilisation est réglementairement encouragée par l'augmentation du poids minimum des monoplaces, relevé de 20kg(soit 640kgau total), de manière à ne plus pénaliser les constructeurs choisissant de l'utiliser.
Depuis lasaison 2014, un double système de récupération d'énergie géré par calculateur électronique et associé à desaccumulateurs électriques(batterie) est monté réglementairement sur lesFormule 1.
Le MGU-K,moteur électriqueréversible engénérateur, couplé mécaniquement à la transmission, permet de récupérer une partie de l'énergie cinétiquedu véhicule dissipée au freinage et, en retour, fournit un couple important en accélération.
Le MGU-H, moteur électrique réversible, est accouplé mécaniquement auturbocompresseur, ce qui permet de récupérer une partie de l'énergie desgaz d'échappementet, en retour, permet de relancer le turbocompresseur en amont des accélérations. La consommation de carburant se trouve diminuée de 35 % en 2014 par rapport à la saison précédente.
Les monoplaces, mues par unV6d'une cylindrée d'1,6litre disposent, grâce au SREC, d'une puissance totale de près de1 000ch.
Lors duGrand Prix moto 2008 de Valencedisputé le26 octobre, l'écurieKTMa pour la première fois dans la discipline équipé une moto d'un SREC, en catégorie 125cm.
Le14 septembre 2008, à l'occasion de la course d'endurancedes1 000kmde SilverstonedesLe Mans Series, l'équipePeugeot Sportdévoile sa nouvelle908 HDI FAPHybride munie d'un SREC. L'écurie prévoit d'engager la voiture pour lasaison 2009bien qu'elle ne soit pas autorisée à marquer des points au championnat. Début 2012, Peugeot se retire de lacompétition automobileen raison de la crise économique, ce qui permet àAudi, son grand rival en endurance, ainsi qu'à Toyota, qui réintègre la compétition d'endurance, de devenir les premiers constructeurs à lancer officiellement des voitures hybrides avec, pour laAudi R18 e-tron quattro, un système par volant à inertie et, pour laToyota TS030 Hybridun système par stockage sur batterie. Audi et Toyota présentent quatre voitures (deux chacune) aux24 Heures du Mans 2012et Audi remportera lapoleavec une des deux e-tron engagées, une première pour un véhicule hybride.
Le constructeur allemandPorschea présenté une911 GT3de compétition hybride ausalon automobile de Genève2010. Celle-ci embarque, en plus de sonmoteur à combustion, deux moteurs électriques de 60kWchacun, alimentés par un volant d'inertie capable de tourner à40 000tr/minpendant les phases de freinage. Le système pourrait fournir jusqu'à164chsupplémentaires pendant des périodes de 6 à 8 secondes. La technique a été développée par le Britannique Williams Hybrid Power, partenaire de l'écurie de Formule 1Williams F1. La voiture a disputé les24 Heures du Nürburgring2010 et a dû abandonner à deux heures de l'arrivée après avoir mené l'épreuve pendant plus de quinze heures et remporté le record du tour en course.
Certains constructeurs ont mis en place un « SREC » sur certains de leurs véhicules.Ferrari, par exemple, a utilisé un système simplifié de celui utilisé enFormule 1pour l'installer sur laFioranoHy-Kers présentée auSalon de Genève 2010.
D'autres constructeurs utilisent lemoteur électriquedesautomobiles hybridespour emmagasiner de l'électricité dans labatteriesde traction lors des phases de ralentissement-freinage ; c'est le cas de tous les véhicules équipés du systèmeHSDdeToyota.
Lesautomobiles électriquesutilisent leur moteur de traction  pour unfreinage régénératif, accumulant dans leur batterie de traction l'électricité produite lors des phases de ralentissement.
Sur les trains et tramways à propulsion électriques, lors des phases de freinage, les moteurs peuvent être utilisés en génératrice pour récupérer une partie de l'énergie cinétiqueet la convertir en électricité. Plusieurs possibilités se présentent pour l'utilisation de l'énergie récupérée :
En région parisienne, le métro ligne 14 (Saint-Lazare - Mairie-de-Saint-Ouen) récupère l'énergie de freinage. Des gains de 20% sur laconsommation d'énergiesont attendus.
En Belgique, certaines locomotives de laSNCB(fonctionnant en 3kVcourant continu) et tous les véhicules dumétro de Bruxelles(alimentés en 900VCC) récupèrent l'énergie de freinage en la réinjectant sur le réseau.
Auditravaille sur un système de récupération de l'énergie cinétique de translation due aux mouvements verticaux. Le mouvement de translation au droit de la suspension des roues est transformé en un mouvement de rotation couplé à un moteur électrique. La puissance de récupération serait de 100 à 150 W en moyenne.