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Hybride rechargeable, range extender ou pile à combustible – il n’est pas toujours facile de s’y retrouver dans les différentes technologies de propulsion. Ce résumé vous aide à vous repérer.
Les véhicules à essence sont propulsés par un moteur à allumage commandé. Dans ce système de combustion, le piston aspire de l’air dans le cylindre. Sur les moteurs turbo, l’air est comprimé par le turbocompresseur ou le compresseur dans le cylindre. Durant l’aspiration, le carburant est transporté dans l’air aspiré – soit dans le collecteur d’admission, soit directement dans la chambre de combustion. Le mélange air-carburant est allumé par l’étincelle produite par une bougie. Le rapport de poids air-essence est de l’ordre de 14,7:1 (lambda = 1) sur l’ensemble de la plage de puissance. Dans le moteur à essence, le taux de compression se situe entre 9:1 et 14:1, selon le type de combustion. Lors de la combustion, le piston et la bielle sont poussés vers le bas et mettent le vilebrequin en rotation.
Les moteurs à essence existent depuis les débuts de la construction automobile, soit environ 130 ans.
Tout comme le moteur à essence, le moteur diesel est une machine à combustion. Il se caractérise par l’allumage spontané du carburant injecté dans l’air de combustion comprimé. Contrairement au moteur à essence, le processus de combustion du moteur diesel ne comprend pas d’amenée de mélange air-carburant, mais uniquement une amenée d’air. De même, le rapport air-carburant du mélange diffère selon la puissance nécessaire. Dans les moteurs diesel, le taux de compression se situe entre 16:1 et 17:1 environ. La température élevée atteinte lors de la compression suffit à évaporer le carburant et à enflammer le mélange.
Les moteurs diesel existent depuis 1893. En 1936, un moteur diesel est pour la première fois installé sur un véhicule de série, la Mercedes 260D.
Une voiture électrique est un véhicule à propulsion totalement électrique. L’énergie électrique nécessaire au déplacement est en général stockée dans une batterie lithium-ion, mais peut également provenir d’une pile à combustible. Les moteurs électriques affichent un rendement nettement plus élevé et donc des pertes d’énergie bien plus faibles que les moteurs à combustion. Le couple maximum est disponible dès la première rotation du rotor. Lors du freinage, le moteur électrique fait également office de générateur: il transforme l’énergie cinétique en courant électrique, qui est alors stocké dans la batterie et peut être réutilisé pour la propulsion (freinage régénératif). Localement, les véhicules électriques ne produisent aucune émission, mais ils peuvent, selon le type de centrale, générer des émissions de CO2 lors de la production d’électricité.
Les premières voitures entraînées par des moteurs électriques sont apparues dès le début du XXe siècle.
Les véhicules hybrides disposent d’au moins deux systèmes embarqués de propulsion et de stockage d’énergie. La plupart du temps, il s’agit d’une combinaison de moteur électrique et à combustion – en général un moteur à essence. Pendant la phase d’entraînement, le moteur électrique fonctionne seul ou en soutien du moteur à combustion, puis, pendant la phase de freinage, il joue le rôle de générateur et réalimente la batterie en électricité. Les voitures full hybrid peuvent être propulsées uniquement par le moteur électrique ou par les deux moteurs. En fonction de l’efficience, un système de commande détermine à quel moment la voiture doit être entraînée par quel moteur. Dans les systèmes mild hybrid, à la technologie un peu plus simple, le moteur électrique se contente d’aider le moteur thermique. Les derniers systèmes d’entraînement comprennent également des alterno-démarreurs 48 V, particulièrement efficaces et relativement bon marché, qui servent de booster. Ils sont intégrés sous forme d’auxiliaire entraîné par courroie ou bien entre le moteur à combustion et la boîte de vitesses, directement dans la transmission. Toutefois, sur certaines supercars, l’hybridation sert avant tout à augmenter les performances sans augmentation notable de la consommation.
Toyota a été le premier constructeur à promouvoir les moteurs hybrides: la première Prius Hybrid est lancée sur le marché en 1997.
À l’instar des véhicules hybrides classiques, les hybrides rechargeables associent également un moteur à combustion et un moteur électrique. Équipés de batteries lithium-ion plus performantes, ils peuvent toutefois atteindre une autonomie électrique de 30 à 80 km. Contrairement aux voitures hybrides traditionnelles, il est possible de faire le plein des hybrides rechargeables en les branchant sur une prise. Les PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicles) sont souvent de gros 4X4-SUV dont on cherche à maîtriser les émissions de CO2.
Un range extender est soit un petit moteur à combustion qui vient en complément d’un moteur électrique, soit une pile à combustible. Le range extender ne sert pas directement à propulser le véhicule, mais à produire de l’électricité à bord afin d’augmenter l’autonomie du véhicule électrique. Il est découplé du moteur à combustion et propulse un générateur qui alimente la batterie en électricité.
Les véhicules au gaz naturel sont entraînés par des moteurs à allumage commandé au gaz naturel. Le gaz naturel est composé principalement de méthane (CH4). Il contient donc moins de carbone (C) que l’essence ou le gazole et produit nettement moins de CO2 lors de la combustion. Comparés aux moteurs à allumage à essence, les moteurs au gaz naturel émettent environ 20% de CO2 en moins. Pour des raisons d’autonomie, les moteurs au gaz naturel des véhicules de tourisme modernes sont toujours bivalents: ils peuvent être propulsés aussi bien par de l’essence que par du gaz naturel. Les voitures doivent donc disposer de deux systèmes d’alimentation et de deux réservoirs. Un fonctionnement exclusif au gaz naturel permettrait d’exploiter encore mieux les avantages du gaz – en particulier son indice d’octane élevé. Le gaz naturel, souvent appelé GNC (gaz naturel comprimé), est stocké à bord du véhicule à une pression de 200 bars. Aujourd’hui, la Suisse abrite plus de 140 stations-service.
L'invention des moteurs au gaz naturel remonte aux années 1860.
Le biogaz a une composition semblable à celle du gaz naturel et peut être utilisé par les mêmes véhicules. Tout comme le gaz naturel, il est principalement composé de méthane. Le biogaz est produit par la fermentation de biomasse. Il est fabriqué dans des usines de biogaz où des déchets ou des matières premières renouvelables sont fermentés. Le gaz naturel de synthèse constitue une alternative au biogaz. Grâce à l’énergie éolienne ou solaire, on utilise de l’eau pour produire de l’oxygène et de l’hydrogène, que l’on peut ensuite transformer en méthane, autrement dit en gaz naturel, en y ajoutant du CO2.
Le gaz de pétrole liquéfié (GPL) est utilisé, tout comme le gaz naturel, dans les moteurs à allumage. Composé de propane et butane, le GPL se liquéfie à basse pression. Dans certains pays, les constructeurs automobiles proposent des véhicules GPL équipés départ usine. Ils peuvent également être transformés ultérieurement par des spécialistes pour fonctionner au GPL. En Suisse, plusieurs tentatives ont été effectuées pour lancer le GPL. Sans grand succès, car les avantages – tant financiers qu’environnementaux – ne sont pas suffisants.
Les véhicules à pile à combustible (PAC) sont des véhicules électriques qui reçoivent l’électricité nécessaire au moteur non pas d’une batterie, mais d’une pile à combustible. La pile à combustible permet de produire de l’énergie électrique à partir d’oxygène et d’hydrogène. Le véhicule est alimenté par de l’hydrogène soumis à une pression de 350 ou 700 bars. L’électricité produite dans la pile à combustible génère de l’eau comme seul déchet.
Les constructeurs japonais et coréens ont été les premiers à proposer des voitures de tourisme à pile à combustible de série.