La traction électrique Une réponse aux nouvelles …l2ep.univ-lille1.fr/pagesperso/francois/files/g3_ve_01_mobilite.pdf · Ce cours utilise de ... Bruno FRANÇOIS 49 Vers de nouvelles

Véhicule Electrique, G3, Bruno FRANÇOIS Vers de nouvelles formes de mobilité1

La traction électrique

Une réponse aux nouvelles

formes de mobilité ?

Ce cours utilise de nombreux ouvrages et cours sur lesquels j ’ai repris des photos ou des diagrammes. Je tiens à remercier toutes les personnes qui directement et/ou indirectement ont contribué à l’enrichissement de ce cours.


Plan

Mobilité : vue d’ensemble

Mobilité durable : les ingrédients

Les transports avancés : une définition


Vue d’ensemble sur la mobilité


Mobilité : vue d’ensemble

À travers l’histoire de l’humanité

• Signification

Transport des biens et des personnes

Relativité par rapport à la vitesse à laquelle

Un humain marche Un cheval galope Un bœuf traîne un chariot Un bateau à voile ou à rames traversent les eaux …


Mobilité : vue d’ensemblefin 19e siècle et début 20e

• Développements technologiques ouvrant la voie à + de vitesse à + de flexibilité dans les déplacements

• Maîtrise de l’énergie à vapeur, puis Moteurs thermiques, électriques, etc. Automobile, tramway, autobus, avion …

• Développement de l’infrastructure_ Les routes vont où le chemin de fer ne passe pas _ les pistes font atterrir ou décoller les avions


Mobilité : vue d’ensemble20e siècle = l’âge d’or

• Volume des déplacements personnels et des marchandises connaissent un essor sans précédent

• Matières premières, produits manufacturés et produits alimentaires de l’autre bout du monde sont accessibles

• Périmètre d’activités autour du lieu de naissance (100 km) pour affaires ou loisirs, s’étend maintenant au monde entier

• Distances entre le lieu de travail et de résidence à moins d’importance


Mobilité : vue d’ensembleProblème de l’Accès équitable

• Citoyens moyens des pays riches peuvent faire comme si les

distances n’ont quasiment plus d’importances

• Citoyens moyens de la plupart des pays en développement se

transportent encore avec leurs marchandises, à peu près,

comme le faisaient leurs ancêtres





Ingrédients No1 : Le pétrole

• En 2005, les transports monopolisent 68% de la consommationfinale énergétiques des produits pétroliers contre 33% en 1973

• Sur un parc mondial évalué à quelque 700 millions de véhicules,plus de 98% utilisent des hydrocarbures comme carburant, alorsque moins de 100 000 ( 0,02%) sont hybrides ou électriques.

• La mobilité constitue l’une des plus grossesactivités mondiales, fondées dans une trèslarge mesure sur l’énergie issue d’une seulematière première : le pétrole

• Presque toute la mobilité de notre époquedépend de l’offre continue de pétrole, cettedépendance ne saurait durer éternellement

• L’or noir est source de conflits

Situation actuelle : Mobilité reposant sur une ressource unique

Dépendance totale


http://www.youtube.com/watch?v=HMBjm1tUtX8L’origine du pétrole :

http://www.youtube.com/watch?v=-at1fEHxeF8Une disparition annoncée :

http://www.youtube.com/watch?v=WHbCmTkSia4Les réserves :

1 litre d’Essence = 10kW.h = 2 esclaves par jour

un être humain effectuant un travail très "physique" consomme 5kWh pour 10h de travail, soit 5 kWh par jour

un être humain au repos restitue 2,5 kWh par jour d’énergiethermique (métabolisme)


Ingrédients No1 : Le pétroleGLOBAL ENERGY CHALLENGES :OIL PRODUCTION AND DISCOVERY

Disparition attendue

Tout ce qui est rare est cher !


Ingrédient No1 : Le pétroleInstabilité géopolitique

Augmentation du prix du pétrole


Augmentation de la dépendance énergétique

Ingrédient No1 : Le pétrole


Ingrédient No2: Déplacement

• 1900 : 16 villes comptent un million d’habitants

• 1997 : 320 villes comptent plus d’un million d’habitants dont 180 dans

les pays en développement

• 2012 : 30 villes comptent plus de 10 millions

Point de départ de la mobilité : sa résidence

Développement des villes

Urbanisation massive = concentration et localisation des déplacements


2006


• 80% of EU citizens live in urban areas

• 1000 trips/person/year, half < 5 km

• 10% in bus/tram/metro

• 1 million jobs in bus/tram/metro services

• Urban traffic produces 40% of transport CO2

• In the next 10 years: Public transport only keeps market share in Urban transport continues to grow, but slower larger metropolitan areas Walking and cycling are loosing market share

Ingrédient No2: DéplacementÉtat des lieux en Europe


Ingrédient No2: Déplacements


Ingrédient No2: DéplacementEffet de l’urbanisation sur l’encombrement


Véhicule Electrique, G3, Bruno FRANÇOIS Vers de nouvelles formes de mobilité21 Véhicule Electrique, G3, Bruno FRANÇOIS Vers de nouvelles formes de mobilité22

Ingrédient No2: DéplacementEffet de l’urbanisation sur l’encombrement

Evaluation de l’impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbainepar l’INVS (Institut national de veille sanitaire)Statistique de l’agglomération de Perpignan en 2009:

- 39 décès anticipés, tous âges confondus,- 19 admissions hospitalières pour motif respiratoire,- 26 admissions hospitalières pour motif cardio-vasculaire chez les adultes

de 65 ans et plus.Une réduction de la pollution atmosphérique constituerait une mesureefficace de santé publique.

Déjà en 2000, plus de 4000 décès liés à la pollution à Hong Kong (source : Université de Hong Kong)

Fatigue psychique liée au bruit


Ingrédients : Résumé des enjeux



Et le développement durable

• Deux points de vue sur la mobilité durable

1- Préoccupations qui consistent à se demander si les systèmes de transportspeuvent continuer à fonctionner assez bien pour répondre à nos besoins futurs en matière de mobilité

2- Capacité de répondre aux besoins de la société, de trouver des moyens de se déplacer, sans sacrifier d’autres valeurs sur le plan humain ou écologique, aujourd’hui ou à l’avenir


Des pistes pour une mobilité durable


• Nous ne pouvons vivre sans mobilité. Mais pouvonsnous vivre avec ses conséquences?

Pollution produite par les moteurs à combustion interne dégradela qualité de l’air particulièrement dans les cités

Exploration, extraction, transport, raffinage des combustiblesportent de plus en plus atteinte à l’environnement

Mobilité durable : Prix à payer

Bruit des avions, des camions, des autos est souvent cité commela principale nuisance dans les zones urbaines

Des millions d’heures sont perdues chaque année dans lesembouteillages entraînant de l’inefficience économique

Le coût en vies humaines, en blessures et en souffrancesattribuable aux accidents de la route est atterrant


Solutions pour une mobilité durableQuelques pistes …

• Qui visent à la substitution du pétrole

• Qui visent à changer les déplacements


Besoin d’énergie électrique, EnR ?

Solutions pour la substitution du pétrole

Nouveaux modes d’exploration , voir article en annexe

Synthèse d’hydrocarbures, voir vidéo

Besoin d’énergie électrique, EnR ?Infrastructure de recharges ?

Changer de vecteur énergétiqueAir compriméHydrogèneElectricité

Inciter à l’achat de véhicules moins polluants et plus économes

Solutions économiques et politiques

Solutions reposant sur des ruptures technologiques


Imposer des normes plus sévères sur les émissions

Incitation économique:Exemple : Effet la « Prime a la casse » (2007) sur les ventes

Influencer les achats


Informer sur les consommations et les émissionsInfluencer les achats


Nouvelles techniques d’exploration, voir article en annexe

Nouveaux modes d’exploration

http://www.youtube.com/watch?v=CQxZAT_JUIk

Technique de la pieuvre pour l’exploration en eau profonde:


A partir d’alguesBesoin d’énergie électrique, EnR ?

Synthèse d’hydrocarburesLe retour du charbon liquidevoir article dans l’annexe

http://www.youtube.com/watch?v=K1wIbxXU8UQ



Infrastructure de recharges ?

Air comprimé

Hydrogène

Électricité

Changer de vecteur énergétique


Véhicule à air compriméUne vieille idée neuve


Véhicule à air comprimé

Une conversion énergétique très favorable


Véhicule à air compriméDeux exemples :


Deux techniques radicalement différentes

1) Combustion directe d’hydrogène dans un moteur thermique en présence d’oxygène

Energy densities (LHV) for fuels in liquid state

Hydrogen is very bulky in gaseous form -> 11,000 times less dense than gasoline

Véhicule à hydrogène


Véhicule à hydrogène

Génération d’électricité à partir d’un pile à hydrogène pour alimenter des moteurs électriques

Pas de dégagement de CO2 lors du fonctionnement

Décarbonisation possible des centres urbains

2) Combustion indirecte électrochimique avec réactions d’oxydoréduction


Arrivée de l’Hydrogène !

2002

Toyota : commercialisation de la Toyota FCHV, voiture à pile à combustible

Mars 2003

General Motors HydroGen3 : prototype monospace cinq places à piles à combustible

Février 2005

General Motors Sequel : prototype de voiture à pile à combustible

Septembre 2004

Nissan X-Trail FCV : prototype de SUV (sport utility vehicle) à pile à combustible

Août 2004

Mercedes-Benz Sprinter : utilitaire en version propulsion hybride, le diesel combiné à l’électricité

Honda Scooter FCV : premier scooter au monde à pile à combustible

Juin 2004

Nissan Altima Hybride 2007 : prototype Nissan Altima à système électrique d'hybridation Toyota

Janvier 2004

Mitsubishi Eclipse Concept-E : concept-car à propulsion hybride

Décembre 2003

Mercedes GST : concept-car à propulsion hybride

.

.

.

Salon de Genève 2012: Toyota FCV-R, commercialisation 2015


Automotive applications

Mercedes A “F-Cell”

Encombrement


California Project

Infrastructure de distribution d’Hydrogene


Comparatif de quelques prototypes

Véhicule Electrique, G3, Bruno FRANÇOIS Vers de nouvelles formes de mobilité43 Véhicule Electrique, G3, Bruno FRANÇOIS Vers de nouvelles formes de mobilité44


http://www.youtube.com/watch?v=k1btZU9xjN8

Va-t-on réellement vers une décarbonisation ? :


Stockage de l’Hydrogène : 3 méthodes sont explorées


• Rack des réservoirs d’Hydrogène sous haute pression du véhicule TaxiPacsur base Peugeot Partner

• Sécurité du stockage

Stockage de l’Hydrogène : exemple de réservoir



Ferroviaire

The Application of Fuel Cell


Ferroviaire

The Application of Fuel Cell

CITYCELL - Développement d’un bus à pile à combustible (projet non mené

à terme).

PREFULLTRAM - Etude du concept d’un tramway hybride sans caténaire

alimenté par une pile à combustible à hydrogène avec système de stockage de

l’énergie

COPPACE - Contribution au pilotage d’une pile à combustible embarquée

(simulation, banc d’essais couplant la pile avec les chaînes de traction de

véhicules de transports collectifs). (CEA Alstom, ville de Paris)


Les véhicules électriques

Propulsion à partir de moteurs électriques -> Traction électrique

Transport en commun ou individuel ?-> incidence sur la conception du véhicule

Acheminement et distribution du vecteur électricité dans le véhicule

Disponibilité de l’énergie électrique, un nouveau conceptL’électromobilité

Plein de technologies disponibles et d’autres qu’il reste à inventer(chapitre suivant)


Solutions pour une mobilité durableQuelques pistes …

• Qui visent à la substitution du pétrole

• Qui visent à changer les déplacements


Solutions pour le changement des déplacements

Le coût est un incitantInformer sur les coûts des différents modes de déplacement


Infrastructure de recharges ?

Développer de nouvelles formes d’utilisation

Des nouveaux moyens de locomotion adaptés aux besoins dutransport


- Exemple de comparatif de coût (Octobre 2007)

Infléchir les modes de déplacement

- Importance du coût



Par mode de transport




Plus d’utilisation, moins de possession

-développement de la location vs la propriété

- le partage vs la propriété, le car-sharing ou voiture à temps partagé:

Mobility, Caisse Commune

- voitures en libre-service et station cars

Développer de nouvelles formes d’utilisation


Adhésion : 15€ + 5€/mois et 3,5€/heure + 30er km offerts ensuite 0,33/km

Pas de frais d’assurance, pas de carburant

Rentabilité si < 10 000km/an

Exemple : Lilas


Remplissage/vidage des stations

Ne pas oublier les inconvénients du libre service !


Besoin de voitures différentes selon les moments

- droit à utiliser X jours dans l'année,un véhicule plus grand ou plus petit- meilleur adéquation avec les besoins réels

Utilisation en continue des véhicules (transport, …)- Intermodalité - Exemples :

gare multimodale : bus, train, voitureplateforme logistique (Douvre : Train, bateau, autoroute)

- Utiliser le mode de transport le plus économique sur un trajet


Des nouveaux moyens de locomotion adaptés aux besoins du transport

Concevoir un véhicule léger stable lors des arrêts/démarrages fréquents

Développer des stations sur les parcours (VE, Velib, …)


Les transports avancés : une définitionConséquences sur le véhicule Permettre aux véhicules ( auto, camion léger et lourd, autobus, utilitaires,

deux roues, etc) de circuler avec le moins d’impact possible surl’environnement et la qualité de vie des gens :

Moins polluants (normes ZEV, SULEV, ULEV …)

Meilleur rendement énergétique

Plus sécuritaire

Haut pourcentage de recyclage des matériaux

Considérer l’ensemble du cycle de vie

Une industrieDévelopper et/ou fabriquer des véhicules, des composants, des procédés de fabrication

Caractéristiques communes

Propulsé par un moteur électrique, hybride, etc

Construit en matériaux plus léger et résistant

Intégré des systèmes d’informations intelligents

Assuré la recyclabilité de l’ensemble des composantes

Documents

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