De 150 à 12 volts, quand l'hybridation se démocratise

Avec l'arrêt programmé des ventes de moteurs thermiques en 2035, les voitures deviennent progressivement électriques, mais pas toutes. D'autres d'alternatives existent pour les constructeurs. Quand ils conservent un moteur thermique, les véhicules entrent dans la catégorie des hybrides, avec une grande diversité de solutions, light, mild, full ou rechargeables.

Les dernières réalisations, même si elles ne sont pas les plus nombreuses sur les routes, utilisent une hybridation légère, à basse tension, avec un alternateur-démarreur à 12 ou 48 V.

Les solutions électrifiées

Classées en trois ou quatre catégories, les voitures hybrides ont vu leurs solutions techniques se diversifier ces dernières années. Une grande majorité d'entre elles ont adopté de hautes tensions (300 à 800 V) qui permettent d'obtenir une énergie supérieure avec des câblages moins gros.

Mais cette solution exige une habilitation des mécaniciens, des procédures opératoires réglementées et des équipements coûteux chez les réparateurs. La limite à l'habilitation est de 60 V maximum. Jusqu'à maintenant, cette tension n'était pas compatible avec une motorisation électrique indépendante, mais les technologies progressent et la basse tension est désormais suffisante pour obtenir une électrification moteur presque indépendante.

En abaissant l'hybridation à 48 V, l'électrification passe par de nombreuses étapes. Le "full hybride rechargeable" utilise un gros moteur électrique. Mais avec une batterie trois à cinq fois plus légère que pour un 100 % électrique (10 à 20 kWh au lieu de 50 kWh), l'hybride rechargeable peut néanmoins assurer jusqu'à 40 à 80 kilomètres d'autonomie sans démarrer le moteur thermique. Cela reste de la très haute tension et entre dans la catégorie des véhicules électriques à l'atelier.

Une batterie encore plus légère comme simple "tampon", et ce ne sont plus que quelques kilomètres que l'on franchit en "tout électrique". Les premiers 3008 et C5 Hybrid4 diesel ont une batterie de 1,1 kWh d'une ancienne technologie nickel-métal-hydrure (NiMh). Elle permettait de parcourir cinq à dix kilomètres.

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Passés à la technologie lithium-ion, les Renault "mild hy-brid" E-Tech 145 affichent une batterie de 2 kWh pour gagner près de 50 chevaux, réellement utilisables en tout électrique avec une boîte de vitesses robotisée à trois axes et crabots, sans embrayage et sans synchroniseurs. Le passage des rapports est géré par l'électronique.

Le moteur électrique est là pour aider au démarrage, assurer un "boost" en côte ou à l'accélération, et obtenir une baisse des consommations de carburant. L'implantation se fait alors par un moteur électrique concentrique au volant ou intégré à la boîte de vitesses. L'Hybrid4 de Peugeot et Citroën comportait un alterno-démarreur sur le moteur thermique et un moteur sur l'essieu arrière, ce qui en faisait un "vrai-faux" quatre roues motrices.

Ces architectures peuvent désormais être appliquées à des tensions de 48 volts qui bénéficient des progrès techniques des moteurs électriques et de la maîtrise des courants. Moins coûteuse, la basse tension est également moins contraignante pour la réglementation.

48 volts maxi

En basse tension, on positionne l'alterno-démarreur en remplacement de l'alternateur. Solution la plus économique et la plus simple, elle est aussi la plus limitative. Le coût d'un alternateur réversible, plus puissant, est complété par une électronique de gestion couplée à la gestion moteur pour commander l'arrêt du moteur avec la mise en mode "moteur" de l'alternateur. Mais son action impose que le moteur thermique tourne également. Le gain énergétique est considérablement réduit, et le mode "tout électrique" quasi impossible.

Pour remplir cette fonction, l'alterno-démarreur peut être placé soit entre le moteur thermique et la boîte de vitesses, soit en parallèle du volant moteur. L'atout de ce positionnement est de pouvoir séparer sa rotation de celle du moteur, tout en assurant le redémarrage et l'assistance en roulant. Mais il est aussi possible de placer l'alterno-démarreur en sortie de transmission, entre celle-ci et les roues. Le couple moteur important de l'électrique dispense de l'usage d'une démultiplication, et la motorisation peut ainsi être totalement électrique sur de courts déplacements.

Enfin, des solutions positionnent le moteur électrique (qui peut jouer le rôle d'alternateur par réversibilité) sur le train non moteur (à l'arrière dans le cas d'une traction avant), voire dans les moyeux des roues. La solution a été évaluée par des chercheurs de l'Ifpen et par Valeo en 48 V, avec de belles perspectives.

Toutes ces solutions nécessitent des intégrations dès la phase de conception du moteur et du véhicule. Ce sont des choix technologiques qui influent sur les coûts, et passent également par l'adoption d'une transmission automatisée. Pour en réduire le coût, Schaeffler a installé sa machine électrique en sortie moteur avec une courroie attaquant le vilebrequin avant le volant moteur.

De son côté, BorgWarner l'a couplé au vilebrequin avec une chaîne. Choix stratégique, l'introduction d'une solution hybride basse tension engage le constructeur sur des volumes de production importants. Ainsi, Mercedes a choisi de positionner son moteur 48 V dans la transmission et le propose sur des 4 cylindres en Classe A, aussi bien que sur les V8 de sa Classe S.

Quel avenir pour l'hybridation 48 V ?

Tous les constructeurs devraient passer par l'hybridation à 48 V. Sa simplicité d'implantation, son coût minime et ses gains techniques sont de réels atouts et contribuent à la baisse des émissions polluantes. Comme toutes les motorisations électriques, on peut espérer des moteurs sous 48 V une puissance beaucoup plus importante à terme. Ce qui permettra notamment une autonomie quasi identique aux véhicules hybrides haute tension actuels, avec des solutions de recharge des batteries (en mode plug in) plus simples et moins coûteuses.

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Même si les tensions inférieures à 60 V ne requièrent pas l'habilitation pour intervenir, nous ne saurions trop recommander de suivre les formations qui permettent d'y accéder, d'autant qu'une fois les habitudes prises sur ces motorisations hybrides, il est facile de passer à des interventions haute tension, avec une perspective d'activité intéressante à plus long terme.

Il est prudent d'anticiper sur ces formations, car les niveaux sont multiples, de la simple autorisation aux interventions mécaniques et la mise en mode de "consignation" (B0), jusqu'à la capacité à entreprendre des travaux sur les éléments sous tension du véhicule, batteries et électronique (B1L, TL ou XL).