Range extender : la deuxième vie du moteur à combustion

Avec son REx, la BMW i3 peut s'aventurer à l'écart des villes.

Avec son REx, la BMW i3 peut s’aventurer à l’écart des villes.

On le sait, le talon d’Achille des voitures électriques, c’est leurs batteries : elles sont lourdes, encombrantes, coûteuses, stockent proportionnellement peu d’énergie et nécessitent des heures pour être rechargées. Autant d’inconvénients qui limitent la polyvalence des V.E. Reste une solution pour augmenter l’autonomie : greffer un moteur thermique en tant que générateur d’électricité auxiliaire, ou « range extender ». Un tout nouveau domaine qui pourrait donner une inédite jeunesse au moteur à combustion !

Le plus gros frein à l’achat d’une voiture électrique est clairement l’autonomie : peu de gens sont prêts à investir dans une auto le plus souvent incapable de parcourir plus de 150 km avec un « plein ». Une peur de la panne sèche essentiellement d’ordre psychologique, puisqu’une étude du Ministère du Développement Durable a montré que les Français ne parcouraient en moyenne que 25,2 km par jour (données de 2008). Il n’empêche, les constructeurs doivent prendre en compte cette appréhension.

BMW l’a bien compris : son i3 est livrable avec un « REx », abréviation de « Range Extender ». Le principe : un moteur thermique se met en route lorsque la batterie est trop faible, afin de maintenir une charge minimale qui permet de prolonger le voyage. L’autonomie effective est alors la somme de l’autonomie procurée par les batteries, plus celle offerte par la capacité du réservoir d’essence. En l’occurrence, les 9 litres de carburant embarqués par l’i3 REx permettent d’allonger le rayon d’action d’une centaine de kilomètres.

Le REx de la BMW i3 (à droite sur la photo)

Le REx de la BMW i3 (à droite sur la photo)

Du coup, la BMW i3 REx peut parcourir jusqu’à 340 km, ce qui achève de rassurer les acheteurs : en janvier dernier, la citadine électrique avait déjà engrangé 11 000 commandes, portant ses délais de livraison à 6 mois. Et, si l’on en croit certains concessionnaires français, quatre acheteurs sur cinq optent pour la version dotée du REx, pourtant 4 600 € plus chère.

Malgré tout, la solution de BMW reste assez grossière : le moteur bicylindre de 647 cm3 est emprunté aux scooters de la marque, et n’a pas été conçu pour faire office de générateur électrique, d’où sa consommation assez élevée. Par ailleurs, il est plutôt encombrant et engendre un surcroît pondéral de 120 kilos.

Les constructeurs étudient donc de nouveaux types de moteurs à combustion, mieux adaptés à la tâche très particulière de générateur électrique. Deux constructeurs se sont récemment illustrés dans ce domaine : Mazda et Toyota.

Prototype Mazda 2 RE Range Extender

Prototype Mazda 2 RE Range Extender

Chez Mazda, on a décidé de capitaliser sur un savoir-faire détenu depuis un demi-siècle : le moteur rotatif ! Abandonné depuis l’arrêt de la RX-8, le moteur Wankel semblait devoir être définitivement remisé aux oubliettes de l’Histoire, incapable qu’il était de répondre aux normes antipollution modernes. Mais les ingénieurs japonais pensent pouvoir lui donner une nouvelle chance en le transformant en Range Extender. Mazda a ainsi présenté il y a quelques mois une citadine dotée d’un moteur électrique à l’avant et d’un générateur monorotor de 0,33 litre installé dans le coffre. Selon ses promoteurs, le moteur rotatif est bien adapté à cet usage : outre qu’il est possible de le faire fonctionner constamment à son régime optimal, il se distingue par ses très faibles vibrations, peut accepter des carburants variés et se révèle très compact. Sur le prototype, il n’est ainsi guère plus encombrant qu’une valise de taille moyenne.

Le générateur FPEG Toyota

Le générateur FPEG Toyota

Pour sa part, Toyota adopte une stratégie inédite : ses laboratoires de recherche et développement étudient actuellement un « générateur linéaire à moteur à piston libre » (free piston engine linear generator, ou FPEG). Il s’agit d’un concept original de moteur deux temps, où un piston effectue des va-et-vient sans bielle ni vilebrequin : l’énergie motrice libérée par la détente du piston est convertie en électricité par le biais d’un aimant permanent se déplaçant à l’intérieure d’une bobine électromagnétique. Le retour du piston après la détente est assurée par un « ressort pneumatique » (tout simplement une chambre contenant de l’air comprimé). La vidéo ci-dessous illustre son fonctionnement :

Selon ses concepteurs, un moteur constitué d’une paire de pistons comme celui-ci pourrait générer 20 kW d’électricité. Suffisant pour maintenir une citadine ou une berline compacte à une vitesse de 120 km/h. Le FPEG présente l’intérêt d’offrir un bon rendement thermique, de faibles frictions et des vibrations réduites. En revanche, il est encore à l’état de prototype, et aucune date de commercialisation n’a encore été évoquée.

Détails techniques du générateur FPEG Toyota.

Détails techniques du générateur FPEG Toyota.

7 réflexions au sujet de « Range extender : la deuxième vie du moteur à combustion »

  1. Bonjour,
    Le Toyota fait penser à un moteur Sterling (mais à combustion externe) dans le sens de sa très grande simplicité mécanique.

    Un petit moteur Diesel serait une bonne solution : un régime constant supprime la plupart des gros défauts du Diesel (mauvaise combustion des composants gras). C’est ce que l’on utilise sur les navires de charge depuis près de 100 ans avec un résultat énergétique très correct (mais peu propre du fait des carburants utilisés)

    Enfin, qui voudrait investir dans des micro turbines ? Au prix de métallurgie de pointe et de pas mal de titane, on obtient un générateur quasi parfait et poly-carburants !

  2. Bonjour,

    Ce que propose JFDK existe deja : bladonjets (http://www.bladonjets.com/)
    C’est une entreprise qui fait des turbines pour des applications de production d’electricite. Et c’est eux qui avait equipe le prototype de la Jaguar C-X75, avec 4 moteurs electriques de 145 kW dans chaque roues. Wikipedia parle de 28gCO2/km !
    Bref, la solution existe mais ne semble pas interesser les constructeurs…

    • Bonjour,
      C’est un vieux rêve, une turbine dans une voiture, qui tarde effectivement à se réaliser !
      Je crois que les premières tentatives remontent aux années 60 avec la Rover du Mans, la Renault de records, la Lotus 64 … Il y a même un film qui traite du sujet (pas les Batman).
      Une réalisation contemporaine est la Whisper Britannique (http://www.youtube.com/watch?v=NNlagWef1Mc)
      Toutefois, étant donné les temps de démarrage et le mode de service d’une turbine, cette solution serait surtout pertinente sur des engins de chantiers, des bus ou éventuellement des transporteurs.
      Pour ce qui est de la réalisation de réacteur de petit format, l’échec récent de Price Induction montre une grande inertie des marchés vis à vis des ruptures technologiques.

  3. L’autonomie est bien un problème réel et pas du tout psychologique : les « 25 km » par jour n’ont évidemment aucun sens le jour où on part en week-end ou en vacances !
    L’article ne mentionne par ailleurs pas la Chevrolet Volt qui propose une telle solution depuis quelques années.

  4. @ Stéphane chose à considérer:

    Chevrolet Volt: recours collectif demandé contre GM

    Le rappel qui ébranle GM »

    Denis Arcand
    La Presse

    Un propriétaire de Chevrolet Volt de la Rive-Sud veut intenter un recours collectif contre General Motors au sujet de l’autonomie électrique hivernale de la célèbre voiture hybride essence-électricité.

    La requête déposée au palais de justice de Montréal reproche à GM et à sa filiale canadienne d’avoir fait de la fausse représentation en affirmant dans leur publicité et leur documentation promotionnelle «qu’avec une batterie pleinement chargée, la Volt effectue de 40 à 80 km […] sans consommer une seule goutte d’essence, […] exclusivement au moyen de la batterie de la Volt».

    Le plaignant, Frédérick Duguay, de Saint-Amable, affirme avoir été surpris de découvrir à l’usage, après l’achat de sa Volt 2012, que la voiture consomme de l’essence dès que la température descend sous -4 °C, même quand la batterie est encore chargée. C’est seulement après ce constat qu’il a trouvé «dans le manuel du propriétaire […] certains passages succincts à l’effet qu’à une «température ambiante froide», le moteur à essence peut fonctionner malgré que la charge de la batterie soit suffisamment élevée pour alimenter le fonctionnement en mode électrique, ce qui ne lui avait jamais été révélé avant qu’il n’achète sa Volt», peut-on lire dans la poursuite.

    La requête ajoute que GM a omis et continue d’omettre dans sa publicité que «même avec une batterie pleinement chargée, la Volt (2012) ne peut pas fonctionner uniquement à l’électricité lorsque la température extérieure est inférieure à -4 degrés Celsius».

    C’est l’omission «d’un fait important dans un climat comme le nôtre», a dit hier Me François Lebeau, du cabinet Unterberg, Labelle, Lebeau.

    M. Duguay s’attendait à ne pas avoir à dépenser pour de l’essence dans ses déplacements quotidiens, puisque son trajet moyen pour aller au travail est de 18,6 km, ce qui est «largement inférieur à l’autonomie minimale» d’une Volt dont la batterie est pleinement chargée, peut-on lire dans la requête. M. Duguay allègue que depuis l’achat de sa Volt 2012, il dépense 390$ par année en essence consommée, alors que la charge de la batterie n’était pas épuisée. Comme il entend garder sa voiture 10 ans, il réclame à GM 3900$ en dommages et intérêts, plus 2000$ en dommages punitifs.

    La requête demande à la Cour supérieure d’autoriser un recours collectif contre GM au nom de «toutes les personnes qui ont acheté ou loué à long terme […] un véhicule automobile modèle Volt au Canada».

    La requête ajoute que les Volt 2013 et 2014 ont la même caractéristique, mais à une température plus basse, soit -10 °C. Mais pour cela, il faut que «l’utilisateur modifie les paramètres par défaut du chauffage assisté par le moteur», dit la poursuite. Si ces paramètres par défaut ne sont pas modifiés, la température limite est de -4 °C, comme la Volt 2012 du plaignant Duguay, a expliqué Me Lebeau.

    Chez GM Canada, Adria MacKenzie a indiqué que le constructeur ne commente pas publiquement les affaires débattues devant les tribunaux.

    Par contre, elle a fait remarquer que «l’autonomie électrique de la Volt peut être plus haute ou basse que prévu en fonction de la technique du conducteur, du relief de la route et de la température ambiante».

  5. Cher Team MotorLegend , bonjour !
    Tous ces bricolages montrent bien que le concept automobile est mal fagoté . Il faut repenser en simplicité et efficacité , se servir de tout ce qui existe déjà technologiquement ainsi que séparer la puissance instantanée (booster) de la lente , ce qui optimise fonctionnellement les éléments.
    Le stockage et production d’énergie le meilleur reste la chaudière de machine à vapeur (source combustible ou électrique ..) couplée d’une part aux roues par des turbines-moteurs-freins et à une turbine-génératrice/inertielle permettant des pointes de puissantes importantes et les performances dynamiques du véhicule ( analoge de la F1 actuelle). En disséminant les réservoirs de vapeur , on peut occuper les espaces mort du véhicule et augmenter la sécurité ..
    La combustion externe longtemps oubliée a d »énormes avantages par sa simplicité comme sa maîtrise des facteurs d’environnement facile à gérer .. La puissance de roulement est assurée par 4 ou 2 turbine / frein sur les roues , le mode dynamique pic par des moteurs-générateurs électriques couplés sur ces mêmes axes .. La batterie n’est là que pour les transitions de charge, légère & peu couteuse.
    ___Pour résumer on a alors une machine à vapeur sur un turbo-alternateur-générateur & énergie inertielle du volant & aubes du turbo central, et 4 roues motrices couplée elles aussi à des turbo-générateur/E-motor .. Là l’accumulation d’énergie est la masse de la voiture ,
    En fin de compte on a une technologie éprouvée et accessible , une alimentation par toutes les formes d’énergies , aussi de récupération thermique p.ex. de la maison à l’arrêt, puis en mode autonome sur les freins à disques et générateurs refroidis à eau , etc …
    On peut se demander pourquoi l’automobile s’entête dans des solutions périmées alors que l’aviation comme la marine utilisent ces technologies depuis longtemps. La sorte d’énergie ne joue en fait aucun rôle si on choisi la plus adéquate en chaque circonstance , les normes sont les vrais responsables de cette salade et viennent fausser le vrais problème de la mobilité !
    Pour conclure il faut donc constater que tous ces efforts actuels sont mal gérés car le problème est mal posé tout simplement.
    D’autres diront que je simplifie trop. Je reste néanmoins à disposition pour d’éventuels détails & solutions sur cette évidence de la technique de mobilité future . C°Free/db-2o14 .
    ing.d_b.ch 44o2 Village-Franc BL

  6. Bonjour, l’un des plus grands avantages est que cette voiture est écolo. Dans quelque temps ils reviendront avec une solution pour résoudre ce problème de batterie. 🙂

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