Hybride parallèle

Hybride parallèle simple

L'hybride parallèle comprend deux motorisations, l'une thermique, l'autre électrique, disposées à la suite sur le même arbre moteur et placés devant une boite de vitesse. Ils peuvent être séparés par un embrayage permettant un fonctionnement indépendant du moteur électrique ou être solidaires, ne permettant qu'un fonctionnement combiné du moteur thermique avec le moteur électrique.

On distingue plusieurs modes de fonctionnement :

N°I Traction électrique : Seul le moteur électrique propulse le véhicule, en étant alimenté par la batterie d'accumulateurs ou de supercondensateurs, l'embrayage est ouvert et le moteur à combustion interne est éteint.
Ce mode de fonctionnement est réservé au full hybrid.

N°II Traction électrique et/ou thermique : Le moteur électrique et le moteur à combustion interne propulsent conjointement le véhicule. Selon les configurations, le MCI peut également propulser seul le véhicule sans l'assistance du moteur électrique.

N°III Freinage : Lors des phases de décélérations et de freinage, le moteur à combustion interne est éteint et débrayé (l'embrayage ouvert), le moteur électrique freine le véhicule agissant alors comme générateur (freinage régénératif) qui permet le rechargement de la batterie.

Le rechargement de la batterie s'effectue de différentes façon :

• au freinage, par récupération de l'énergie (freinage régénératif) ;
• selon les configurations et les conditions de fonctionnement, le surplus de puissance développé par le moteur à combustion interne peut également être transformé par un générateur électrique pour recharger la batterie ;
• de manière externe (hybride rechargeable).

Composants :

1. Moteur à combustion interne (MCI)
2. Embrayage
3. Moteur électrique
4. batterie d'accumulateurs ou de supercondensateurs
5. Boite de vitesse

Exemples de véhicules : la Honda Insight et les hybrides de PSA.

Hybride série

L'hybride série utilise uniquement le moteur électrique pour entraîner les roues. Le moteur à combustion interne (MCI) entraîne uniquement un générateur électrique pour former un groupe électrogène qui fournit tout ou partie de l'électricité nécessaire au fonctionnement du moteur électrique, il n'est donc pas relié mécaniquement aux roues motrices^{[alpha 1]}.

On distingue plusieurs modes de fonctionnement :

Le rechargement de la batterie s'effectue de différentes façon :

• au freinage par récupération de l'énergie (freinage régénératif) ;
• le groupe électrogène sert aussi à recharger la batterie ;
• de manière externe (hybride rechargeable).

Composants :

1. Moteur à combustion interne (MCI)
2. Générateur électrique
3. Moteur électrique
4. Batterie

Exemples : Les camionnettes VTrux de Via Motors fonctionnent sur ce principe^[10]. La Chevrolet Volt (véhicule issu d'un concept-car dont la commercialisation a débuté en décembre 2010 aux États-Unis^[11]) est une hybride rechargeable qui fonctionne la plupart du temps en mode série^[12].

Hybride série-parallèle

Transmission type THS ou HSD

Combinaison plus complexe des deux solutions. Les mouvements et puissances des moteurs thermique et électriques sont combinés de la manière la plus efficace selon les conditions de roulage et de fonctionnement du véhicule.

Par exemple, avec un train épicycloïdal reliant les différents moteurs, autorisant des vitesses et des sens de rotation différentes pour les moteurs, les automobiles hybrides équipées du système Hybrid Synergy Drive et ses dérivés utilisent ce principe : Toyota Hybrides, Nissan Altima Hybride, Lexus hybrides, Ford hybrides.

Système Stop & Start

Tout véhicule à moteur thermique peut en outre être équipé d'un système de coupure et redémarrage automatiques de celui-ci lorsque le véhicule s'immobilise. Sur les modèles non hybrides, l'alternateur et le démarreur d'une voiture classique sont alors remplacés par un alterno-démarreur ou seulement par un démarreur renforcé requérant une batterie assez puissante dont la durée de vie est réduite^[13]. Bien que parfois présenté sous le terme de « micro-hybride », ce moteur électrique ne peut être utilisé pour le déplacement du véhicule, faute d'une conception adaptée et de sa faible puissance. Ces techniques permettent cependant une optimisation du fonctionnement du groupe propulseur ou des accessoires électriques et peuvent même incorporer un système de récupération de l'énergie cinétique. L'appartenance de ces véhicules à la famille des hybrides fait débat^[14].

Freinage régénératif

Sur la plupart des véhicules électriques ou hybride-électriques, la batterie d'accumulateurs électrochimiques ou de supercondensateurs permet de stocker de l'énergie récupérée lors du freinage ou du contrôle de vitesse en descente, par freinage régénératif. Cette énergie est utilisée ultérieurement par la traction ou les accessoires.

Consommation réduite

Selon le type d'utilisation (urbain/autoroute) et de conduite (économe/sportive), la motorisation hybride permet de diminuer de 10 à 25 % la consommation moyenne des véhicules^[33],[34], suivant le niveau d'hybridation, le modèle et l'utilisation qui en est faite. La conduite urbaine offre ainsi les meilleurs gains, par son irrégularité et les faibles vitesses atteintes, alors que la conduite autoroutière offre les plus faibles, du fait des vitesses élevées et régulières^{[35],[36],[37]}. En cas d'embouteillage l'usage d'un véhicule hybride est de nouveau intéressant^[38], à la différence des véhicules Diesel^[39].

Une fois l'énergie grise des équipements hybrides amortie, la motorisation hybride est donc particulièrement intéressante en ville, notamment pour les taxis, qui peuvent rapidement amortir le surcoût initial^[40],[41]. Elle commence à être appliquée aux autobus et camions aux États-Unis, en Europe et au Japon.

Pollution de l'air

L'hybridation est à l'origine d'importants progrès, dans les années 2000, en réduction d'émissions de polluants^{[alpha 2]}.

Émissions de gaz à effet de serre

L'hybridation permet de réduire les émissions locales de gaz à effet de serre, proportionnelles à la consommation de carburant, tandis que le freinage régénératif évite le rejet d'une grande partie des polluants dus au freinage par friction^[43]. Selon l'Association des constructeurs européens d'automobiles (ACEA), l'hybridation légère (mild hybrid) réduit les émissions de CO₂ de 10 à 20 %, l'hybridation complète (full hybrid) de 20 à 40 % et les émissions des hybrides rechargeables sont réduites de 50 à 75 %^[6].

Nuisances urbaines

De nombreuses nuisances urbaines, dues en bonne partie à la circulation routière, peuvent être atténuées par l'utilisation de véhicules hybrides, particulièrement efficaces en ville. Peuvent ainsi être réduits la pollution aérienne déjà mentionnée, le phénomène d'îlot de chaleur, le smog et la pollution sonore. Ces bénéfices sont encore renforcés par les systèmes à bord, qui encouragent à l'écoconduite pour tirer le meilleur parti de l'hybridation^[35]. Du reste, certaines villes restreignent déjà leur entrée aux véhicules les moins polluants lors de pics de pollution^[44].

Autonomie

L'avantage de l'hybride sur l'électrique est que son autonomie n'est pas limitée par la capacité et le temps de recharge de la batterie. En effet, un véhicule hybride électrique est similaire de ces points de vue à un modèle essence classique, dont le plein est effectué rapidement, tandis que les batteries électriques doivent être soit longuement rechargées, soit échangées. Les véhicules électriques avec moteur thermique prolongateur d'autonomie ne présentent pas cet inconvénient et présentent l'avantage que le moteur thermique peut fonctionner exclusivement à son régime de rendement maximum.

On peut toutefois difficilement comparer la consommation et l'autonomie des automobiles hybrides et électriques. Pour les premières, il s'agit d'une motorisation thermique optimisant l'usage du carburant en produisant leur électricité, tandis que les secondes reçoivent principalement leur énergie électrique d'une source extérieure au véhicule ; enfin, les hybrides rechargeables (PHEV) combinent les deux principes.

Émissions de CO₂

En septembre 2020, l'Institut Fraunhofer et le Conseil international sur le transport propre (ICCT) publient les résultats de l'analyse de données sur l'utilisation réelle de plus de 100 000 voitures hybrides rechargeables en Europe, Amérique du Nord et Chine : en moyenne, la consommation de carburant et les émissions de CO₂ sont deux fois plus élevées dans l'usage réel des automobilistes particuliers que les valeurs mesurées dans les tests standards des constructeurs ; dans le cas des véhicules d'entreprises, les valeurs réelles sont quatre fois supérieures aux valeurs officielles. La raison en est que souvent les voitures hybrides rechargeables ne sont pas rechargées régulièrement ; par exemple, les utilisateurs privés allemands ne les rechargent en moyenne que trois jours sur quatre, et ceux de voitures d'entreprise un jour sur deux. En moyenne, les véhicules hybrides rechargeables des particuliers ne fonctionnent en mode électrique que 37 % de leur kilométrage, et les véhicules d'entreprise 20 %. Les auteurs font une série de recommandations, par exemple que les constructeurs accroissent la capacité des batteries, que les gestionnaires de flottes d'entreprise limitent les budgets alloués aux cartes de carburant, qu'ils facilitent l'accès aux points de recharge et abaissent leur tarif^[45].

La Fédération européenne pour le transport et l'environnement (T&E) publie le 23 novembre 2020 une étude comparant la production de CO₂ en situation réelle et celle affichée par les constructeurs. Les tests effectués sur les modèles les plus récents confirment qu'ils émettent beaucoup plus de CO₂ que ne le prétendent les constructeurs : l'écart s'élève entre 28 et 89 % avec une batterie chargée à plein, et avec une batterie vide, ils émettent trois à huit fois plus de CO₂ que les valeurs officielles ou même 12 fois plus en mode recharge de batterie. T&E en conclut que les gouvernements devraient mettre fin aux subventions à l'achat et aux allégements fiscaux pour les hybrides rechargeables^[46].

Toyota défend en 2019 sa technologie hybride avec des arguments polémiques, insistant sur l’hybride « qui ne se branche pas », « se recharge en roulant » ou « auto-rechargeable ». L’autorité de protection des consommateurs norvégienne, la Forbrukerrådet, somme Toyota d’interrompre la diffusion des publicités invoquant le « self-charging » (« auto-recharge »), estimant qu'« il est trompeur de donner l’impression que l’alimentation de la batterie hybride est gratuite, car l’électricité produite par la voiture a pour condition nécessaire la consommation d’essence » et que ces campagnes constituent une « pratique commerciale déloyale en violation de l’interdiction [prévue par la loi norvégienne] »^[47].

Surcoût

L'hybridation implique une redondance des systèmes de propulsion, dont le prix peut atteindre plusieurs milliers d'euros. Seuls les modèles présentant un bon rapport consommation/surcoût seraient donc rentables^[48], en fonction de l'utilisation qui en est faite et de leur catégorie^[49].

Pollution et ressources naturelles

Bien que moins polluants à l'utilisation, les systèmes hybrides sont d'une fabrication plus complexe, qui représente une énergie grise initiale conséquente, des procédés polluants et une consommation de ressources naturelles accrue.

Selon Patrick Coroller, directeur Air et Transport de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe), une institution française dépendant du ministère de l’Écologie, « les solutions hybrides ne sont pas pertinentes et ne soutiennent pas la comparaison par rapport aux dernières générations de véhicules purement électriques utilisant des batteries à haute capacité de stockage »^[50]. Toujours selon lui, « les solutions d'hybride essence et à plus forte raison Diesel ne sont pas adaptées aux marchés des prochaines décennies et, sur un plan environnemental, seule la voie de l'hybride rechargeable mérite un soutien à condition de maintenir une origine très majoritairement non polluante de l'électricité ».

Plus généralement, les voitures hybrides renferment une technologie complexe. En cela, elles s'éloignent de la sobriété énergétique qu'exige un développement durable, à l'opposé de la voiture low-tech^[51].

Ressources en lithium

La disponibilité du lithium, utilisé dans les batteries de type lithium-ion, posera problème si le nombre de véhicules hybrides ou purement électriques doit être très élevé. Ainsi, le cabinet Meridian International Research estimait en 2007 que les réserves ne suffiraient pas même au remplacement initial du parc mondial de voitures par des modèles dotés de batteries importantes^[52],[53].

Surpoids

Le supplément de masse des batteries et des moteurs électriques induit une consommation d'énergie supplémentaire, essentiellement durant les phases d'accélération, mais aussi en côte^[54].

Entretien

Suivant leur conception, l'architecture complexe de la gestion des moteurs et de la transmission peut nécessiter plus d'entretien à long terme^[54] ; pour d'autres, de conception plus optimisée, l'entretien est réduit.

Durée de vie des batteries

Les batteries ayant une durée de vie de huit à dix ans^[55], il faudrait prévoir de les remplacer en cas d'utilisation prolongée du véhicule hybride, ce qui entraînerait un surcoût de maintenance. Certaines marques proposant les systèmes hybrides garantissent spécifiquement la batterie du système hybride, sur dix ans pour les systèmes HSD de Toyota (Yaris, Auris, Prius, etc.) en France^[56], huit ans et kilométrage illimité pour les Honda Civic IMA produites avant 2010, puis cinq ans ou 100 000 kilomètres pour les modèles produits par la suite^[57]. D'autres marques proposent une location des batteries^[58].

Perte d'autonomie par temps froid

Les batteries étant sensibles aux variations de température, un véhicule hybride stationnant par une température négative voit sa batterie perdre jusqu’à un quart de sa capacité, réduisant temporairement l'autonomie du véhicule (utilisation du chauffage, performance des batteries réduite par temps froid)^[59].

Intérêt par rapport au Diesel

Certains constructeurs comme PSA Peugeot Citroën ont avancé le fait que l'économie en carburant permise par la technique hybride pour des véhicules à essence était proche de celle du passage de l'essence au gazole, et qu'elle n'était donc pas intéressante pour eux sur les marchés ayant fait le choix d'un fort taux d'utilisation de moteurs Diesel comme l'Europe. Cet argument omet l'impact des émissions supérieures de NO_x et de particules fines (imbrûlés) des moteurs Diesel. PSA, comme d'autres fabricants, a commercialisé en 2011 un hybride Diesel, le Peugeot HYbrid4, dans le but de réduire les émissions de CO₂, ce qui réduit les émissions de NO_x sans les supprimer.