Des avancées géantes dans la technologie des véhicules font rêver: voitures volantes, sunmobiles fonctionnant uniquement à l'énergie solaire ou hélicars à deux roues maintenus en équilibre par des gyroscopes. Mais le chemin vers des voitures plus propres se fera par petites étapes. Il y a une place pour les véhicules tout électriques et même semi-autonomes, mais des modifications apportées aux conceptions utilisant de l'essence fourniront une grande partie des gains d'économie de carburant attendus dans les décennies à venir.
Les fous sont en train de sortir. Selon une analyse de l’Institut de recherche sur les transports de l’Université du Michigan (UMTRI), l’économie de carburant moyenne de toutes les voitures récemment achetées a atteint un niveau record, atteignant 24, 6 milles au gallon. L’économie de carburant va sûrement grimper encore plus: d’ici à 2025, les normes nationales exigent que les constructeurs automobiles atteignent une moyenne d’au moins 54 km par parc pour les voitures et les camions légers.
Une meilleure économie de carburant peut aider à contrôler la consommation de pétrole et les plus de 1, 5 milliard de tonnes d'émissions de gaz à effet de serre absorbées chaque année par les véhicules routiers américains. Et bien que les voitures et les camions offrant la meilleure économie de carburant se vendent souvent à un prix plus élevé, une consommation d'essence améliorée peut aider les automobilistes à économiser de l'argent à la pompe: un ménage américain typique dépense maintenant environ 4% de son revenu annuel.
Selon Bruce Belzowski, chercheur à l’UMTRI, lorsque le prix de l’essence dépasse 4 dollars le gallon, l’économie de carburant a tendance à augmenter. Les prix ont fluctué autour de cette marque à l'échelle nationale - bien que la moyenne nationale ne l'ait pas dépassée depuis 2008 - et les acheteurs manifestent un appétit pour une meilleure économie de carburant. «Les consommateurs peuvent dire:« Il faut sortir davantage de ce réservoir », explique Belzowski.
Un rapport récent du Conseil national de recherches révèle qu'il est techniquement possible de réduire de 80% l'utilisation de pétrole et les émissions de gaz à effet de serre des automobiles d'ici 2050, par rapport aux niveaux de 2005. Améliorer l'efficacité des véhicules à moteur conventionnel ne suffira toutefois pas à lui seul à produire des réductions aussi importantes. Les voitures devraient atteindre une moyenne étonnante - et extrêmement improbable - de 180 km / gallon pour atteindre cet objectif en se basant uniquement sur les gains d'efficacité. C’est là que les carburants de remplacement et les véhicules tout électriques entreront en jeu.
Tous les véhicules, quelle que soit leur source d'énergie, doivent devenir beaucoup plus efficaces pour atteindre ces objectifs, mais l'amélioration de l'efficacité de ceux utilisant du pétrole pourrait avoir l'impact le plus important à court terme. Ces voitures constituent la grande majorité des véhicules sur les routes et consomment environ le tiers de tout le pétrole utilisé aux États-Unis. Et il reste encore beaucoup à faire, avec un quart de l’énergie consommée dans le carburant des voitures d’aujourd’hui pour les transporter plus tard. La majeure partie du reste est perdue sous forme de chaleur dans le moteur. Réduire au minimum la quantité de travail que doit effectuer un moteur à essence est l’un des moyens les plus simples et les moins coûteux d’économiser du carburant. Les scientifiques, les chercheurs et les constructeurs automobiles pensent que cela peut être accompli grâce à plusieurs stratégies, dont beaucoup sont répertoriées ci-dessous:
Nouvelle technologie de pneu
Le fait d'affiner la conception des pneus peut également générer des gains en réduisant la résistance au roulement ou la force créée par l'aplatissement d'un pneu qui roule sur la route. Les cyclistes savent qu’un pneu crevé exige beaucoup plus de jogging que de rouler à une balle respectable. De la même manière, réduire au minimum le degré d'aplatissement ou de déformation d'un pneu de voiture grâce à des matériaux et à une conception avancés peut réduire la quantité d'énergie nécessaire simplement pour le maintenir en mouvement.
Innovations moteurs
Les améliorations les plus spectaculaires, cependant, proviendront probablement des modifications apportées à la transmission du moteur, a déclaré Alan Crane, chercheur principal au Conseil des systèmes énergétiques et environnementaux du Conseil national de recherches du Canada et directeur des études pour le rapport du CNRC. Les transmissions avec un nombre plus élevé de vitesses, les transmissions à double embrayage et les revêtements réduisant le frottement pourraient aider les moteurs à fonctionner plus efficacement et à réduire les pertes d'énergie.
Une technologie connue sous le nom de désactivation des cylindres est une option pour les constructeurs automobiles qui souhaitent un produit moins soif. Cela tue essentiellement la moitié du moteur lorsque vous n'en avez pas besoin, par exemple lors de la conduite sur autoroute, mais conserve toute la puissance nécessaire pour les accélérations, les grandes montées, le remorquage des bateaux ou toute autre situation nécessitant un moteur plus puissant. «On passe donc d’un moteur six cylindres à un trois cylindres», explique Brandon Schoettle, chercheur à l’UMTRI. Le fait de rouler sur moins de cylindres permet aux conducteurs de faire les deux choses, en donnant la priorité à la puissance lorsque vous en avez besoin et à la rentabilité si vous n'en avez pas.
Réduire la taille du moteur est un autre moyen de gagner en efficacité, sans que cela ne se fasse au détriment de la performance. Dans les voitures à essence conventionnelles, le moteur à combustion interne introduit un mélange d’essence et d’air dans un cylindre. Un piston monte pour comprimer ce mélange, puis une étincelle l'enflamme, produisant une explosion qui entraîne le piston vers le bas. Une vanne s'ouvre pour permettre à l'échappement de sortir du cylindre et le cycle recommence: admission, compression, combustion, échappement. La turbocompression, qui force l'air supplémentaire dans les cylindres d'un moteur, peut permettre aux plus petits moteurs de générer plus de puissance à partir de chacune de ces petites explosions.
Plus petit signifie généralement plus léger, et une réduction de 10% du poids d'une voiture entraîne une réduction d'environ 7% de l'économie de carburant, fait remarquer Crane. Selon le rapport du CNRC, d'ici 2050, les voitures pourraient peser 40% de moins. «Cela ne nécessite même pas beaucoup de fibres de carbone [légères]», explique Crane. "Pour l'instant, presque tout dans la voiture est simplement en acier ordinaire."
Remplacement de l'acier lourd
Le fer et les alliages d'acier représentent environ 45% du poids de la plupart des voitures. Mais de plus en plus, des matériaux avancés peuvent être appliqués à la manière d'un puzzle, avec des pièces légères insérées à divers endroits de la structure en acier. «Vous pouvez renforcer les composants essentiels», déclare Bill Reinert, responsable national des véhicules à technologies de pointe pour Toyota. Les aciers à haute résistance sont remplacés par des alternatives plus minces et plus solides à l'acier ordinaire, et la teneur en aluminium est à la hausse. Les matériaux composites à base de fibre de carbone et de magnésium sont relativement coûteux et difficiles à utiliser, mais ils pourraient éventuellement aider à réduire le poids de certains composants jusqu'à 75%.
La perte de poids peut également avoir des effets dominants, car peu de pièces d'une voiture fonctionnent isolément. «Si vous pouvez économiser 100 livres, vous pourrez peut-être utiliser un moteur plus léger et plus petit ou réduire la taille des freins», explique Crane. À son tour, un moteur plus petit peut signifier simplement moins de matériel sous le capot, ce qui offre plus de flexibilité pour la conception aérodynamique, ce qui améliore encore l'efficacité.
Production de pièces optimisée
Les progrès de la conception assistée par ordinateur facilitent l'optimisation des pièces et des systèmes individuels pour obtenir le résultat souhaité. «Les outils s’améliorent», déclare Crane. «Lorsque les constructeurs proposent une révision pour une voiture, ils peuvent fournir beaucoup plus d'informations à l'ordinateur et déterminer quels sont les meilleurs compromis en matière d'économie de carburant, ainsi que d'autres facteurs."
Des modifications des courbes et des angles d'une voiture et l'ajout de volets de gril actifs qui bloquent le flux d'air lorsqu'il n'est pas nécessaire de refroidir le moteur peuvent minimiser jusqu'à 5% de la traînée d'une voiture à grande vitesse, suffisamment pour réduire la serre d'un véhicule. les émissions de gaz d’environ 1 gramme par mille et d’économiser davantage de carburant. Mais les changements externes ne doivent pas nécessairement être dramatiques pour que les voitures atteignent 50 milles ou plus. Selon M. Crane, l’économiste en carburant du futur devrait «ressembler beaucoup aux véhicules actuels».
Une inspection minutieuse ou une rotation au volant peuvent toutefois révéler certaines différences. «En raison de son poids nettement plus léger, [une voiture du futur plus performante] peut sembler quelque peu différente. Ça va mieux gérer, ça va mieux tourner dans les virages », dit Crane. En analysant les voies possibles vers ces objectifs 2050, l’équipe du CNRC a supposé que les véhicules continueraient plus ou moins dans leur forme actuelle. Ces voitures "auront l'air un peu plus balayées par le vent", dit Crane, mais rien de radical. Les véhicules "ne deviennent pas plus petits ou si rabattus en arrière que vous ne pouvez placer personne sur le siège arrière".
Un coup de main des ordinateurs
Plus d'une décennie après l'introduction de la Prius aux États-Unis, les véhicules hybrides ne représentent toujours qu'une infime partie du marché automobile global - environ trois pour cent des véhicules vendus aux États-Unis. Toutefois, une partie de la technologie des hybrides actuels pourrait aider une large bande de voitures de demain à obtenir une meilleure consommation d'essence. L'une des pièces les plus importantes est la technologie start-stop, qui arrête le moteur lorsque le véhicule est au repos, puis redémarre lorsque le conducteur appuie sur l'accélérateur.
Dans les véhicules hybrides, cela est souvent associé au freinage par récupération, qui exploite l'énergie cinétique pendant le ralentissement et le freinage pour charger une batterie. L'électricité stockée peut ensuite être utilisée pour redémarrer le moteur. «Le freinage régénératif et le démarrage / arrêt seront des éléments de conception très courants dans les prochaines années», explique Crane.
Bien entendu, en matière de consommation de carburant, le comportement du conducteur est également important. La différence en matière de consommation de carburant entre un conducteur agressif au plomb et un conducteur conservateur de niveau égal peut atteindre 20%. Dans une certaine mesure, la technologie pourrait éloigner les conducteurs de leurs tendances au gaspillage. Même si la conduite autonome a peu de chances de produire des voitures sans conducteur, du moins dans peu de temps, le directeur général de Renault-Nissan, Carlos Ghosn, a déclaré lors d'une récente manifestation à l'Université de Stanford: «Vous allez voir beaucoup de voitures avec moins de participation du conducteur. »Ces voitures peuvent être optimisées pour une économie de carburant et un itinéraire efficace.
Dans un avenir plus lointain, les intersections pourraient être des endroits où les voitures sont programmées pour ralentir et se frayer un chemin, plutôt que de freiner brusquement ou de tourner des carrefours giratoires, suggère Schoettle de UMTRI. «Si personne ne s’arrête, vous avez amélioré votre consommation de carburant», fait-il remarquer.
«Ce serait formidable s'il existait une solution miracle», déclare M. Reinert, de Toyota - une technologie qui pourrait nettoyer une voiture sale sans que nous remarquions jamais une différence de performance, de choix, de commodité ou de prix. La réalité est que de multiples technologies dans les bonnes combinaisons peuvent grandement contribuer à nettoyer nos véhicules. «Toutes ces choses sont petites», dit Reinert, «mais tout s'additionne».
