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Comment fonctionne une voiture moteur hybride ?

Full hybrid, micro-hybride, hybride rechargeable, configuration en parallèle, en série ou à dérivation de puissance… Il est parfois difficile de s’y retrouver entre les différentes technologies proposées par les véhicules électrifiés.

Avec une progression sans cesse croissante des achats de voitures hybrides, le secteur n’a jamais été aussi dynamique, notamment aidé par des incitations financières et des modèles toujours à la pointe de la technologie. Afin de mieux choisir sa voiture moteur hybride, voici les bases du fonctionnement de chacune d’elles.

La voiture hybride : l’alliance de deux moteurs

Une voiture hybride (HEV) repose sur l’association d’un moteur à combustion interne (moteur thermique essence ou diesel) et d’un ou plusieurs moteurs électriques qui utilisent l’énergie stockée dans des batteries. Ces moteurs peuvent fonctionner conjointement ou en alternance.

Cette combinaison permet de tirer parti des avantages de chaque type d’énergie tout en limitant les inconvénients. Elle permet ainsi des économies de carburant et une réduction des émissions d’échappement sans sacrifier les performances.

Les systèmes de motorisation hybride peuvent économiser le carburant en arrêtant le moteur thermique lorsque le véhicule est en stationnement, au ralenti à un feu ou à l’arrêt dans la circulation, ou lorsque l’énergie du moteur électrique est suffisante pour propulser le véhicule sans l’assistance du moteur thermique. La batterie fournit également de l’énergie au climatiseur et aux accessoires pendant que le véhicule tourne au ralenti. Si nécessaire, le moteur thermique se réengage pour fournir davantage de puissance pour l’accélération.

Moteur Hybride Essence rechargeable

Système de freinage régénératif : au cœur de la voiture hybride

Si le fonctionnement diffère selon la nature de l’hybridation, toutes les voitures hybrides HEV ont en commun la capacité de générer du courant électrique, de le stocker dans une batterie (différente de la batterie conventionnelle de 12 V) et d’utiliser ce courant pour aider à entraîner les roues.

Cette capacité à produire de l’électricité s’effectue par le biais du freinage régénératif qui est un mécanisme de récupération d’énergie lors des phases de décélération : lorsque le conducteur freine, le système récupère la chaleur générée par le freinage, qui autrement serait perdue, et la transforme en électricité qu’il stocke dans une batterie.

Le saviez-vous ?

La motorisation hybride est apparue il y a plus d’un siècle.

La première voiture moteur hybride a été développée en 1899 par l’américain Henri Pieper. L’année suivante, Ferdinand Porsche lance une série hybride qui remporte deux records de vitesse. Mais ce n’est qu’à la fin des années 1990 que la motorisation hybride a véritablement été commercialisée auprès du grand public.

Différentes configurations de moteurs possibles pour une voiture hybride

Les constructeurs automobiles utilisent différentes conceptions hybrides pour remplir divers objectifs

 

Voiture hybride avec hybridation en parallèle

Il s’agit du type motorisation hybride le plus courant. Dans une configuration hybride en parallèle, le(s) moteur(s) électrique(s) et le moteur thermique sont connectés à une transmission commune qui combine les deux sources d’énergie. Cette transmission peut être automatique, manuelle ou à variation continue (CVT). Parce que ces deux sources d’énergie sont connectées au groupe motopropulseur, on dit qu’ils fonctionnent en parallèle.

Le type de transmission et la puissance du moteur thermique sont les principaux facteurs qui déterminent le comportement de l’hybride parallèle (démarrage, accélération, etc.). D’une manière générale, l’hybridation parallèle permet de faire fonctionner les deux types de moteurs selon la vitesse à laquelle roule le véhicule. Le plus souvent, jusqu’à 30 à 50 km/h, c’est le moteur électrique qui entraîne l’essieu. Au-delà, le moteur thermique prend le relais.

 

Voiture hybride avec hybridation en série

Dans cette conception, le ou les moteurs électriques sont les seuls à fournir la force motrice aux roues. En effet, le moteur thermique n’étant pas relié aux roues, sa seule fonction est de recharger la batterie du moteur électrique.

Ainsi, le moteur thermique peut envoyer le courant électrique directement au moteur électrique ou charger la batterie qui stocke l’électricité. Le moteur électrique propulse quant à lui le véhicule, utilisant sa puissance pour actionner un arbre de transmission ou un ensemble d’essieux moteurs qui font tourner les roues.

Cette solution d’hybridation est plutôt rare. Le moteur thermique fonctionne à la manière d’un groupe électrogène qui produit l’électricité nécessaire au moteur électrique pour faire avancer le véhicule. Cela se traduit néanmoins par une expérience de conduite plus représentative d’une voiture électrique, avec une accélération plus douce et puissante.

 

Voiture hybride avec hybridation mixte ou à dérivation de puissance

Ce type d’hybridation à dérivation de puissance est une combinaison des deux précédents. Il permet au moteur thermique de délivrer de la puissance à l’essieu tout en entraînant une génératrice qui recharge la batterie, laquelle alimente un moteur électrique. Cette architecture offre la possibilité d’un fonctionnement 100 % électrique, mais une partie de la puissance du moteur thermique est toujours transformée en électricité pour recharger la batterie ou pour alimenter le moteur électrique.

Un fonctionnement différent selon les niveaux d’hybridation

Voiture micro-hybride (mild hybrid)

L’hybridation douce, également appelée hybridation légère ou micro-hybridation, utilise une petite batterie lithium-ion de 48V et un alterno-démarreur pour épauler le moteur thermique dans le but d’économiser le carburant, d’augmenter les performances, ou les deux.

Le système de micro-hybridation ne peut cependant pas propulser la voiture en utilisant uniquement l’électricité. Le bloc électrique sert ici seulement de démarreur pour le système Start & Stop automatique, qui coupe le moteur lorsque la voiture s’arrête afin d’économiser le carburant, comme dans les embouteillages ou aux feux de circulation. Sur certains modèles de voitures à hybridation légère, le moteur électrique peut également aider le moteur thermique à maintenir une vitesse constante, jusqu’à 120 km/h.

Considérés comme un moyen plus simple et moins onéreux de mettre sur le marché la technologie hybride, tous les modèles de véhicules conventionnels pouvant en être équipés, les systèmes micro-hybrides n’améliorent cependant pas autant la consommation de carburant que les systèmes hybrides complets (full hybrid). On parle d’environ 0,5 l/100 km d’économie selon les modèles par rapport à un véhicule thermique conventionnel.

 

Voiture hybride (full hybrid)

Les systèmes d’hybridation complète (full hybrid) utilisent le moteur électrique comme seule source de propulsion pour la conduite à vitesse réduite et de faibles accélérations. Ce mode uniquement électrique peut encore augmenter le rendement énergétique dans certaines conditions de conduite.

Une voiture full hybrid dispose également d’un moteur diesel ou essence comme principale source de puissance pour les vitesses plus élevées, lequel s’engage en général au-dessus de 50 km/h. Le moteur électrique fournit une puissance supplémentaire en cas de besoin afin de permettre au véhicule d’être plus efficace avec un moteur diesel ou essence moins puissant. Une voiture hybride permet de réaliser des économies de carburant en ville supérieures à 30 % par rapport au même véhicule équipé d’un moteur à carburant fossile seul.

 

Voiture hybride rechargeable (PHEV)

Contrairement aux véhicules hybrides HEV, dont l’électricité est uniquement produite par le freinage régénératif, les voitures hybrides rechargeables, ou PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), offrent la possibilité d’être chargées également sur une prise électrique domestique ou sur une borne publique. Par cette caractéristique, elles sont à mi-chemin entre les hybrides conventionnelles HEV et les véhicules entièrement électriques.

Bien qu’elles disposent d’un moteur thermique, les voitures hybrides rechargeables présentent également des batteries de plus grande capacité que les hybrides ordinaires et peuvent par conséquent parcourir de plus longues distances en mode 100 % électrique, jusqu’à plus de 60 kilomètres pour certains modèles (cycle WLTP), comme le Peugeot 3008 Hybrid4 300. Une voiture hybride rechargeable permet ainsi d’effectuer des trajets quotidiens sans solliciter le moteur thermique, simplement grâce à la recharge domestique ou sur une borne.