L avenir de l automobile. Joel Danroc

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1 L avenir de l automobile Joel Danroc

2 La voiture du futur - Les évolutions de l automobile - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène Billions 400 World Energy Needs Fossil Energies Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA? La recherche et les démonstrateurs

3 L avant pétrole : une courte période 1896 Invention «Tricycle Benz» Moteur gaz 1899 : «Voitures électrique» «Jamais contente» +100Km/h - moteurs électriques, 67 CV - batteries Fulmen, - Carroserie aluminium Après 1900 «Ere Pétrole»

4 «Le passage de la calèche à l automobile actuelle» Une rupture technologique majeure «On n invente pas le téléphone à partir de pigeons voyageurs» Michelin Rencontre Pétrole/Moteur combustion interne

5 Quelques éléments marquants Succès de l automobile : «Quatre roues, un volant, du plaisir et du rêve» 1974 Premier Choc pétrolier 1990 Début des expériences hors pétrole ( Voiture électrique, PAC ) 2012 : 80 millions de voitures produites par an La Chine est le premier marché mondial Arrivée des générations Y connectées!

6 Retour vers le futur : les voitures du futur des années 50 / 60 «Motorway» 1956

7 CADILLAC «Cyclone»1959

8 «Etoile Filante» Renault à turbine 314 km/h

9 FORD «nucléon»1958

10 Salon de l auto 1960 SIMCA «Fulgur»

11 Une anticipation SIMCA

12 La voiture du futur - Les évolutions de l automobile - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Le modèle actuel -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène Billions 400 World Energy Needs Fossil Energies Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA? La recherche et les démonstrateurs

13 En 2012 : pourquoi est ce vraiment différent? - Pétrole : «courbe peak oil»validée, pb de sécurisation d apprivisonnement - Population : - va passer de 6 milliards à 9 milliards en devient à 80 %urbaine - Effet de serre avec les problèmes climatiques - Congestion des villes - Problèmes de santé Billions Barrel of Oil Equivalent / year World Energy Needs New Energy Technologies Fossil Energies

14 Energies non renouvelables 90 % Energie solaire annuelle Ressources énérgétiques totales Quantités et réserves d énergie Part de la production énergétique mondiale par source Solaire 0,009% Eolienne 0,04% Géothermique 0,12% Biomasse 0,4% Consommation annuelle mondiale Pétrole Gaz Traditionnelle 6 % Hydraulique 3 % Nucléaire 7 % Uranium Charbon Charbon 21 % Eolienne Hydraulique Gaz 21 % Pétrole 41 % Photosynthèse Une réserve infinie de croissance pour le solaire

15 SOLAIRE

16 Les bio carburants : Manger ou se déplacer? Culture pour alimentation ou carburant? Réchauffement climatique : CO2 1 Kg de Veau 220 Km en voiture Elevage, Transport, Découpe Chaîne du froid, Aliments Méthane (digestion animale)

17 Biomasse 3 Génération µ-algues 3 (3G) Génération Déchets 2 Génération Bois déchets bois Cultures énergie Déchets agricoles 1 Génération Cultures sucres Cultures oléagineux

18 Puissance nécessaire Cr r = coefficient de résistance au roulement, entre 0,8 et 1,2 % = densité de l air = 1,3 g / dm 2 = pente de montée m : nécessité de réduire la masse à vide Sf.Cx : nécessité de réduire la traînée aérodynamique V 3 : nécessité de limiter la vitesse maxi

19 Trainée, puissance, énergie 30 km/h la puissance nécessaire 5 kw 60 km/h 12 kw 120 km/h 35 kw 180 km/h 82 kw Evolution non linéaire! 19

20 Moteur thermique -Plage d utilisation très réduite -Nécessité d un embrayage et d une boite de vitesse -Rendement faible en conditions urbaines -Polluants NOx HCx PM et GES CO2 Meilleur rendement 197 g/kwh = 40 % 200 kg 10 km/h stabilisé (18 kw) : 260 g/kwh = 30 %

21 Evolution des performances des voitures classiques à moteur thermique - Augmentation des performances : Puissance spécifique : cv/ litre de cylindrée cv/ litre F1:800cv/litre) - Diminution de la consommation - Diminution de la pollution Les tendances : - down sizing - Turbo compresseur (1 à 3 par moteur! ) - Injection directe / multi injection - Hautes pressions 2700 bars diesel - Boites de vitesse automatiques 8 rapports

22 Les grandes lignes de recherche - Diminuer la masse des voitures : 2CV 600kg (1975) Clio 1100 kg (2011) 2012 :diminution de 100 kg (208) à 400 kg par véhicule (ex Range rover). Matériaux aluminium, composites - Diminuer la consommation et la pollution : gestion moteurs choix d activation d un nombre de cylindres (VW 2 cylindres sur 4) - pot catalytique (complexes et chers) - hybridation électrique Sécurité : - Passive : structures carrosserie, airbag - Active : suspension ESP - Connection : sécurité informations accidents traffic

23 Nanotechnologies pour l électronique dans les véhicules Élément essentiel de l innovation et de la performance - Application à toutes les fonctions moteur, assistance conduite, - Augmentation rapide des performances, diminution des coûts - Argument de vente pour la gamme premium (jusqu à 20 % de la valeur du véhicule)

24 $ *Excludes Sensors Average Semiconductor/Vehicle Electronic Ignition Central locking Car Radio Electronique : Applications innovantes Electronic gearbox Air conditioning ASC & ABS Cellphone Seat heating Automatic Mirror N. America Europe Japan S. Korea China India ROW Source: Strategy Analytics Navigation CD changer RDS/TMC ACC Airbags Adaptive gearbox Xenon Light EPAS ACC Night vision Telematics Bluetooth Drive by wire Start Stop Hybrids ecall LED lighting Stop & Go Pedestrian detection Lane change ADAS maps Car 2 car Internet Brake by wire Steer by wire ASIL safety systems Electric vehicles saving energy saving lives Source St Micro

25 20 to 30 % de reduction d énergie (nanotechnologies /électronique) Less energy consumption: what contributes how much? 10 % motor technology, variable valve control, direct injection, less friction losses 2 % better cw-value; less front area 20 % downsizing; smaller motors; turbo; electric boost; 5 % leight weight materials High resistance steel Improvements with electronics contribution <1 % rear axle gear boxes with lower friction and greater ratio 3 % thermomanagement Less losses through optimised control 1 % manual gear-box Greater ratio; low friction bearings 5 % automatic gearbox; 8 stages; startstop 1 % tires with low rolling resistance 10 % reduce weight 2 % lower suspension, Complete, smooth underbody coverage 26 Source: AutoMotorSport 9/2010

26 Vers l électrification progressive des véhicules Hybride «plug in» Hybride classique 4 millions vendus Moteur thermique Moteur électrique Autonomie 2 Km électrique pur Prius «plug in» Thermique Electrique 20 km Chevrolet Volt Thermique Electrique 60 km

27 La voiture du futur - Les évolutions de l automobile - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène Billions 400 World Energy Needs Fossil Energies Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA? La recherche et les démonstrateurs

28 Les Nouvelles (? )Technologies pour l Energie olta 1800 Grove 1839 PAC Becquerel 1850 PV ules Vernes

29 Stockage d énergie

30 L énergie embarquée de la Nissan Leaf : Quels équivalents Plomb : 800 kg! courte durée de vie, prix bas, recyclable Lithium : 100 à 200 kg Prix des batteries élevé : 300 à 800 / kwh soit 8400 à le pack Pour 1000 cycles : 5,6 à 12,8 / 100 km soit proche de prix de l essence. Il faut ajouter le prix de l énergie électrique (1,60 / 100 km tarif de nuit) Essence : 2 kg pour 24 kwh de chaleur 6 kg pour 22 kwh à la roue, soit 4,7 l/100 km Hydrogène : 0,73 kg + 10 kg de bouteille pour 24 kwh de chaleur ENVIA annonce 125 US$/kWh et 400wh/kg Baisser coût des batteries, augmenter durée de vie, densité d énergie

31 Rendement d un moteur électrique Rendement excellent sur une très grande plage de fonctionnement Fort couple à basse vitesse et vitesse maxi élevée (sans bruit ni vibration) Contrôle du frein-moteur et récupération au freinage Pas besoin d embrayage ni de boîte à vitesses Véhicules électriques

32 Moteur - roue Michelin Active Wheel Suspension active intégrée dans la roue Puissance permanente 30 kw, masse 5 kg Masse non suspendue: 30 kg General Motors Puissance : 16 kw, 25 kw maxi Rendement : 80 à 87 % Masse : 30 kg

33 Bilan CO2 «du puits à la roue» : ne pas oublier le CO2 pour fabriquer l électricité! Fabrication du véhicule 6 tonnes de CO 2 Rendement des centrales électriques Réacteurs EPR : 36 % Centrales fuel ou charbon : 40 % Distribution : 92 %

34 «Vehicle-to-grid» Eolien en 2011 : Energie produite : 480 TWh = km/an pour 20 % du parc automobile mondial. Puissance installée : 240 GW = recharge de 6 % du parc automobile mondial. Solaire PV 150 m 2 12 places km/an 10 kwh pour 60 km

35 Offre actuelle Renault Fluence /mois 185 km Renault Twizy Z.E km Kangoo Z.E HT km ZOE km Peugeot ion, Citroën C-Zéro, Mitsubishi i-miev km Nissan Leaf km Smart Fortwo ED km Tesla Roadster km Homologation quadricycles lourds Mia electric km Microcar M.Go electric km Mega lithium km REVA i km SimplyCity SC4P km Tazzari Zero km Bonus écologique de 5000 déduit

36 H2 produit sans CO2 Bateau ZERO CO2 H2 L hydrogène : vecteur énergétique du futur? Biogaz Hydro H2 Fatal Distribution de H2 Production H2 sans CO2

37 Pile à Hydrogène -Electrolyse inverse de l eau - Rendement meilleur que moteur thermique - Température 80 /100 C (chauffage possible des véhicules) - Pas de bruit, Rejet uniquement de l eau - Autonomie des véhicules : 500/ 700 km Points limitants : - Nécessite réseau H2 - Nécessité de lancer la fabrication en série pour diminuer les coûts - Disponibilité des véhicules encore réduite

38 Stations Hydrogène Hambourg projet Vattenfall France isolée du nuage H2? 750 kg H2 (obtenu par solaire et éolien) par jour 20 bus + voitures

39 Programme allemand H2 mobilité le stations hydrogéne

40 Véhicules électriques à Piles à hydrogène industriels Mercèdes Benz production industrielle 2014 Honda disponible en Californie 600 $ /mois SymbioFcell Prolongateur d autonomie Hyundai 2015 lancement industriel

41 La voiture du futur - Les évolutions de l automobile - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène Billions 400 World Energy Needs Fossil Energies Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA? La recherche et les démonstrateurs

42 2012 Vers la mobilité du futur - Energie propre et durable - Multimodalité& intermodalité - Véhicules et routes intelligentes - nouveaux business modéles (énergie services) Points clés Recherche et développement Transports conventionnels - Inconvénients - pétrole : approvisionnement - Congestion urbaine - Santé accidents Energie Nouvelles technologies pour l information et la communication Démonstration à l echelle 1 evaluation de usages et des technologies

43 La mobilité Transports multi modaux intermodaux - Co voiturage Auto partage, voiture en Europe adhérents 15 millions en 2020 co voiturage -Mise à disposition de véhicules exemple «autolib» Bolloré, 3000 voitures 1000 recharges abonnés -Toyota EDF Modèle «Google» Objectif final : Etre opérateur de robots : véhicules sans chauffeurs (USA ) Suppression de 90 % des véhicules sous employés Suppression frontières entre véhicule individuels et collectifs Mise à jour permanente recueil des données

44 Ville intelligente et durable systémes et capteurs - Management Energie Globale recharge véhicules -Communication véhicule / véhicules Véhicules / communications - Relevés des datas - Sécurité - Déploiement

45 La voiture du futur - Les évolutions de l automobile - Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies -La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène Billions 400 World Energy Needs Fossil Energies Les nouveaux modèles de mobilité - mais que fait le CEA? La recherche et les démonstrateurs

46 Quatre secteurs de recherche complémentaires Recherche fondamentale R & D pour l énergie nucléaire Recherche Technologique Pour l industrie progammes pour la défense employès - Budget: 4 milliards brevets / an start up créées depuis 1985 Embedded and Interactive Systems Micro-nanotechnologies for information and communication New technologies for energy and nanomaterials

47 Stratégie CEA : vers des énergies sans effet de serre Production d électricité Adaptation de l offre à la demande Nouvelles applications de l électricité Stockage Centralisée - Nucléaire Electrolyse HT H2 Biofuel 2G Hybride Stockage distribué Batteries Véhicules électriques Distribuée -photovoltaique -thermodynamique Controle en direct Smart grids convergence transport /habitat

48 La ligne pilote batteries du CEA 150 people 25 M investments 40 patents m² dedicated rooms 49

49 Mondial de l auto 2012 Quelques exemples de start up CEA Batteries Lithium Production for various applications On demand Small series Design & Assistance Of Energy System Development For housing & transportation applications Piles à H2 production Design & integration De 5 à 300 kw Première usine à Grenoble de Fabrication de systèmes PAC H2 en Europe

50 GIANT : démonstration à l échelle 1 «mobilité innovante et durable GIANT» Key Figures Investissement 1.3 Billions ( ) Impact économique: 4 Mds chercheurs étudiants emplois industriels habitants > publications par an > 500 brevets par an

51 Vers une mobilité intégrée : Une plate forme transport innovante au coeur du site Tout type de véhicules 2 roues, LV, UV, Bus, Sport Espace Space sustainable Mobilité durable mobility & and Démonstration transport innovative transport Production d hydrogéne R&D SolHyvert Builing Production d électricité Contact aérien Contact par sol Plug In Induction

52 Vision du projet Giant Un site carbone neutre Energie propre Basse consommation Mobilité carbone neutre Biodiversité

53 Le futur - Différentes stratégies énergie NTE ; moteur thermique, hybride, électrique batteries, électriques piles à H2 -Innovation croissante grâce aux NTIC : sécurité, conduite assistée navigation, information - Nouveaux concepts innovants : voitures, cybercars - Nouvelles approches de la mobilité, nouveaux acteurs - Nouvelles zones urbaines : convergence habitat transport Smart grid

54 Le futur : compatibilité avec la performance & le plaisir de conduite! GREEN GT 24 h Le mans 2013 Racing car «Pile à Hydrogène» 360 KW 300km/h

55 Merci pour votre attention Merci à Marc Béranger pour une partie des slides