Comment sera la mobilité individuelle future?

Transcription

1 Comment sera la mobilité individuelle future? Une certitude : Elle sera différente de toutes les projections tentées aujourd'hui! Raymond Chenal ingénieur- conseil membre de l ADER 1

2 Comment sera la mobilité individuelle future? 1 er postulat : la mobilité individuelle subsistera 2

3 Comment sera la mobilité individuelle future? 2 ème postulat : la voiture à propulsion thermique disparaîtra 3

4 1. Quelle technologie? 2. Quels besoins? 3. Quelles ressources? 4

5 1) Quelle technologie? La future voiture (2050?) sera certainement électrique! 5

6 Les raisons : Haut rendement du système de propulsion Très grande simplification de conception et de construction Seul moyen, connu à ce jour, de récupérer efficacement et en grande partie les énergies potentielles et cinétiques 6

7 2) Quel besoins? Quels seront les besoins de la mobilité individuelle future si toutes les voitures automobiles sont électriques? 7

8 Données admises pour un exemple concret : Masse de la voiture (2 personnes à bord) M = 1'300 [kg] Surface frontale de la voiture S f = 1,8 [m 2 ] Vitesse moyenne de déplacement de la voiture v = 13,9 (50 km/h) [m/s] Coefficient de trainée aérodynamique Cx = 0,30 [-] Coefficient de roulement des pneumatiques Kr = 0,010 [-] Accélération de la pesanteur g = 9,81 [m/s 2 ] Masse volumique de l'air ρ a = 1,2 [kg/m 3 ] 8

9 Forces résistant au déplacement a) Force aérodynamique F D F A = 0,5 ρ a S F C X v 2 = 62,6 N b) Force de résistance au roulement F R F R = M g K R = 127,5 N Force totale nécessaire au déplacement pour vaincre les forces résistant au déplacement, sans accélération, ni décélération, ni variation d altitude : F D = F A +F R = 190,1 N 9

10 Rendement de la propulsion électrique Rendement du moteur-générateur électrique, du système électronique de puissance et de la transmission aux roues = 86 % Rendement de l opération charge-décharge des batteries = 87 % Rendement interne global η i de la propulsion électrique : η i = 0,86 0,87 0,75 10

11 Énergie nécessaire au déplacement pour parcourir 100 km, sans accélération, ni décélération, ni variation d altitude : E D100 = F D / η i m = J E D100 = 7,04 kwh 11

12 Forces dynamiques Accélération Décélération Énergie cinétique de l'accélération Énergie cinétique de la décélération 12

13 Forces dynamiques Accélération - Décélération Hypothèse : rendement du transfert de l énergie cinétique (super-capacité) = 85 % Énergie cinétique nette E C consommée pour un démarrage de zéro à 50 km/h et un arrêt complet de 50 km/h à zéro : E C = 0,5 M v 2 (1-0,85) = J, ou E C = 0,0052 kwh 13

14 Forces dynamiques Accélération + Décélération Consommation nette de l accélération + décélération sur une distance de 100 km : Hypothèse : Sur 100 km, il y aura, en moyenne, l équivalent de 20 démarrages + arrêts complets E C100 = 0, E C100 0,10 kwh/100 km 14

15 Énergie potentielle (gravité) B A M g (Z A -Z B ) + M g (Z B -Z A ) = 0 15

16 Énergie potentielle (gravité) Énergie nécessaire pour gravir une montée de 50 km à 5 % : E P = ,81 0, m = J ou E P = 8,86 kwh Rendement du transfert de l énergie potentielle (batterie) = 40 % Énergie correspondante nette pour parcourir 100 km dont 50 km de montée à 5 % et 50 km de descente à 5 % : E P = 8,86 (1-0,40) = 5.32 kwh 16

17 Énergie potentielle (gravité) Hypothèse : sur 100 km, il y aura, en moyenne, l équivalent de 20 km de montée à 5 % et 20 km de descente à 5 %. Énergie potentielle nette consommée sur 100 km : Ep = ,40 E P = 2.13 kwh 17

18 Énergie moyenne consommée sur 100 km Énergie consommée par les forces de frottement externes 7,04 kwh Énergie consommée par les forces dynamiques 0,10 kwh Énergie consommée par les forces de gravité 2.13 kwh TOTAL 9,27 kwh/100 km 18

19 À cette consommation, il faut ajouter : L autodécharge : environ 1.5 % en service régulier L alimentation des accessoires (éclairages, ventilation, radio, etc.) : 1.0 % de la consommation Le chauffage La climatisation Pompe à chaleur : 6 % de la consommation En service 4 % en moyenne Somme des consommations auxiliaires 6,5 % 19

20 Consommation moyenne de la voiture électrique E é100 = 9,27/0,935 E é10 = 9,91 kwh/100 km 20

21 3) Quelles ressources Quelles devraient être les ressources de production si toutes les voitures étaient à propulsion électrique aujourd'hui? 21

22 Certitude : La consommation moyenne de la voiture électrique future sera inférieure à 10 kwh / 100 km 22

23 Il y a actuellement en Suisse 3'900'000 voitures qui parcourent chacune en moyenne 13'500 km par an 23

24 Les automobilistes suisses parcourent donc en moyenne : 3'900'000 voitures 13'500 km/voiture = 52'650'000'000 km /an 24

25 Ce qui représenterait une consommation globale de : 52'650'000'000 km 10 kwh/100 km = 5'265'000'000 kwh ou encore de : 5'265'000'000 kwh 10-6 GWh/kWh = 5'260 GWh/an 25

26 Que représentent 5'260 GWh? C'est 9,1 % de la consommation actuelle d électricité C'est moins que la consommation du chauffage électrique direct C'est 3,8 % de la production future de l'ensemble des énergies renouvelables 26

27 En conclusion : La mobilité individuelle électrique ne devrait pas poser de problème majeur en Suisse ni de la production électrique, ni de la distribution À condition que 27

28 tout le potentiel des énergies renouvelables soit réalisé d ici là! 28