La révolution hybride - Des années de recherche et développement

En juin 2011, Volvo Trucks a livré son premier véhicule hybride à un client. On compte aujourd'hui plus de 50 Volvo FE hybrides en activité. La conception de ces véhicules a nécessité des années de R&D et les technologies hybrides de Volvo Trucks sont vouées à un avenir prometteur.

Moteur hybride de Volvo Trucks.

Le groupe Volvo a commencé à étudier les chaînes cinématiques hybrides dès 1985, mais il a fallu attendre 2005 pour les voir réellement décoller.

Afin d'apprécier pleinement l'importance du Volvo FE hybride, il faut essayer de se représenter le niveau de recherche et développement qu'a nécessité ce projet. Contrairement à ce que l'on pourrait croire, le recours à une technologie électrique n'est pas un concept nouveau. Le groupe Volvo a commencé à étudier les chaînes cinématiques hybrides dès 1985. Ces projets n'ont toutefois jamais dépassé le stade des prototypes et des modèles de démonstration.

Anders Kroon.

Anders Kroon, Vice President Energy Efficiency & Environment, Volvo Trucks.

« À cette époque, ces projets constituaient surtout une assurance au cas où nous ne parviendrions pas à répondre aux exigences sur les émissions », explique Anders Kroon, vice-président de la division Energy Efficiency & Environment chez Volvo Trucks, qui s'est pleinement impliqué dans le projet hybride depuis plus de dix ans. « Ils n'ont pas été créés avec un objectif financier en tête, ni pour être commercialement viables. » 

Tout a changé en 2001, lorsque M. Kroon s'est vu confier une étude sur les carburants du futur, qui s'est révélée surprenante.

« Il est clairement apparu que l'ère du carburant facilement accessible allait toucher à sa fin, et ce dans un avenir proche », se souvient-il. « Nous avons très vite réalisé que nous aurions besoin d'alternatives aux carburants fossiles, et qu'il fallait réagir immédiatement pour être prêts le moment venu. » 

Depuis 2002, ayant identifié l'électricité comme la source d'énergie alternative la plus viable au vu de sa conversion très efficace en énergie mécanique, Anders Kroon et son équipe ont commencé à étudier différentes combinaisons de systèmes électriques et à combustion, jusqu'à parvenir au développement hybride parallèle. Grâce à un financement du gouvernement suédois et du ministère de la défense des États-Unis, et à des fonds du groupe Volvo, l'équipe de développement a pu concevoir un système hybride parallèle et le présenter fin 2005. 

Nous avons déjà identifié les grandes lignes de cette technologie, mais nous sommes en train de la perfectionner.

Mats Alaküla, Global Advanced Engineering, Volvo Trucks

Cette présentation va constituer un tournant : après avoir constaté les performances de la technologie hybride, démontrées en interne, Leif Johansson, PDG du Groupe Volvo à l'époque, a annoncé publiquement que le Groupe allait commercialiser une chaîne cinématique hybride dans les trois ans.

Miguel Hallgren.

Miguel Hallgren, Product Requirement Manager, Volvo Trucks.

« Nous n'avions travaillé que trois ans sur cette technologie, et n'avions pas de service dédié à proprement parler », poursuit M. Kroon. « Nous étions pressés par le temps, lancés dans une chasse aux talents. Mais en deux ans et demi, nous avons créé une chaîne cinématique parée pour passer en production. »

C'est ainsi qu'est né le Volvo FE hybride, présenté officiellement en 2009. Le premier modèle a été livré au client en juin 2011. Au moment de la rédaction de cet article, cinquante véhicules hybrides sont en activité. 

« C'est le véhicule hybride de série le plus gros du secteur disponible à des fins commerciales », annonce Miguel Hallgren, responsable des exigences produits chez Volvo Trucks. « Avant nous, aucun autre constructeur au monde n'avait produit un véhicule de 26 tonnes doté d'une chaîne cinématique hybride. »

Le Volvo FE hybride se déplace silencieusement lorsqu'il fonctionne uniquement sur moteur électrique. Dès que le véhicule dépasse 20 km/h, le moteur diesel s'active, la boîte de vitesses automatisée assurant un équilibre optimal entre les deux et permettant ainsi d'éviter tout fonctionnement à faible rendement. La batterie se recharge à l'aide de l'énergie récupérée lors du freinage, ce qui limite tout gaspillage énergétique.

Étant donné qu'il ne consomme pas de carburant à faible vitesse et qu'il fonctionne en récupérant l'énergie du freinage, le Volvo FE hybride convient surtout pour des missions nécessitant des arrêts et des démarrages fréquents. Ce sont donc logiquement les véhicules de collecte des ordures ménagères qui permettent de réaliser les économies les plus importantes, avec une réduction de la consommation de carburant de l'ordre de 20 %. Utilisé en combinaison avec un compacteur électrique, il est possible d'obtenir une réduction de 30 % de la consommation de carburant. Sur les véhicules de distribution, cette économie est de l'ordre de 15 %.

Avant nous, aucun autre constructeur au monde n'avait produit un véhicule de 26 tonnes doté d'une chaîne cinématique hybride.

Miguel Hallgren, Product Requirement Manager, Volvo Trucks

À ce jour, les retours clients sur le Volvo FE hybride sont très favorables. Il tient toutes ses promesses en termes d'économies de carburant et d'atténuation du bruit, mais offre également une grande disponibilité et une productivité élevée.

« La grande différence entre le Volvo FE hybride et les autres véhicules hybrides, c'est qu'il s'agit d'une solution Volvo optimisée », ajoute M. Hallgren. « Nous avons dès le départ intégré le système complet et optimisé tous les composants afin qu'ils fonctionnent correctement ensemble, ce qui garantit une excellente qualité et de meilleures performances. »

Mats Alaküla.

Mats Alaküla, Global Advanced Engineering, Volvo Trucks.

Même l'équipe de développement a été surprise par le comportement du Volvo FE hybride.

« Au final, le véhicule est très fiable », déclare Mats Alaküla de la division Global Advanced Engineering chez Volvo Trucks. « Lorsqu’il a été utilisé parmi les bus londoniens, nous nous sommes aperçus qu'il offre un meilleur rendement que les versions non hybrides de la même catégorie, ce qui est tout à fait remarquable. Cela démontre bien la qualité du travail réalisé. » 

« L'ingénierie, c'est comme l'athlétisme ; il faut être le premier pour être vu et entendu », ajoute Anders Kroon. « Si vous analysez le marché d'ici deux à trois ans, vous pourrez y voir des copies plus ou moins probantes du modèle que nous proposons actuellement. »

Et ensuite ? Le Volvo FE hybride marque-t-il un point final ou les débuts d'une nouvelle ère ? « La technologie hybride est une première étape importante car elle réduit la consommation de carburant, mais le véhicule brûle toujours du carburant, si bien que le problème n'est pas résolu », tempère Alaküla. « La prochaine étape va consister à passer du diesel à une autre source d'énergie, avec dans ce cas l'électricité comme énergie principale. »

À court terme, il s'agira d'abord de perfectionner la technologie hybride en améliorant la capacité de la batterie afin de pouvoir étendre la chaîne cinématique hybride à davantage d'applications et de modèles de véhicules. Mais la récupération d'énergie par le biais du freinage a ses limites. Pour passer en mode tout-électrique, il sera nécessaire de développer des solutions rechargeables sur secteur. La priorité est dans un premier temps d'identifier des modes de raccordement à un réseau électrique sans altérer le cycle de conduite du véhicule, par exemple en ayant la possibilité de recharger le véhicule chaque fois que ce dernier est à l'arrêt. Si des modes de connexion rapides et pratiques sont trouvés, ce seront les bus qui présenteront le plus fort potentiel de déploiement, car ils suivent des itinéraires réguliers et prévisibles dans des lieux précis. Les véhicules de distribution en milieu urbain constituent également une cible prometteuse.

Nous avons déjà identifié les grandes lignes de cette technologie, mais nous sommes en train de la perfectionner.

Mats Alaküla, Global Advanced Engineering, Volvo Trucks

« Si un véhicule de distribution effectue 10 arrêts de 5 à 10 minutes chacun par jour et s'il peut accéder à une prise électrique d'une capacité adaptée, cela devrait suffire dans la plupart des cas », explique Alaküla. « Ces véhicules devraient pouvoir tourner une grande partie de la journée en mode électrique, une solution économique et respectueuse de l'environnement. Nous avons déjà identifié les grandes lignes de cette technologie, mais nous sommes en train de la perfectionner. »

Aussi passionnant que cela puisse paraître, cette solution a ses limites, car elle table sur des arrêts fréquents du véhicule, ce qui n'est pas du tout adapté aux applications de type distribution sur de longues distances. Mais qu'en serait-il s'il était possible de recharger la batterie lors de la conduite ? Le concept de routes électriques, sur lesquelles des véhicules seraient reliés en permanence à une source électrique, semble a priori fantaisiste, mais l'idée fait cependant l'objet de recherches sérieuses. « Des itinéraires tests sont actuellement construits aux États-Unis, en Asie et en Europe », annonce Anders Kroon. 

« Tout repose sur la recharge des batteries », conclut Mats Alaküla. « Si l'on pouvait proposer une énergie électrique bon marché de façon sûre, robuste et pratique, ce serait une toute nouvelle donne. Si l'on parvient à trouver la bonne formule, les possibilités sont infinies. »
 

Chaîne cinématique hybride Volvo.

La chaîne cinématique hybride de Volvo a démontré une remarquable fiabilité sur les autobus londoniens, offrant même un temps de service supérieur à celui des versions non hybrides du même véhicule.

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