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La voiture du futur
- Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies
0 50
100 150 200 250 300 350 400
1900 2000 2100 2200 2300
World Energy Needs
Fossil Energies
Billions
- Les évolutions de l’automobile
- Les nouveaux modèles de mobilité
-La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène
- mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs
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 »
L‟avant pétrole : une courte période
« 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
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!
La voiture du futur
- Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Le modèle actuel
0 50
100 150 200 250 300 350 400
1900 2000 2100 2200 2300
World Energy Needs
Fossil Energies
Billions
- Les évolutions de l‟automobile
- Les nouveaux modèles de mobilité
-La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène
- mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs
En 2012 : pourquoi est ce vraiment différent ?
0 50
100 150 200 250 300 350 400
190
0
2000 2100 2200 2300
World Energy Needs
Fossil Energies
Billions Barrel of Oil Equivalent / year
New Energy
Technologies
- Pétrole : « courbe peak oil »validée,
pb de sécurisation d‟apprivisonnement
- Population :
- va passer de 6 milliards à 9 milliards
en 2050
- devient à 80 %urbaine
- Effet de serre avec les problèmes climatiques
- Congestion des villes
- Problèmes de santé
Consommation annuelle mondiale
Pétrole
Gaz
Uranium
Charbon
Hydraulique
Eolienne
Photosynthèse
En
erg
ieso
lair
e
an
nu
ell
e
Resso
urc
es
én
érg
éti
qu
es
tota
les
Part de la production énergétique mondiale
par source - 2003
Pétrole 41 %
Gaz 21 %
Charbon 21 %
Nucléaire 7 %
Hydraulique 3 %
Traditionnelle 6 %
Energ
ies
non
ren
ouvela
ble
s 9
0 %
Biomasse 0,4%
Eolienne 0,04%Géothermique 0,12%
Solaire 0,009%
Quantités et réserves d‟énergie
Une réserve infinie de croissance pour le solaire
Les bio carburants : Manger ou se
déplacer ?
Réchauffement climatique :
1 Kg de Veau 220 Km en voiture
Elevage, Transport, Découpe
Chaîne du froid, Aliments
Méthane (digestion animale)
Culture pour alimentation
ou carburant ?
CO2
Biomasse 3 Génération
3 Génération
Déchets
Bois déchets bois
Cultures énergie
Déchets agricoles
Cultures sucres
Cultures oléagineux
µ-algues (3G)
2 Génération
1 Génération
Puissance nécessaire
Crr = coefficient de résistance au roulement, entre 0,8 et 1,2 %
= densité de l‟air = 1,3 g / dm2
= 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 !
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 %
110 km/h stabilisé (18 kW) :
260 g/kwh = 30 %
200 kg
Evolution des performances des voitures classiques à
moteur thermique
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
- Augmentation des performances :
Puissance spécifique : 1975 50 cv/ litre de cylindrée
2010 130 cv/ litre F1:800cv/litre)
- Diminution de la consommation
- Diminution de la pollution
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
Sécurité :
- Passive : structures carrosserie, airbag
- Active : suspension ESP
- Connection : sécurité informations accidents traffic…
- 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
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)
Nanotechnologies pour l’électronique dans les véhicules
Average Semiconductor/Vehicle
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
$
N. America
Europe
Japan
S. Korea
China
India
ROW
*Excludes Sensors
Source: Strategy Analytics
Electronique : Applications innovantes
1970 1980 1990 2000 2010
Electronic Ignition
Central locking
Car Radio
Electronic gearbox
Air conditioning
ASC & ABS
Cellphone
Seat heating
Automatic Mirror
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
26
Less energy consumption:
what contributes how much ?
10 % reduce weight
2 % lower suspension,
Complete, smooth
underbody coverage
1 % tires with low
rolling resistance
5 % automatic gear-
box; 8 stages; start-
stop
3 % thermo-
management
Less losses through
optimised control 1 % manual gear-box
Greater ratio; low
friction bearings
2 % better cw-value;
less front area
10 % motor technology,
variable valve control,
direct injection, less
friction losses
20 % downsizing;
smaller motors; turbo;
electric boost;
5 % leight weight
materials
High resistance steel <1 % rear axle
gear boxes with
lower friction and
greater ratio
Source: AutoMotorSport 9/2010
Improvements with electronics contribution
20 to 30 % de reduction d’énergie (nanotechnologies /électronique)
Vers l’électrification progressive des véhicules
Hybride classique 4 millions vendus
Moteur thermique
Moteur électrique
Autonomie 2 Km
électrique pur
Hybride « plug in »
Chevrolet Volt
Thermique
Electrique 60 km
Prius « plug in »
Thermique
Electrique 20 km
La voiture du futur
- Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies
0 50
100 150 200 250 300 350 400
1900 2000 2100 2200 2300
World Energy Needs
Fossil Energies
Billions
- Les évolutions de l‟automobile
- Les nouveaux modèles de mobilité
-La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène
- mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs
Les Nouvelles (? )Technologies pour l’Energie
Volta 1800
Grove 1839 PAC
Becquerel 1850
PV
Jules Vernes 1828
H2
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 20 000 € 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
(
L’énergie embarquée de la Nissan Leaf : Quels
équivalents
Baisser coût des batteries , augmenter durée de vie, densité d’énergie
Véhicules électriques
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
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
Rendement des centrales électriques
Réacteurs EPR : 36 %
Centrales fuel ou charbon : 40 %
Distribution : 92 %
Fabrication du véhicule 6 tonnes de CO2
Bilan CO2 « du puits à la roue » : ne pas oublier le
CO2 pour fabriquer l’électricité !
« Vehicle-to-grid »
10 kWh pour 60 km
Eolien en 2011 :
Energie produite : 480 TWh
= 10 000 km/an pour 20 % du parc automobile mondial.
Puissance installée : 240 GW
= recharge de 6 % du parc automobile mondial.
Solaire PV
150 m2
12 places
135 000 km/an
36
Offre actuelle • Renault Fluence 21 300 € + 79 €/mois 185 km
• Renault Twizy Z.E 5.400 € + 45 € 115 km
• Kangoo Z.E. 15.000 € HT + 72 € 170 km
• ZOE 15.700 € + 79 € 200 km
• Peugeot iOn, Citroën C-Zéro, Mitsubishi i-MiEV 30.350 € 150 km
• Nissan Leaf 30.990 € 160 km
• Smart Fortwo ED 30.000 € 135 km
• Tesla Roadster 95.000 € 400 km
Homologation quadricycles lourds
• Mia electric 15.920 € 90 km
• Microcar M.Go electric 21.350 € 140 km
• Mega lithium 20.760 € 100 km
• REVA i 10.900 € 80 km
• SimplyCity SC4P 12.990 € 80 km
• Tazzari Zero 21.900 € 140 km
Bonus écologique de 5000 € déduit
Distribution de H2
H2
Fatal
Biogaz Hydro
L’hydrogène : vecteur énergétique du
futur ?
H2 produit sans CO2
Production H2 sans CO2
Bateau ZERO CO2 H2
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
Stations Hydrogène
http://www.h2stations.org/
France isolée du nuage H2?
Hambourg projet Vattenfall
750 kg H2 (obtenu par
solaire et éolien) par jour
20 bus + voitures
Véhicules électriques à Piles à hydrogène industriels
Mercèdes Benz production industrielle 2014
Honda disponible
en Californie 600 $ /mois
Hyundai 2015
lancement industriel
SymbioFcell Prolongateur d‟autonomie
La voiture du futur
- Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies
0 50
100 150 200 250 300 350 400
1900 2000 2100 2200 2300
World Energy Needs
Fossil Energies
Billions
- Les évolutions de l‟automobile
- Les nouveaux modèles de mobilité
-La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène
- mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs
Transports conventionnels
- Inconvénients
- pétrole : approvisionnement
- Congestion urbaine
- Santé accidents
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 Energie
Nouvelles technologies pour l’information et la
communication
Démonstration à l’echelle 1 evaluation de usages et des technologies
Transports multi modaux intermodaux
- Co voiturage Auto partage, 50 000 voiture en Europe 720 000 adhérents
15 millions en 2020 co voiturage
-Mise à disposition de véhicules exemple « autolib » Bolloré,
3000 voitures 1000 recharges 40 000 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
La mobilité
Ville “intelligente et durable” systémes et capteurs
- Management Energie
Globale recharge véhicules
-Communication véhicule /
véhicules
Véhicules / communications
- Relevés des datas
- Sécurité
- Déploiement
La voiture du futur
- Pourquoi ne peut on pas continuer ainsi? Les stratégies
0 50
100 150 200 250 300 350 400
1900 2000 2100 2200 2300
World Energy Needs
Fossil Energies
Billions
- Les évolutions de l‟automobile
- Les nouveaux modèles de mobilité
-La voiture électrique à batterie et à pile à Hydrogène
- mais que fait le CEA ? La recherche et les démonstrateurs
R & D pour
l’énergie nucléaire
Recherche
fondamentale
progammes pour la défense
Recherche Technologique
Pour l’industrie
Micro-nanotechnologies
for information and
communication New technologies for energy
and nanomaterials
Embedded and
Interactive Systems
- 15 000 employès
- Budget: 4 milliards €
- 500 brevets / an
- 150 start up créées depuis 1985
Quatre secteurs de recherche complémentaires
Production d’électricité
Centralisée
- Nucléaire
Distribuée
-photovoltaique
-thermodynamique
Adaptation de
l’offre à la demande
Smart grids
Batteries
Electrolyse HT
H2
Biofuel 2G
Nouvelles applications
de l’électricité
Hybride
Véhicules électriques
convergence
“transport /habitat”
Controle en direct
Stockage
Stockage
distribué
Stratégie CEA : “vers des énergies sans effet de serre”
49
25 M€ investments
150 people
40 patents
6 000 m² dedicated rooms
La ligne pilote batteries du CEA
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
Mondial de l‟auto 2012
Investissement 1.3 Billions € (2010-2016)
Impact économique: 4 Mds €
10 000 chercheurs
10 000 étudiants
10 000 emplois industriels
10 000 habitants
> 5 000 publications par an
> 500 brevets par an
GIANT Key Figures
GIANT : démonstration à l’échelle 1
« mobilité innovante et durable »
Espace Mobilité durable
& Démonstration transport
SolHyvert
Space sustainable mobility and transport innovative
R&D Builing
Contact par sol
Plug In
Induction
Contact aérien
Production
d‟hydrogéne
Production
d‟électricité
Tout type de véhicules
2 roues, LV, UV, Bus, Sport
Vers une mobilité intégrée :
Une plate forme transport innovante au coeur du site
Vision du projet Giant
Un site “carbone neutre”
Energie propre
Basse consommation
Mobilité “carbone neutre”
Biodiversité
- 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
Le futur
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
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