présentation mce-5 vcri

Repousser les limites de la réduction de la consommation de carburant.

02 VCRi by MCE-5

03SommaireVCRi by MCE-5

Sommaire

MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. 04

Conseil d’administration 06

Management de l’entreprise 08

Informations financières 13

Le concepteur de la technologie MCE‑5 VCRi 16

La technologie MCE‑5 VCRi 18

Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi 20

Résultats clés ‑ Consommation / Émissions CO2 20

Le véhicule démonstrateur 30

Industrialisation 34

Coût de production 36

Contexte 42

Environnemental et énergétique 42

Réglementaire et économique 44

Les autres technologies 48

Les programmes de Recherche & Développement 54

Les partenaires de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. 56

04 VCRi by MCE-5

Date de création

Janvier 2000

Siège social

Lyon - FRANCE

Statut

Société Anonyme au capital de 1 443 898,40 €

Président-directeur général

Jean-François ROCHE

Nombre d’actionnaires privés

425 (au 31 décembre 2011)

Nombre de collaborateurs

49

Portefeuille de brevets

Plus de 250 brevets répartis en 18 familles et déposées dans 14 pays.

Pays dans lesquels les brevets ont été déposés

Allemagne, Australie, Canada, Chine, Corée du Sud, Espagne, États-Unis, France, Grande-Bretagne, Italie, Japon, Liechtenstein, Suède, Suisse.

Fonds investis en R&D

Au 31 décembre 2011 : 75 M€

Modèle économique

Exploitation de droits de propriété industrielle et de savoir-faire, fourniture de prototypes (moteurs mono- et multicylindres, véhicules démonstrateurs).

Carte d’identité

MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.

MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Carte d’identité

05VCRi by MCE-5

Carte d’identité

Nombre de sociétés partenaires

Plus de 60

Partenaires techniques et financiers impliqués dans les programmes R&D

X CERTAM,

X Danielson Engineering,

X Mecachrome,

X Safe automotive,

X 12 partenaires fournisseurs de rang 1 de l’industrie automobile (confidentiel).

Partenaires institutionnels

X Union européenne en Région - Programme FEDER,

X ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie),

X DGCIS (Direction Générale de la Compétitivité, de l’Industrie et des Services),

X OSEO,

X Région Haute-Normandie,

X Région Rhône-Alpes,

X Grand Lyon.

Labels

X PREDIT (Programme National Transports),

X MOV’EO,

X LUTB (Lyon Urban Trucks and Bus),

X MATERALIA (Pôle de compétitivité matériaux),

X FCPI (Fonds Communs de Placement pour l’Innovation).

Financement

X Investisseurs privés (67 %),

X Aides publiques (28 %),

X Partenaires industriels (5 %).

Objet

Breveter et développer des innovations dans les domaines de l’automobile et de l’énergie.

MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Carte d’identité

06 VCRi by MCE-5MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Conseil d’administration

Conseil d’administration

Jean-François ROCHE

Président du Conseil d’Administration Président-directeur général

X Gestionnaire de sa holding d’investissement et actionnaire de diverses sociétés (secteurs variés).

X Jean-François ROCHE est le 3e actionnaire de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.

Pascal BLANQUET

Vice-président

X Fondateur du groupe CAPITOLE - 80 pharmacies en Suisse.

X Président de GIF SA - gestion immobilière et financière (Suisse).

X Pascal BLANQUET est le 2e actionnaire de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.

Philippe MEYLAN

Administrateur

X Architecte - Fondateur et actionnaire du groupe Arco (450 constructions : hôtels, centres commerciaux, etc.).

X Administrateur de 12 sociétés dont il préside 7 d’entre elles.

X Philippe MEYLAN est le 4e actionnaire de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.

Michel MULLIEZ

Administrateur

X Membre du Conseil de Gérance du conglomérat de l’AFM (Association Familiale Mulliez) pendant 16 ans, association française actionnaire du groupe Auchan (hypermarchés, supermarchés et chaînes de restaurants), Décathlon, Leroy Merlin, Boulanger, Alinéa, Pimkie, Orsay, Xanaka, Cannelle, Phildar, Jules, Brice et partenariats avec Les 3 Suisses, Sonepar, Kiabi, Nord Auto, etc. (350 000 salariés).

X Responsable de MICHEL MULLIEZ CONSEIL, société de consulting indépendante.

X Fondateur de CIMOFIN S.A. (société de Capital développement - Suisse).

X Michel MULLIEZ est le 1er actionnaire de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.

07VCRi by MCE-5 MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Conseil d’administration

Frédéric DIONNET

Administrateur

X Directeur général du CERTAM (Centre de Recherche Technologique en Aérothermique et Moteurs à Rouen).

X Membre du conseil d’administration du Pôle de Compétitivité Automobile MOVE’O.

X Vice-président de l’institut Carnot ESP (ANR) depuis 2006.

X Docteur en Physique DGA - LRBA (Délégation Générale de l’Armement) de l’université de Rouen.

François SOUCHARD de LAVOREILLE

Administrateur

X Président-directeur général du groupe DEFI entre 1984 et 1999.

X Consultant indépendant en organisation et systèmes d’information.

X NB : La famille SOUCHARD de LAVOREILLE, dont la participation au capital remonte à la création de MCE-5 DEVELOPMENT S.A., détient près de 10 % du capital de la Société.

Prune BLEIN-LE CORRE

Administrateur

De gauche à droite : Jean-François ROCHE, Michel MULLIEZ, Philippe MEYLAN, Pascal BLANQUET, Frédéric DIONNET, François SOUCHARD de LAVOREILLE et Prune BLEIN-LE CORRE.

X Co-fondatrice du groupe ARCHITECTURE ET HABITAT, holding animant diverses sociétés dans les métiers de la construction et la rénovation de l’habitat (France).

X Administrateur CAVABANQUE S.A., établissement bancaire dédié à l’AFM (Association Familiale Mulliez).

X Gérante de la société civile FAM. HMR et d’autres sociétés de détention de titres de l’AFM.

X Gérante de plusieurs sociétés immobilières.

08 VCRi by MCE-5

Management de l’entreprise

Le développement des stratégies de taux de compression variable et de la technologie MCE-5 VCRi nécessite en permanence l’analyse approfondie et simultanée des composantes énergétiques, technologiques, scientifiques, industrielles et économiques des solutions proposées.

Le mot d’ordre est l’innovation :

X L’esprit est l’ouverture totale aux technologies possibles.

X La règle est la validation ou l’élimination rigoureuse de ces technologies.

X Les critères sont la fonctionnalité, la fiabilité, la faisabilité industrielle et le coût.

La définition et le déploiement de la stratégie R&D, des programmes, des partenariats, des compétences et des processus d’exécution font l’objet d’un management

spécifique permettant d’allier la réactivité d’une équipe de compétition à la robustesse d’une entreprise industrielle.

MCE-5 DEVELOPMENT S.A. est doté d’une organisation propre à ses activités de développement de solutions innovantes et à la concession de licences d’exploitation des droits intellectuels qui y sont attachés. Elle comprend les fonctions suivantes, qui sont coordonnées par le Directeur Général :

X Le développement d’affaires et les programmes clients.

X Les activités opérationnelles de recherche et développement.

X Les activités fonctionnelles de support.

Les responsables de ces trois fonctions forment, avec le Directeur Général, le Comité de Direction de la Société.

De gauche à droite : Olivier CARRON, SERGE MOLING, Vincent COLLÉE, Frédéric DUBOIS, Laurent GUILLY, Fred MOTTA, Sylvain BIGOT, Cyrille CONSTENSOU et Yannick SALINGUE.

MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Management de l’entreprise

09VCRi by MCE-5 MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Management de l’entreprise

Développement & Programmes Clients

La Direction du Développement et des Programmes Clients a pour mission de développer et de piloter de façon dédiée les activités de développement d’affaires et des programmes d’applications clients, ces deux activités étant étroitement liées entre elles selon la spécificité de la stratégie et des processus de chaque constructeur.

Elle intervient sur le processus complet du développement d’affaires propre à la Société, en coordination étroite avec l’inventeur :

X En collaborant à la définition des orientations stratégiques fixées par les organes de gouvernance.

X En positionnant cette stratégie grâce à l’analyse technologique, marketing et commerciale ; à ce titre, en intervenant sur les orientations du programme R&D.

X En la déployant auprès des directions stratégiques et techniques des constructeurs mondiaux, vis-à-vis des feuilles de route stratégiques des constructeurs, d’une part vis-à-vis des besoins et opportunités applicatives (prestations et programmes clients), d’autre part en l’implémentant auprès des constructeurs par le biais de prestations ou de programmes dédiés, avec le soutien du réseau commercial MCE-5 DEVELOPMENT, de la Direction Opérationnelle de la Société et de ses partenaires industriels externes.

X En contractualisant avec tout constructeur et/ou partenaire industriel, le(s) programme(s) déterminé(s) d’une part ; l’exploitation de la propriété intellectuelle, d’autre part.

Frédéric DUBOISDirecteur du Développement et des Programmes Clients

• Ingénieur diplômé de l’École Nationale Supérieure des Arts & Métiers et de l’École Supérieure des Techniques Aérospatiales, Frédéric DUBOIS a travaillé pendant 25 ans dans la recherche, le développement et l’industrialisation au sein d’équipementiers aéronautiques et automobiles internationaux de premier rang.

• Il rejoint en 2008 l’équipe de direction de MCE-5 DEVELOPMENT S.A. en pleine expansion et assure le déploiement opérationnel et l’animation de son programme de développement jusqu’en 2010.

• Il prend à compter de 2011 la responsabilité du Développement d’affaires et des Programmes Clients.

10 Sommaire VCRi by MCE-5

Programmes R&D & Opérationnel

Le programme Recherche & Développement a pour but de valoriser la technologie MCE-5 VCRi et le savoir-faire de MCE-5 DEVELOPMENT S.A. auprès des utilisateurs. Il réunit l’ensemble des projets correspondant au cycle de développement : les concepts innovants retenus sont étudiés, vérifiés, puis validés grâce à des démonstrateurs technologiques et industriels ; les moteurs mono ou multicylindres, de même que les véhicules, sont développés et exploités comme moyens d’essais et de démonstration de la technologie.

La Direction Opérationnelle assure le pilotage opérationnel du programme – exécuté par les Métiers sous la responsabilité des Chefs de Projets.

Les projets intègrent, selon besoin, les produits ou services spécifiques aux clients. Les méthodologies et protocoles indispensables à la maîtrise du programme font l’objet de projets dédiés.

Laurent GUILLYDirecteur Opérationnel

• Ingénieur diplômé du Centre d’Études Supérieures des Techniques Industrielles, titulaire d’un DEA Conversion d’Énergie (Paris VI) et d’un MBA en Management International, Laurent GUILLY a passé plus de 11 années dans des fonctions à responsabilités techniques chez un équipementier de rang 1 de l’industrie automobile.

• Il rejoint en 2009 MCE-5 DEVELOPMENT S.A. pour construire et déployer les systèmes de contrôle de gestion et de management du programme en tant que responsable du portefeuille des projets.

•Depuis 2011, il est Directeur Opérationnel en charge de l’exécution du programme R&D MCE-5 DEVELOPMENT et des programmes de collaboration avec les constructeurs automobiles.

11SommaireVCRi by MCE-5

Support & Qualité

La Direction des Services Support garantit aux collaborateurs de MCE-5 DEVELOPMENT S.A. les services nécessaires à leurs activités et pilote l’amélioration continue de leurs processus de réalisation.

Les missions essentielles des Services Support ont été mises en place progressivement depuis 2009, principalement sur le périmètre de la Direction Opérationnelle. Elles sont à présent déployées sur le périmètre global de la Société, et concernent :

X La gestion administrative et la gestion des flux financiers : les flux administratifs et financiers (tels que le Crédit Impôt Recherche), les subventions, la maîtrise du budget, la gestion de la trésorerie et le pilotage des achats font l’objet d’un suivi particulier et précis. L’utilisation d’outils spécifiques de suivi financier et la préférence pour la gestion électronique de documents sont les éléments clés du contrôle de gestion.

X La gestion du personnel : la maîtrise individuelle et collective des compétences est une condition essentielle de la collaboration harmonieuse, efficiente et efficace au sein de l’entreprise. Elle permet de composer une équipe de haut niveau dans toutes les dimensions exigées par l’activité : innovation, autonomie, rythme, méthode, prise de décision, coordination.

X Le management de la qualité : les processus d’entreprise sont définis et pilotés selon les référentiels de management de la qualité en vigueur. La démarche d’assurance qualité, initiée en 2009, vise à rendre pérennes et reproductibles l’ensemble de ces processus, ainsi que les savoir-faire et permet de garantir le niveau de satisfaction des clients internes et externes.

X La gestion des systèmes d’information : les systèmes d’information relatifs aux produits (TEAM CENTER™) et aux processus d’entreprise (CRIOS – Progiciel de Gestion Intégrée propriétaire développé par MCE-5 DEVELOPMENT) favorisent le déploiement de l’organisation et supportent la capitalisation du savoir et des résultats. Les systèmes d’information constituent la colonne vertébrale de l’activité de MCE-5 DEVELOPMENT, compte tenu de son caractère principalement lié à la création intellectuelle. Les moyens physiques et logiciels constituent, par ailleurs, les outils de travail essentiels des collaborateurs de MCE-5 DEVELOPMENT. Une attention particulière est accordée au plan de continuité d’activité et à la sécurité de l’information.

Fred MOTTADirecteur Services Support

•Responsable informatique dans plusieurs sociétés, Fred MOTTA a aussi été entrepreneur et créateur d’entreprises avant de rejoindre MCE-5 DEVELOPMENT S.A. en 2009 en tant que Responsable Systèmes d’Information dans le but de structurer, d’optimiser la sécurité des données des programmes R&D.

•En 2011, Fred MOTTA prend la Direction des Services Supports afin de développer et d’organiser les services systèmes d’information, gestion du personnel, financiers et administratifs.

12 VCRi by MCE-5MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Management de l’entreprise

Projets & Mise en œuvre

La nature des projets MCE-5 VCRi confère à l’activité des Chefs de Projets un caractère principalement technique et scientifique. La variété des spécialités concernées par ces projets nécessite, outre la coordination des métiers internes, celle de très nombreux partenaires externes, incluant notamment de nombreux équipementiers de rang 1 de l’industrie automobile.

À ce titre, les Chefs de Projets de MCE-5 DEVELOPMENT S.A. créent, maintiennent et animent les réseaux externes dont leurs projets ont besoin.

Sylvain BIGOTChef de Projets Études Avancées

Yannick SALINGUEChef de Projets - Contrôle moteur

Cyrille CONSTENSOUChef de Projets - Moteurs & Véhicules

Métiers & Expertises

Les activités d’études, de réalisation de prototypes et d’assemblage des moteurs sont coordonnées par le service Études et Prototypes à l’interne comme à l’externe. Selon une démarche structurée par l’analyse fonctionnelle et les plans de validation, les experts du bureau d’études garantissent la qualité des livrables de conception, de fabrication, d’assemblage, ainsi que des documents et modèles de définition (CATIA™, TEAM CENTER™).

À partir des dossiers de définition du bureau d’études, l’équipe logistique et montage prototypes assure le suivi de la réalisation et de l’assemblage des moteurs monocylindre et multicylindres ainsi que des véhicules prototypes.

L’ensemble des composants et sous-systèmes fait l’objet, en amont, d’une vérification exhaustive par la simulation et l’analyse des fonctionnalités et des performances (C3D™, GT-POWER™, AMESIM™, MATLAB™, HYPERMESH™, OPTISTRUCT™, DESIGN LIFE™, ABAQUS™, EXCITE™). En aval, l’exécution des plans d’essais sur bancs d’organes, bancs moteurs et véhicules garantit la validation des prototypes et démonstrateurs.

Le service Essais Moteurs valide les performances des prototypes et des démonstrateurs par des essais sur bancs moteurs et sur véhicules.

Vincent COLLÉEResponsable Calculs, Essais & Mesures Physiques

Serge MOLINGResponsable Essais Moteurs

Olivier CARRONResponsable Études & Prototypes

13

Sources du financement du projet MCE-5 VCRi

du 01/01/2000 au 31/12/2011

(Ceci n’est pas la représentation de l’actionnariat de MCE-5 DEVELOPMENT S.A.

mais la répartition du financement)

VCRi by MCE-5 MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Informations financières

Informations financières

15 années de Recherche & Développement, un investissement de plus de 75 millions d’euros (au 31 décembre 2011),

le projet du moteur MCE‑5 VCRi est un exemple réussi de cofinancement privé‑public.

Regroupant 425 actionnaires français et étrangers, le projet MCE‑5 VCRi est fortement soutenu par les pouvoirs publics

à hauteur de 1/3 de l’investissement global en Recherche & Développement.

X Investisseurs privés

67 %

X Aides publiques

28 %

X Partenaires industriels

5 %

14 VCRi by MCE-5MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Informations financières

Partenaires institutionnels

Depuis 2000, le projet MCE-5 VCRi fait l’objet d’une succession de programmes de Recherche et de Développement aidés par les pouvoirs publics français et européens.

Investir dans des technologies qui limitent la consommation de carburant et les émissions de CO2 et qui restent économiquement accessibles à chaque citoyen est nécessaire pour assurer notre avenir énergétique, environnemental et économique. Le transport en général et l’automobile en particulier sont directement concernés par le développement de technologies économes en énergie. Et, on estime que durant les 20 à 30 prochaines années, la grande majorité des véhicules produits dans le monde seront équipés de moteurs thermiques fonctionnant principalement à l’essence (80 % actuellement). Ainsi le développement des moteurs à essence à haut rendement énergétique figure parmi les principales préoccupations des pouvoirs publics français.

Les programmes de R&D du MCE-5 VCRi aidés par l’État français et l’Union européenne depuis 2000 et à hauteur de 1/3 des dépenses correspondantes. Les financeurs sont : L’ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie), la DGCIS (Direction Générale de la Compétitivité, de l’Industrie et des Services), la Région Haute-Normandie, la Région Rhône-Alpes, le Grand Lyon, OSEO et l’Union européenne en Région via le Fonds Européen de Développement Économique et Régional FEDER.

Le projet MCE-5 VCRi est aussi labellisé par le PREDIT (Programme national de Recherche, d’Expérimentation et D’Innovation dans les Transports) et les pôles de compétitivité MOV’EO (pôle de compétitivité automobile à vocation mondiale), LUTB (Lyon Urban Truck & Bus) et MATERALIA (Pôle de compétitivité Matériaux).

Le montant total de l’aide publique s’établit à fin 2011 à 22,4 millions d’euros.

Visite des représentants des institutions partenaires du projet MCE-5 VCRi en juin 2010.

15VCRi by MCE-5 MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. ‑ Informations financières

Actionnaires

Les enjeux énergétiques et environnementaux figurent parmi les principales préoccupations de la population et des pouvoirs publics en France comme à l’étranger. Ceci explique notamment pourquoi, MCE-5 DEVELOPMENT S.A. a su mobiliser depuis sa création en 2000 plus de 50 millions d’euros auprès d’investisseurs privés (au 31/12/2011) et plus de 22 millions d’euros d’aides auprès des pouvoirs publics.

MCE-5 DEVELOPMENT S.A. compte aujourd’hui 425 actionnaires (au 31/12/2011) dont les 6 premiers détiennent la majorité du capital. MCE-5 DEVELOPMENT S.A. est labellisée FCPI (Fonds Communs de Placement dans l’Innovation).

Principaux actionnaires

X Michel MULLIEZ (Famille MULLIEZ - Groupe AUCHAN) 1er actionnaire et membre du Conseil d’Administration depuis 2002.

X Pascal BLANQUET, 2e actionnaire et vice-président du Conseil d’Administration. Il est fondateur de CAPITOL.

X Jean-François ROCHE, 3e actionnaire, PDG de MCE-5 DEVELOPMENT S.A. depuis février 2003, administrateur depuis 2002.

X Philippe MEYLAN, 4e actionnaire et membre du Conseil d’Administration depuis 2002.

Autres actionnaires significatifs

X Huit autres membres de la famille MULLIEZ, dont Vianney MULLIEZ, PDG du Groupe AUCHAN, et Thierry MULLIEZ, Président de l’AFM (Association Familiale MULLIEZ).

X Claude SOLARZ, Vice-Président du Groupe PAPREC.

X Jean-Louis ALLOIN, fondateur du groupe ALLOIN.

X GENII CAPITAL (propriétaire de LOTUS F1 TEAM), dont Gérard LOPEZ et Éric LUX sont les fondateurs et administrateurs.

X Le fonds souverain de la Principauté de Monaco.

X La famille SOUCHARD de LAVOREILLE, dont la participation au capital remonte à la création de MCE-5 DEVELOPMENT S.A., détient près de 10 % de la Société.

16 VCRi by MCE-5Le concepteur de la technologie MCE‑5 VCRi

19981997 1999 2002

Le concepteur de la technologie MCE‑5 VCRi

Vianney RABHI est le concepteur de la technologie MCE-5 VCRi. Il est autodidacte dans le domaine des moteurs. Adolescent, il passe le plus clair de son temps libre dans le centre de documentation technique de son lycée à étudier de nombreux ouvrages traitant des moteurs et de la thermodynamique. À l’âge de 18 ans, il construit un garage à la ferme de ses parents et apprend le côté pratique de la mécanique avec l’aide d’un ancien professionnel. Dès 1985, il dépose des brevets appliqués au moteur à combustion interne. Ses premiers concepts sont sans avenir, mais c’est pour lui l’opportunité de commencer à partager ses idées et à établir des contacts avec des constructeurs automobiles et des laboratoires de recherche. Au fil des années, il rencontre de nombreux experts qui deviendront, pour la plupart, des informateurs et des inspirateurs. Certains l’encourageront à persévérer. Très vite, il comprend l’intérêt du taux de compression variable (VCR) dont il anticipe les multiples applications.

C’est en 1991 que Vianney RABHI dépose son premier brevet de moteur à taux de compression variable. Il échange avec divers experts, mais se rend compte que son idée comporte un grand nombre de défauts dont certains sont rédhibitoires. Il établit alors une liste

de caractéristiques “incontournables” que doit avoir un moteur VCR et fait l’inventaire de “ce qu’il faut faire” et de “ce qu’il ne faut pas faire” dans ce domaine. Il étudie des centaines de brevets de moteurs VCR, ainsi que diverses publications qui traitent de ce sujet. Il remarque des constantes dans la conception des moteurs VCR, mais aucun ne répond à son cahier des charges. Sa première conclusion est qu’il semble impossible de concevoir un moteur VCR réaliste, au moins au plan fonctionnel.

C’est seulement en 1997, six années plus tard, que Vianney RABHI a l’idée de principe du MCE-5 VCRi en regardant une porte d’ascenseur. Il remarque que la première demi-porte se déplace deux fois plus vite que la deuxième et qu’un dispositif à roues et crémaillères peut autoriser cette cinématique. Ceci lui inspire une première crémaillère qu’il fixe à un piston, une roue de transmission qu’il relie à une bielle, et une crémaillère d’ancrage qu’il utilise pour faire varier le taux de compression. Quelques mois plus tard, il dépose le premier brevet de ce qui deviendra par la suite le MCE-5 VCRi. Le principe retenu ne dénonce aucun de ses critères fonctionnels, mais est extrêmement audacieux au plan technologique. En effet, il s’agit d’intercaler un système d’engrenage entre la bielle et le piston. Ceci n’a jamais été fait dans les moteurs.

2012

17VCRi by MCE-5 Le concepteur de la technologie MCE‑5 VCRi

Durant ces quinze dernières années, le projet MCE‑5 a été une aventure

technologique et humaine d’une extraordinaire densité. Les essais, les échecs et les incessants recommencements ont fait partie de l’aventure, mais les résultats obtenus du MCE‑5 VCRi sont édifiants tant énergétiquement qu’économiquement.

Le MCE‑5 VCRi est un saut technologique “jusqu’au-boutiste” qui met le taux de compression sous contrôle sans compromis. Cette approche est importante pour les stratégies d’aujourd’hui telles que nous les avons identifiées et mises en œuvre. Pour les stratégies de demain dont on sait qu’elles seront

extrêmement exigeantes, cette approche est cruciale. Vianney RABHI

À titre de variante pour son moteur, il prévoit une soupape d’admission supplémentaire à calage variable pour mettre en œuvre le cycle d’Atkinson.

En cette même année 1997, il sollicite à nouveau son réseau d’experts. Personne ne croit à l’avenir du dispositif à engrenage, mais la stratégie VCR Atkinson suscite un vif intérêt. Entre 1997 et 2000, il dépose plusieurs brevets de perfectionnement pour compléter son idée d’engrenage et la rendre plus crédible. L’engrenage devient tronqué, il possède des rouleaux de guidage et un actionneur hydraulique à vérin suiveur. Son projet lui ayant coûté ses économies et sa capacité d’endettement, il est contraint de trouver un “sponsor” qui lui finance une étude pour dimensionner la roue et les crémaillères. C’est sur la base d’un nouveau dessin et d’un prédimensionnement réaliste qu’un grand constructeur s’intéresse enfin à ce moteur VCR que Vianney RABHI avait baptisé “MCE-5”. Ceci débouche dès 2000 sur une première collaboration avec ce constructeur, qui se poursuivra jusqu’en 2004.

Après avoir jeté les bases de la société MCE-5 DEVELOPMENT en 2000, Vianney RABHI en est aujourd’hui le Directeur de la Stratégie. Il en impulse les grandes orientations stratégiques et techniques sur lesquelles repose le projet MCE-5.

Le MCE-5 VCRi est un moteur thermique à combustion interne capable de coopérer avec l’ensemble des technologies actuellement disponibles pour les moteurs à essence, qu’il s’agisse de l’injection directe, des VVTs (Variable Valve Timing) ou de la suralimentation par turbocompresseur. Les moteurs à combustion interne ont toujours progressé par adjonction de nouvelles fonctions visant à améliorer leurs performances ou leur efficacité énergétique.

Le MCE-5 VCRi propose une fonction additionnelle décisive : le contrôle du taux de compression.

VCR veut dire “Variable Compression Ratio”, c’est-à-dire en français “taux de compression variable”.

Le taux de compression conditionne directement le rendement énergétique, les émissions polluantes et les performances en couple et en puissance des moteurs à combustion interne. Le rendre variable ouvre à un ensemble de stratégies permettant d’améliorer significativement chacune de ces caractéristiques.

Il en résulte une réduction de la consommation de carburant à iso-performance de 15 % pour les petits véhicules et jusqu’à 35 % pour des véhicules hautes performances.

Variation du taux de compression : ici, sur le schéma le taux de compression maximal (à droite) et minimal (à gauche). Contrôler le taux

de compression : la clé de l’évolution des moteurs à essence.

18 VCRi by MCE-5La technologie MCE‑5 VCRi

La technologie MCE‑5 VCRi

Environnement, énergie, économie :

l’excellence mécanique et technologique

au service de grands objectifs stratégiques.

Le MCE‑5 VCRi n’est pas seulement une machine à optimiser le rendement, la performance, et les émissions polluantes des moteurs automobiles. Par association de technologies, c’est également un formidable outil d’optimisation du prix de revient de l’ensemble moteur, transmission et post‑traitement.

Historique du taux de compression variable

Comme la plupart des stratégies et technologies appliquées à la motorisation, le taux de compression variable – dit aussi VCR (Variable Compression Ratio) – est un principe ancien. Les premiers concepts de moteurs VCR sont apparus au début du siècle dernier.

Des constructeurs comme SAAB, PSA ou Volkswagen ont depuis longtemps étudié le potentiel du VCR et révélé son efficacité à réduire drastiquement la consommation et les émissions polluantes. À ce titre, divers moteurs prototypes ont été réalisés dont les performances ont été mesurées. La réduction de la consommation de carburant proposée par le VCR s’est révélée être de l’ordre de 30 %, ce qui équivaut à une trentaine d’années de progrès sur les moteurs à essence. À ce jour, ces moteurs prototypes étudiés n’ont pas su répondre aux critères permettant à un moteur d’être produit et commercialisé à grande échelle. Les problèmes rencontrés ont été par exemple une durée de vie insuffisante, un encombrement excessif, des émissions acoustiques inacceptables ou des pertes énergétiques nouvelles qui ont par trop minoré l’avantage du VCR.

Tout l’intérêt de la technologie MCE-5 VCRi est de rendre le VCR éligible pour la production en grande série. Cette particularité vient de caractéristiques uniques du MCE-5 VCRi tant fonctionnelles qu’économiques et industrielles.

Évolution des moteurs thermiques

En 2012, les moteurs sont plus sophistiqués et efficaces que ceux d’hier, mais moins que ceux de demain.

Ils sont équipés de nombreux capteurs qui renseignent un calculateur sur la position de la pédale d’accélérateur, sur le débit d’air d’admission et la teneur en oxygène des gaz d’échappement ou encore, sur le régime de rotation. Le calculateur peut ainsi accéder à la demande en couple du conducteur, préparer un mélange d’air et de carburant en respectant toujours les bonnes proportions ou obtenir de la détente des gaz le plus de travail possible.

Le calculateur intervient sur le fonctionnement du moteur au moyen d’actionneurs qu’il pilote électriquement.

Ces actionneurs lui servent, par exemple, à régler l’ouverture du papillon des gaz, la quantité de carburant injectée, le moment où s’ouvrent les soupapes, ou l’instant où est déclenchée la combustion au moyen d’une étincelle. Le calculateur dispose de “tables” dans lesquelles figurent les réglages à retenir pour chaque actionneur tenant compte des conditions de fonctionnement du moteur. Le calculateur possède également des fonctions logiques qui lui permettent de calculer en temps réel, certaines valeurs ne figurant pas dans ses tables. Tous les moteurs modernes que nous utilisons aujourd’hui fonctionnent selon ces principes.

Il existe pourtant un paramètre essentiel sur lequel le calculateur n’avait jusqu’alors aucune emprise : le taux de compression.

Depuis toujours, faute d’une technologie appropriée, on ne contrôle pas le taux de compression. Cette lacune se paie au prix d’une consommation accrue de carburant, d’un couple et d’une puissance limités et d’un moindre contrôle sur les émissions polluantes. Un taux de compression fixe constitue un véritable verrou technologique pour les moteurs à essence que le MCE-5 VCRi supprime en leur apportant le taux de compression variable. Cet actionneur nouveau – qui permet de contrôler le taux de compression – augmente drastiquement les performances et le rendement énergétique des moteurs à essence.

Coupe du moteur MCE‑5 VCRi

Vilebrequin

Actionneurs de commande de taux

Crémaillère de commande

Vérin de rattrapage de jeu

Roue

Carter

Rouleau synchronisé

et platine

Crémaillère de combustion

Vérin de commande, activé par les forces d’inertie et de combustion

Piston guidé

Capteur de position

Bielle

19VCRi by MCE-5 La technologie MCE‑5 VCRi

Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi

Des résultats sans équivalent

Performances

Les moteurs MCE-5 VCRi prototypes d’une cylindrée de 1 484 cm3 montés sur bancs d’essai et sur véhicules prototypes délivrent les performances suivantes :

➤➤ en version injection directe (GDI)

•Couplemaximum:480Nmà1800tr/min.

•Puissancemaximale:245ch(180kW)à5300tr/min.

Consommation du moteur MCE-5 VCRi

La consommation de carburant sur les faibles charges est réduite de plus de 12 % uniquement du fait d’un taux de compression plus élevé. La réduction totale de carburant est comprise entre 15 % sur le plus petit véhicule et plus de 35 % sur les véhicules hautes performances.

Depuis 2010, les moteurs MCE-5 VCRi comprennent l’injection directe d’essence et intègrent les stratégies les plus avancées applicables aux moteurs à essence pour aller plus loin encore dans l’amélioration des performances, de l’efficacité énergétique et de la dépollution.

➤➤ Consommation 2012 - injection directe

•Consommationextra-urbaine:5,3L/100km.

•Consommationmixte:6,5L/100km(152 g de CO2/km avec SP95).

•Consommationurbaine:8,5L/100km.

20 VCRi by MCE-5Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Résultats clés ‑ Consommation / Émissions CO2

Résultats clés Consommation / Émissions CO2

La puissance du MCE‑5 VCRi 1.5 L est équivalente à celle d’un V6 3.2 L, avec un couple maximal supérieur de 40 %.

Essai sur banc à rouleaux chez Continental à Toulouse.

21VCRi by MCE-5 Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Résultats clés ‑ Consommation / Émissions CO2

Les prototypes 1.5 L MCE-5 VCRi délivrent le couple d’un moteur atmosphérique de 4.8 L et la puissance d’un V6 3.2 L.

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300

200

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00 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Puis

sanc

e (k

W)

Coup

le (N

m)

Régime (tr/min)

MCE-5 VCRi GDI 1 484 cm3 - Turbocompresseur bi-étagé.

Pour aller plus loin

MCE-5 DEVELOPMENT a simulé les résultats de consommation de plusieurs véhicules parmi les plus vendus aux États-Unis, au Japon, en Allemagne et en France.

Les tableaux suivants montrent les améliorations tant au niveau de la cylindrée, de la puissance, du couple, du taux de compression que de l’efficacité énergétique apportée par les moteurs MCE-5 VCRi.

États-Unis d’Amérique

Ford F150 - Le moteur de la Ford F-150 est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurFord3.5LV6Ecoboost

MCE-52.2L6cylindresenligne

X Cylindrée cc / cm3 3500 2240

X Puissancehp @rpm 365@5000 365@5000

kW @rpm 268@5000 268@5000

X Couple Nm @rpm 570@2500 710@1500

X Tauxdecompression 10:1 6:1à15:1

Essence Essence Gains

X Économiedecarburant

City - FTP 75 mpg 16,0 20,0 25%

High way - HFET mpg 22,0 24,6 12%

X Consommationdecarburant

NEDC (New European Driving Cycle)

L/100 km 13,0 10,2 21%

g CO2/km 304 239 21%

Toyota Camry - Le moteur de la Toyota Camry est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

Typedemoteur Toyota3.5LV6MCE-51.7L4cylindresenligne



kW @rpm 200@6200 200@5000

X Couple Nm @rpm 336@4700 531@1500

X Tauxdecompression 10.8:1 6:1à15:1



City - FTP 75 mpg 21,0 25,4 21%

High way - HFET mpg 30,0 34,2 14%



L/100 km 10,6 7,0 34%

g CO2/km 248 163 34%

22

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VCRi by MCE-5Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Focus / Pour aller plus loin

Japon

Honda Fit - Le moteur de la Honda Fit 1.5 L est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurHonda1.5LCVT




kW @rpm 88@6600 91@4000

X Couple Nm @rpm 145@4800 239@1500

X Tauxdecompression 10,4:1 6:1à15:1



10 - 15 mode (Japon)

km/L 20,0 22,1 11%



L/100 km 5,3 4,9 9%

g CO2/km 125 114 9%

Toyota Prius III - Le moteur hybride de la Toyota Prius est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent fonctionnant au GNV.

TypedemoteurToyotaPriusIII100kW(th.+elec.)

MCE-50.83LGNV3cylindresenligne



kW @rpm 73@5200 101@5000

X Couple Nm @rpm 142@4000 265@1500


Essencehybride GNV Gains



L/100 km 3,9 — —

g CO2/km 89 88 1%

Le gain ne se situe pas en terme de consommation ou d’émission de CO2 mais au niveau du coût. Le PRF (Prix de Revient Fabrication) est estimé à 3 000 € de surcoût pour un véhicule hybride de ce type.

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VCRi by MCE-5 Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Focus / Pour aller plus loin

Allemagne

VW Golf 1.4 L TSI - Le moteur de la VW Golf est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent. Le moteur VW 1.4 L TSI est un des moteurs essence les plus fortement downsizés du marché.

TypedemoteurVW1.4LTSI160ch




kW @rpm 118@5800 121@5000

X Couple Nm @rpm 240@1500 318@1500


Essence(GNV) Essence(GNV) Gains



L/100 km 6,3 5,2 14%

g CO2/km 145(113) 125(96) 14%(15%)

Mercedes C250 CGI - Le moteur de la Mercedes C250 CGI est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurMercedesC250CGIstratifié




kW @rpm 150@5500 152@5000

X Couple Nm @rpm 310@2000 398@1500





L/100 km 6,4 5,5 13%

g CO2/km 150(132) 130(105) 13%(20%)

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Allemagne

Mercedes C250 CDI - Le moteur de la Mercedes C250 CDI Blue Efficiency est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurMercedesC250CDI




kW @rpm 150@4200 152@5000

X Couple Nm @rpm 500@1600 398@1500


Diesel Essence(GNV) Gains



L/100 km 4,8 5,6 -17%

g CO2/km 125 132(106) -6%(15%)

Le gain ne se situe pas en terme de consommation ou d’émission de CO2 mais au niveau du coût. Le PRF (Prix de Revient Fabrication) pour moteur + système de post-traitement [FAP (Filtre À Particules) + SCR (Réduction Catalytique Sélective)] est estimé à 1 500 € de plus pour un véhicule Diesel de ce type.

Audi A4 2.0 L TFSI - Le moteur de l’Audi A4 2.0 L TFSI est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurAudiA42.0LTFSI




kW @rpm 155@4300 155@5000

X Couple Nm @rpm 350@1500 407@1500





L/100 km 6,4 5,3 17%

g CO2/km 149(117) 123(99) 17%(15%)

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Allemagne

Audi A4 2.0 L TDI - Le moteur de l’Audi A4 2.0 L TDI est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurAudiA42.0LTDI




kW @rpm 125@4300 125@5000

X Couple Nm @rpm 350@1750 350@1500





L/100 km 5,3 5,4 -2%

g CO2/km 134 126(101) 6%(25%)


BMW série 3 320i - Le moteur de la BMW 320i est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurBMW320istratifié




kW @rpm 125@6700 128@5000

X Couple Nm @rpm 210@4250 334@1500





L/100 km 6,4 5,2 17%

g CO2/km 148(131) 123(99) 17%(24%)

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Allemagne

BMW série 3 328i - Le moteur de la BMW 328i est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

Typedemoteur BMW328iMCE-51.5L4cylindresenligne



kW @rpm 180@5000 180@5000

X Couple Nm @rpm 350@1250 480@1500





L/100 km 6,4 5,4 15%

g CO2/km 149(121) 126(102) 15%(16%)

BMW série 3 320d - Le moteur de la BMW 320d est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

Typedemoteur BMW320dMCE-51.1L3cylindresenligne



kW @rpm 135@4000 134@5000

X Couple Nm @rpm 380@1900 350@1500





L/100 km 4,5 5,0 -11%

g CO2/km 119 117(94) 2%(21%)


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France

Peugeot 308 1.6 L THP - Le moteur de la Peugeot 308 1.6 L THP est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurPeugeot3081.6LTHP




kW @rpm 115@6000 115@5000

X Couple Nm @rpm 240@1400 305@1500





L/100 km 6,7 5,3 21%

g CO2/km 155(120) 123(99) 21%(18%)

Peugeot 308 2.0 L HDI - Le moteur de la Peugeot 308 2.0 L HDI est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurPeugeot3082.0LHDI




kW @rpm 110@3750 110@5000

X Couple Nm @rpm 340@2000 295@1500





L/100 km 4,9 5,5 -12%

g CO2/km 129 129(104) 0%(19%)


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France

Peugeot 207 1.6 L VTi - Le moteur de la Peugeot 207 1.6 L VTi est comparé avec un moteur VCR MCE-5 équivalent.

TypedemoteurPeugeot2071.6LVTi




kW @rpm 88@6000 90@5000

X Couple Nm @rpm 160@4250 239@1500





L/100 km 6,2 4,6 25%

g CO2/km 143(110) 107(82) 25%(25%)

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Moteur MCE-5 VCRi

X Injectiondirecteessence(GDI)

X Turbo+compresseurmécanique

X 2VVT(VariableValveTiming)

X Puissancespécifique:120kW/L

Avec sur quelques versions (même équipement que le moteur de référence cité) :

X Stop&Start

X VariableValveLift:BMW“Valvetronic”,Audi“Valvelift”,Fiat“Multiair” ouHonda“i-VTEC”

Possibilités d’amélioration :

X Gestionavancéedelathermiquemoteur

X Combustionstratifiée

X CombustionCAI-HCCI

X Hybridation

Depuis 2009, le moteur MCE-5 VCRi 1.5 L est intégré dans un véhicule démonstrateur Peugeot 407.

Quelques informations sur le véhicule :

•Catégorie:segmentM2.

•Poids:1640kgavecunblocmoteuralu.

Moteur MCE-5 VCRi 1.5 L

•Architecture 4cylindresenligne

•Alésage 75mm

•Course 84mm

•Cylindrée 1484cm3

•Tauxdecompressionmini 6:1

•Tauxdecompressionmaxi 15:1

•Suralimentation parturbocompresseurbi-étagé

•Positiondumoteur transversale-avant

•Distribution doublearbreàcamesentête,2VVTs

•Nombredesoupapesparcylindre 4

Le véhicule démonstrateur

30 VCRi by MCE-5Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Le véhicule démonstrateur

31VCRi by MCE-5 Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Le véhicule démonstrateur

Moteur MCE-5 VCRi 1.5 L S

ystème

d’in

jection

deca

rburan

t

Puiss

ance

max

imale

Coup

le

max

imum

Compatibilité

carburan

t

Cons

ommation

extra-urbaine

Cons

ommation

mixte

Cons

ommation

urbaine

➤➤ Version GDI

injectiondirecte(GDI),

injecteursolénoïde

245ch(180kW)

à5300tr/min

480Nmà1800tr/min

SP91SP93SP95SP98

E10àE100

5,3L/100km 6,5L/100km

152 g de CO2/km

avec SP95

8,5L/100km

Essai sur route en conditions normales.

Essai sur autoroute.

Essai sur circuit.Essai en ville.

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VCRi by MCE-5

Un moteur multicarburant

Le MCE-5 VCRi : un moteur thermique qui prépare “l’après pétrole”

Chaque jour, nous consommons plus de pétrole que nous n’en découvrons. La raréfaction puis, la quasi-disparition du pétrole sont, de ce fait, inéluctables, ce n’est qu’une question de temps. Dès la prochaine décennie, la production de pétrole pourrait ne plus parvenir à couvrir entièrement les besoins du marché, avec une conséquence directe sur le prix du baril. Pour amortir les effets d’un pétrole cher, il sera nécessaire de mettre à contribution d’autres sources d’énergie. Pour cela, on aura recours à la biomasse (éthanol, alcools, EMC, huile végétale, EMHV, ETBE, MTBE), au gaz naturel, au charbon et, à plus long terme, à l’hydrogène produit avec des énergies renouvelables ou du nucléaire.

Grâce au taux de compression variable il s’adapte automatiquement à tout type de carburant…

Le taux de compression est la principale caractéristique permettant d’adapter un moteur à un carburant dont l’indice d’octane est plus ou moins élevé. Étant à taux de compression variable, le MCE-5 VCRi peut s’adapter automatiquement à tout carburant, quel qu’en soit l’indice d’octane. Doté d’un système de gestion du moteur approprié, le MCE-5 VCRi pourra demain “apprendre” à quel carburant il a affaire en détectant ses caractéristiques (détection de cliquetis sur certains points de fonctionnement). Ainsi, il pourra choisir son “programme” et fonctionner avec un taux de compression moyen élevé lorsqu’il consomme un carburant dont l’indice d’octane est élevé, et inversement pour un carburant à indice d’octane faible. Cette caractéristique fondamentale permet d’éviter tout phénomène de cliquetis lorsqu’est consommé un carburant à faible indice d’octane (exemple : SP 95 ou inférieur), et d’éviter toute perte de rendement inutile lorsqu’est consommé un carburant à indice d’octane élevé (exemple : SP 98, essence à forte teneur en éthanol, gaz naturel).

L’extrême flexibilité du MCE-5 VCRi va ainsi permettre d’accompagner le développement de carburants nouveaux sans avoir à faire de concessions sur l’efficacité énergétique des moteurs, quels que soient les différents carburants qu’ils consomment. En effet, actuellement, les véhicules dits “flexfuel” reposent sur un compromis : lorsqu’ils fonctionnent à l’essence, leur rendement est moins élevé que celui des véhicules fonctionnant exclusivement à l’essence, et lorsqu’ils fonctionnent à l’éthanol, leur rendement est moins élevé que celui des véhicules qui ne consomment que de l’éthanol.

Alors qu’ils sont prévus pour réduire les émissions de CO2, ces véhicules “flexfuel” n’utilisent pas les carburants au maximum de leur rendement : cette stratégie est contraire à l’objectif. Ce résultat provient de l’absence du taux de compression variable (VCR) : sans VCR, il est nécessaire de trouver un taux de compression intermédiaire qui soit un compromis acceptable. Ceci se fait au détriment de l’efficacité énergétique finale des véhicules “flexfuel”, mais c’est la seule solution pour qu’ils puissent consommer à la fois de l’essence classique et de l’éthanol, ou de l’essence et du gaz naturel. À l’avenir,

la technologie MCE-5 VCRi va éliminer ce compromis de sorte que tous les carburants seront consommés à leur maximum de rendement sur les véhicules

“flexfuel”. Grâce au MCE-5 VCRi, il sera même possible de distribuer de l’essence “générique”, bon marché, dont les caractéristiques varient en fonction des contraintes d’approvisionnement ou des réglementations : le moteur s’adaptera automatiquement à cette essence pour en tirer le maximum de rendement, en toute sécurité pour le moteur.

Le taux de compression variable du MCE‑5 VCRi permet d’optimiser l’usage de différents carburants, de caractéristiques variables.

Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Focus / Un moteur multicarburant

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VCRi by MCE-5

…Et même au gaz naturel

À moyen terme, qu’il soit fossile ou renouvelable, le gaz naturel non-converti à usage automobile est un excellent complément voire même une alternative au pétrole. Toutefois, pour en assurer le succès commercial et accompagner le développement du réseau de stations-services nécessaire, les véhicules devront également pouvoir consommer de l’essence avec un rendement élevé, sans concession sur la performance. Ceci nécessite impérativement de disposer du taux de compression variable tel que le propose le MCE-5 VCRi.

En effet, le MCE-5 VCRi peut fonctionner indifféremment au gaz ou à l’essence, avec un rendement meilleur que celui d’un moteur à taux de compression fixe exclusivement dédié au gaz ou à l’essence. Les avantages stratégiques qui découlent de cette caractéristique sont gigantesques à échéance de 20 à 30 ans et dépassent largement le périmètre de l’automobile. Il s’agit en effet de pérenniser la mobilité individuelle sur laquelle repose une grande partie de notre système économique, en accompagnant en douceur l’inévitable déplétion pétrolière dont les premiers effets seront déjà visibles entre 2010 et 2020.

Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Focus / Un moteur multicarburant

34 VCRi by MCE-5

Une technologie prête à être produite en grande série pour une nouvelle génération de moteurs à haut rendement énergétique

Tout l’objet du MCE-5 VCRi est de proposer une technologie VCR éligible pour la production en grande série. À ce titre, le MCE-5 VCRi valorise au mieux la stratégie du VCR sans jamais en minorer le gain et répond à l’ensemble des contraintes imposées par la commercialisation à grande échelle de véhicules automobiles. Pour atteindre les objectifs initiaux du programme MCE-5 VCRi et valider au banc d’essai les caractéristiques et qualités de cette technologie, plus de 15 années de recherches et de développement auront été nécessaires.

Consortium de partenaires techniques

Ce qui en 2000 n’était qu’un objectif est aujourd’hui validé par un ensemble de plus de 60 sociétés partenaires qui développe la technologie MCE-5 VCRi. Les procédés de fabrication en grande série pour chacun des composants de la technologie MCE-5 VCRi ont été identifiés, testés et validés avec des industriels fournisseurs de 1er rang de l’industrie automobile. Le prix de revient de l’ensemble du moteur a été établi précisément en intégrant les investissements et les coûts opérationnels liés à la production de 2 000 moteurs par jour à un horizon de temps situé entre 2015 et 2017.

Industrialisation

Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Industrialisation

35VCRi by MCE-5 Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Industrialisation

Un moteur high‑tech

La roue de transmission du MCE-5 VCRi est un pur produit de haute technologie

La roue de transmission est la pièce la plus caractéristique de la technologie MCE-5 VCRi. Elle permet, à la fois, la transmission de la puissance et le réglage du taux de compression. Il s’agit d’un pignon à denture en développante de cercle, tels que ceux que l’on trouve dans les boîtes à vitesses. Cependant, son profil est tronqué pour définir deux secteurs utiles. Un MCE-5 VCRi à 4 cylindres comporte 4 roues de transmission et 8 crémaillères.

À 6 000 tours/min, cette pièce obtenue par forgeage de précision change de sens de rotation 120 fois par seconde. Au couple maximal du moteur, elle assume des efforts de plus de 5,5 tonnes jusqu’à 30 fois par seconde. Elle transmet les efforts de poussée de la bielle au carter du moteur par ses pistes de roulement

à haute résistance à la pression. Pour ne pas dissiper le travail produit par la combustion des gaz, son rendement énergétique est de 0,997, ce qui veut dire que seulement trois pour mille du travail qu’elle transmet sont perdus sous forme de chaleur. Pour fonctionner en silence, elle conserve un jeu opérationnel de l’ordre de 30 microns grâce à un dispositif spécifique de rattrapage de jeu. Sa denture à la géométrie exclusive est d’une grande précision. Ses dents présentent une dureté de surface élevée pour assumer des pressions de plus de 22 tonnes par centimètre carré, et une grande résistance à la fatigue pour une durée de vie de plusieurs milliards de cycles en efforts alternés. Sa géométrie complexe, presque organique, fait participer chaque millimètre cube de sa structure et lui permet avec un minimum de matière, de fléchir de seulement quelques centièmes de millimètre sous les charges les plus extrêmes.

Cette pièce est réalisée en acier cémenté et coûte 15 € à produire en grande série.

36 VCRi by MCE-5Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Coût de production

À iso‑consommation, le moteur MCE‑5 VCRi est déjà meilleur marché à produire

Comparaison du coût de la technologie MCE-5 VCRi avec celui des moteurs Diesel ou hybrides

➤➤ Les moteurs Diesel

X En moyenne 1 000 € plus chers que les moteurs à essence classiques d’aujourd’hui.

X En 2015, pour respecter la norme Euro-6, le surcoût des moteurs Diesel associés au système de post-traitement [FAP (Filtre À Particules) + SCR (Réduction Catalytique Sélective)] sera de 1 500 € à 2 000 €.

➤➤ Les moteurs hybrides d’aujourd’hui

X Coût de 3 000 à 5 000 € plus élevé que celui des moteurs à essence conventionnels selon la puissance du véhicule.

➤➤ La technologie MCE-5 VCRi

Adaptéesurdepetitsvéhicules:

X Réduction de la consommation de carburant de l’ordre de 15 %.

X Surcoût en production avoisinant les 300 € par rapport à un moteur essence classique.

X Économie de 500 € en Prix de Revient Fabrication par rapport à un Diesel 2012.

X Coût d’achat supplémentaire du véhicule amorti en 60 000 kilomètres par le consommateur final (en remplacement d’un essence classique), et zéro km en remplacement d’un moteur Diesel à consommation de carburant comparable.

Adaptéesurdesvéhiculesmoyensethautdegamme:

X Réduction de la consommation de carburant de 15 à 30 % ou plus selon la puissance.

X Économie de 350 à 700 € en Prix de Revient Fabrication par rapport à un moteur Diesel avec les mêmes niveaux de performance.

Coût de production

37VCRi by MCE-5 Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Coût de production

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VCRi by MCE-5

Une technologie qui ne coûte pas cher

MCE-5 VCRi : offrir le meilleur rapport prix/performance, prix/consommation et performance/consommation

L’automobile représente une part importante du budget des ménages (12,3 % en France entre 1998 et 2006 - source : INSEE). Acheter une automobile est un acte réfléchi et lourd de conséquences pour la plupart des gens.

Dans le prix de revient total d’une automobile, le moteur doit occuper une part la plus petite possible. On attend du moteur la meilleure efficacité énergétique possible et la meilleure performance en agrément et en brio, pour le moins cher possible.

Indispensable, le moteur est mal connu des utilisateurs. Dans le meilleur des cas, le client final en connaît la cylindrée et la puissance, souvent, il en ignore les caractéristiques. Ceci explique qu’un même moteur puisse être partagé par deux véhicules aussi concurrents qu’une Mini BMW et une Peugeot 207, sans nuire à leur image distinctive. Le moteur est un argument commercial de deuxième ordre comparativement à la marque, au style, à la polyvalence, au confort et aux services à bord qu’offre le véhicule. Cependant, un moteur trop bruyant, qui manque de brio ou qui conduit à une consommation trop élevée peut “gâcher” un véhicule et mettre en péril son succès et sa rentabilité.

La motorisation n’est pas un signe distinctif majeur : des véhicules concurrents peuvent se partager un même moteur

Le moteur ne doit pas seulement être bon marché, il doit également consommer peu de carburant. Ces deux critères sont antinomiques : produire un moteur économe en carburant coûte cher. Pour que ce moteur puisse être amorti par les utilisateurs, il faut donc que le prix du carburant soit suffisamment élevé. La lourde fiscalité appliquée aux carburants en Europe a ainsi fortement contribué à la faible consommation des véhicules européens dont nous jouissons aujourd’hui. Aux USA au contraire, le carburant a toujours été peu fiscalisé ce qui n’a pas encouragé le développement de moteurs à haute efficacité énergétique. Aujourd’hui, les USA souffrent des conséquences de cette politique fiscale qui a rendu leur parc automobile à la fois inadapté aux contraintes environnementales, et sensible à toute dérive haussière du prix de l’énergie.

En 2012, le prix du carburant ne reflète pas ce qu’il est destiné à devenir à horizon de quelques d’années. Le carburant n’étant pas encore assez cher, le surcoût des motorisations à très basse consommation reste difficile

Atouts stratégiques de la technologie MCE‑5 VCRi ‑ Focus / Une technologie qui ne coûte pas cher

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VCRi by MCE-5

à rentabiliser. Pour autant, bon nombre de véhicules vendus aujourd’hui seront encore en circulation lorsque le prix de l’énergie augmentera drastiquement aux alentours de 2015 ou 2020. Pour anticiper cette nouvelle donne énergétique et éviter toute situation de crise, une politique fiscale incitative ou dissuasive est nécessaire. Cette politique doit tendre à “forcer” le parc de véhicules à devenir énergétiquement plus efficace pour préparer

l’avenir. Le “bonus-malus” français illustre bien cette volonté d’orienter le marché en favorisant les ventes de véhicules à basse consommation au détriment des véhicules puissants. En 2008, ces mesures ont augmenté de 44,3 % les ventes françaises de véhicules émettant moins de 130 g CO2/km tandis qu’elles faisaient reculer de 43 % les ventes de véhicules émettant plus de 160 g CO2/km (source : ADEME).


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VCRi by MCE-5

Le “bonus-malus” français favorise les ventes de véhicules à basse consommation au détriment des véhicules puissants

Impopulaires, ces dispositions n’en sont pas moins cruciales. 50 % du pétrole est destiné au transport dans lequel l’automobile occupe la plus grande place. En 2008, la facture énergétique de la France était de 58,7 milliards d’euros, ce qui équivaut à 3 % de son PIB. Sans cette dépense, la balance commerciale de la France serait légèrement excédentaire. Il est donc décisif pour la France d’économiser l’énergie et notamment, de posséder un parc automobile à haut rendement énergétique. Tous les pays doivent mettre en œuvre cette stratégie car réduire la consommation de pétrole limite mécaniquement le prix du pétrole, par réduction de la tension entre l’offre et la demande. Demain, les solutions permettant de se passer du pétrole auront une valeur stratégique supérieure à celle du pétrole lui-même.

La grande question reste le coût acceptable par le client final de toute innovation visant à réduire la consommation de son véhicule. Le rapport coût/bénéfice intervient, mais aussi le coût absolu. Il est par exemple techniquement possible de produire des moteurs très efficaces au plan énergétique, cependant, ils doivent rester abordables et rentables pour la majorité des gens. Une motorisation trop chère se vendra difficilement et restera cantonnée à un marché de niche. Son impact sur la réduction totale de la consommation énergétique du parc automobile restera faible et elle ne sera pas rentable pour le constructeur. À ce titre, il est préférable de développer une motorisation bon marché qui réduit de seulement 10 % la consommation de 90 % des véhicules neufs (-9 % de réduction totale au final), que de développer une motorisation chère qui réduit de 30 % la consommation de seulement 10 % des véhicules neufs (-3 % de réduction totale).

A

G

F

E

D

C

B

0 €

- 1 000 €

- 500 €

- 100 €

+ 200 €

+ 750 €

+ 1 600 €

+ 2 600 €

Émissions de CO2 - BONUS MALUS 2010-2011 (France)

De 60 à 95 g/km

De 96 à 115 g/km

De 126 à 155 g/km

De 156 à 160g/km

De 161 à 195 g/km

De 196 à 145 g/km

De 246 à +

De 116 à 125 g/km

Consommation de carburant et émissions de CO2

Marque VOITUREModèle XxxVersion 88 chÉnergie

:

:

:

: Essence

6,4l/100 km

150g/km

Consommationde carburant

Consommation mixte :

CO2 Le CO2 (dioxyde de carbone) est

le principal gaz à effet de serre

responsable du changement climatique.

Émissions de CO2 élevées

Émissions de CO2 faibles

AInférieures ouégales à 100 g/km

BDe 101 à 120 g/km

CDe 121 à 140 g/km

DDe 141 à 160 g/km

EDe 161 à 200 g/km

FDe 201 à 250 g/km

GSupérieures ou égales à 250 g/km

D


41

FO

CU

S

VCRi by MCE-5

Le coût par gramme de CO2/km économisé par le MCE-5 VCRi est de 3 à 10 fois inférieur à celui d’un groupe “full” hybride

Commercialiser une motorisation bon marché à haut rendement énergétique est l’objectif prioritaire du MCE-5 VCRi. Le MCE-5 VCRi réunit tous les atouts conduisant au meilleur succès commercial : agrément, puissance et couple élevés, confort acoustique et haute efficacité énergétique. Avec les progrès réalisés dans sa simplification et sa fabrication, le surcoût du MCE-5 VCRi est en 2012 de l’ordre de 300 € en prix de revient en fabrication pour un moteur à 4 cylindres. Ceci se traduira par un surcoût de l’ordre de 700 € pour le client final. Ce surcoût est compatible avec le budget de la plupart des consommateurs. Grâce à l’efficacité énergétique du MCE-5 VCRi, ce surcoût est amortissable sur un faible kilométrage (retour sur investissement rapide).

Dans la plupart des cas, le surcoût du MCE-5 VCRi sera neutralisé dès son achat par les réductions de taxes sur les émissions de CO2/km ou par les “bonus”. En outre, le MCE-5 VCRi va se substituer avantageusement à des technologies plus complexes et plus chères. En 2015-2016, remplacer un Diesel par le MCE-5 VCRi permettra d’économiser entre 350 et 700 € pour le client final, à consommation comparable voire inférieure. Le coût par gramme de CO2/km économisé par le MCE-5 VCRi est déjà entre 3 et 10 fois inférieur à celui d’un groupe “full” hybride, à consommation comparable. Dans bien des cas, le client sortira de la concession automobile avec un moteur moins cher et qui consomme moins. Dans le pire des cas, sur de très petits véhicules, 70 000 km seront nécessaires pour l’amortir.

Ces caractéristiques du MCE-5 VCRi sont autant de réponses aux contraintes économiques des clients finaux et des constructeurs automobiles, et du législateur.


Surcoût global estimé Moteur 4 cylindres en ligne

➤➤ Coût réaliste après 1re optimisation de l’industrialisation

Cartercylindre +17,50€

Ensembleculasse +10,40€

Vilebrequin -3,40€

EngrenageMCE-5 +170,00€

Commandedetaux +60,00€

Fonctionshydrauliques +40,00€

Total +294,50€

Contexte

Environnemental et énergétique

42 VCRi by MCE-5Contexte ‑ Environnemental et énergétique

Le XXe siècle a connu le développement spectaculaire de l’automobile et de l’aviation, le XXIe siècle connaît le développement du transport routier dans des proportions toutes aussi importantes avec un essor de la demande en véhicules en Chine, dans les pays d’Amérique du Sud ou encore en Europe de l’Est.

Même si les crises économiques font fluctuer la vente de véhicules neufs, elles n’empêchent pas pour autant les populations de se déplacer. Dans un contexte de pétrole cher et de préservation des ressources énergétiques, répondre à l’accroissement de la demande de mobilité constitue un défi majeur pour le secteur du transport.

Ceci passe principalement par l’amélioration de l’efficacité énergétique des systèmes de propulsion.

Le pétrole et l’automobile

Le pétrole est abondant, d’une extraordinaire densité énergétique (énergie contenue par kilo) et d’une grande flexibilité d’usage. C’est une ressource qu’a créée la nature au hasard de son évolution et sans laquelle l’automobile n’aurait pas pu se développer au niveau que l’on connaît.

C’est pourquoi l’automobile dépend toujours du pétrole à plus de 98 %, qu’il s’agisse de l’essence ou du gazole. Ceci explique également pourquoi nos automobiles sont toujours propulsées par un moteur thermique : ce n’est pas une volonté, c’est la conséquence de l’existence du pétrole. Nous n’avons en effet rien trouvé de mieux pour transformer l’énergie contenue dans le pétrole en travail mécanique que de le brûler directement dans la chambre de combustion d’un moteur thermique dit “à combustion interne”.

Personne n’a jamais inventé de moteur différent qui permette de propulser une automobile dans de meilleures conditions fonctionnelles et économiques.

Cependant, cette dépendance de l’automobile au pétrole est source de bien des inquiétudes car les pays industrialisés ne sont plus seuls à vouloir jouir des avantages du pétrole.

D’autres pays se développent et passent progressivement à une économie basée sur cette ressource énergétique. Ceci provoque de fortes tensions sur les marchés de l’énergie. Comme le pétrole n’existe qu’en quantité finie dans le sous-sol terrestre, de géostratégique, la crise pétrolière deviendra progressivement géologique et nous allons rapidement nous trouver dans l’impossibilité de satisfaire la demande mondiale.

L’ère du pétrole “facile et bon marché” va progressivement laisser la place à l’ère du pétrole “difficile d’accès et cher” dont l’extraction deviendra de plus en plus lente.

Avec la reprise économique des pays émergents, les demandes en produits pétroliers ont repris le chemin de la hausse atteignant des records en 2011 avec une moyenne annuelle de 111 $ le baril (seuil jamais atteint depuis le début de l’exploitation pétrolière). Les tensions géopolitiques, l’accroissement constant de la demande se solderont par une ascension vers des prix toujours plus élevés comme nous l’avons connu durant l’été 2008 (plus de 150 $ le baril).

Le problème est qu’il n’existe pas d’alternative au pétrole qui soit généralisable pour propulser les automobiles, hormis le gaz naturel qui est soumis aux mêmes tensions.

Ce sera donc bien aux automobiles de devenir plus économes, afin que le coût de l’énergie ramené au kilomètre parcouru, reste le plus faible possible le plus longtemps possible.

43VCRi by MCE-5 Contexte ‑ Environnemental et énergétique

Réglementaire et économique

La technologie MCE‑5 VCRi répond aux objectifs de réduction des émissions, dans les délais

Le MCE-5 VCRi : haute efficacité énergétique, disponibilité à court terme, et forte capacité à pénétrer le marché

Les objectifs de réduction des émissions de CO2 annoncés par la plupart des grands pays industriels sont ambitieux tant en termes de planification chronologique que de niveaux à atteindre. Quand des objectifs sont trop ambitieux, ils peuvent rester des vœux pieux ou n’être atteints qu’avec de forts décalages dans le temps. Quand ils sont irréalistes, ces objectifs peuvent générer des résultats contraires à ceux espérés. De nouveaux objectifs en appellent en général à de nouvelles technologies, tandis que de nouvelles technologies rendent possibles de nouveaux objectifs.

Dans ce contexte, la technologie MCE-5 VCRi devrait permettre de tenir les objectifs européens et américains de réduction des émissions de CO2 dans les conditions techniques et économiques recherchées.

Le sommet de Kyoto a été une occasion pour l’ACEA de prendre des engagements vis-à-vis de l’Union européenne

A-t-on besoin du MCE-5 VCRi pour tenir ces objectifs ? Oui, au même titre qu’on aura besoin de l’injection directe d’essence, de la “variable valve actuation” ou de la suralimentation. Même en coordonnant ces multiples moyens, certains objectifs resteront difficiles à atteindre, de sorte que les véhicules eux-mêmes devront être redéfinis. Rappelons par exemple qu’en juillet 1998, suite au protocole de Kyoto, l’Association des Constructeurs Européens d’Automobiles s’était engagée à ramener les émissions moyennes de CO2 par kilomètre des véhicules neufs vendus en 2008 à 140 grammes. Ceci revenait à réduire de 22 % les émissions de CO2 en 10 années. Cet objectif n’a pas été atteint et la moyenne des émissions kilométriques de CO2 n’est passée que de 179 g en 1998 à 153,5 g en 2008, soit une baisse de 14,2 %. Dans le même temps, la part de marché des véhicules Diesel a bondi en passant de 27 % à 52,9 %. On remarque à ce titre qu’une part non négligeable de la réduction de CO2 des voitures particulières est due à l’accroissement des parts de marché des véhicules Diesel qui offrent à la base un meilleur rendement que celui des véhicules à essence. Notons au passage que les émissions totales de CO2 du transport européen n’ont pas baissé pendant cette période, au contraire, elles ont augmenté à cause de la croissance du kilométrage total annuel parcouru par les Européens.

44 VCRi by MCE-5Contexte ‑ Réglementaire et économique

L’objectif de l’administration Obama de 35,5 mpg pour les véhicules neufs vendus aux USA à l’horizon 2016 est extrêmement ambitieux

On voit ici toute la difficulté de réduire les émissions. En effet, si les Européens n’ont pas réussi à baisser les émissions de CO2 de leurs véhicules neufs de plus de 1,56 % par an en moyenne entre 1998 et 2008, comment vont-ils atteindre l’objectif de 130 g de CO2/km en 2012, en seulement 4 années de plus, dans la mesure où ceci représente une baisse annuelle de 2,27 % ? C’est pratiquement impossible, tout comme est quasiment inaccessible l’objectif de l’administration Obama de ramener à 35,5 mpg la consommation moyenne des véhicules neufs vendus aux USA à l’horizon 2016. Bien sûr, passer tous les véhicules en traction hybride permettrait d’atteindre l’objectif, mais le simple calcul arithmétique ne suffit pas : si les véhicules à haute efficacité énergétique sont trop chers ils ne se vendront pas, et s’ils ne se vendent pas, les émissions moyennes de CO2 ne baisseront pas. C’est ici le principal problème du “full” hybride : son coût trop élevé limite drastiquement ses parts de marché. En revanche, c’est le principal avantage de la technologie MCE-5 VCRi qui réduit massivement la consommation en augmentant modérément les coûts de production.

En conséquence, la technologie MCE-5 VCRi va renforcer la crédibilité de certains objectifs, tandis qu’en retour, ces objectifs vont rendre le marché du MCE-5 VCRi toujours plus évident. Le prix de revient modéré du MCE-5 VCRi va préserver les équilibres économiques de l’industrie automobile et de ses clients. Pour cette raison, le MCE-5 VCRi va s’adresser au marché de masse : cette dernière condition est indispensable pour que la consommation moyenne de l’ensemble de la flotte de véhicules neufs baisse significativement.

Rappelons aussi que le MCE-5 VCRi est un moteur à essence dépollué par catalyse 3-voies, ce qui d’un point de vue stratégique est décisif. Prenons un exemple : en Europe, en défiscalisant le gazole par rapport à l’essence, on a favorisé les motorisations Diesel ce qui a permis de réduire les émissions européennes de CO2/km. De ce strict point de vue, la démarche était fondée, mais regardons de plus près : la première contrepartie, c’est que le développement du Diesel a créé des excédents d’essence que l’Europe exporte aujourd’hui vers les USA, la seconde contrepartie, c’est que les Diesel posent aujourd’hui des problèmes d’émissions de NO2 et de particules. En première conséquence, l’Europe sous-traite en réalité une part de ses émissions de CO2 aux Américains puisque nous raisonnons pratiquement à “pétrole constant”. Ainsi, le bilan planétaire des émissions de CO2 ne s’en trouve guère amélioré : les USA brûlent les excédents d’essence européens. En deuxième conséquence, l’Europe se retrouve face à l’épineux problème de la dépollution du Diesel qu’il faut arriver à maîtriser à un prix de revient acceptable, ce qui est extrêmement difficile.

Le cas du Diesel prouve que certaines bonnes idées peuvent comporter de lourdes contreparties et que dans certains cas, elles peuvent même se révéler de fausses bonnes idées. Prenons le cas des véhicules électriques : comment connaître leur bilan CO2 réel quand on ne sait pas si l’électricité qui les propulse est produite avec une centrale à charbon, à gaz, ou nucléaire ? Si on se contente de mesurer les émissions du véhicule lui-même, on peut faire le jeu de systèmes de production d’électricité fortement émetteurs de CO2 sans taxer les véhicules qui sont responsables de ces émissions. Qu’en est-il également du bilan CO2 global des véhicules électriques quand on intègre la fabrication des batteries, leur recyclage, et la mise en place des infrastructures de production et de distribution d’électricité à usage routier ?

45VCRi by MCE-5 Contexte ‑ Réglementaire et économique

L’hybride est efficace à réduire les émissions de CO2/km, mais pas les émissions totales de l’automobile, du fait de son prix élevé

Outre le fait d’être un moteur à essence, le MCE-5 VCRi présente un autre avantage : il est basé sur de la mécanique classique. À ce titre, la fabrication et le recyclage en fin de vie du MCE-5 VCRi concernent des pièces mécaniques dont la fabrication est faiblement émettrice de CO2. Les émissions de CO2 induites par la fabrication et le recyclage d’une technologie sont en général assez bien représentées par son prix de revient. En effet, le prix de revient traduit l’activité économique attribuée à la fabrication d’un produit et cette activité est convertible en émissions de CO2. Or, le MCE-5 VCRi ne coûte pas cher à fabriquer. Sur ce point, notons par exemple que le bilan CO2 global d’un véhicule hybride est particulièrement défavorable.

Dans le futur, les émissions de CO2 des véhicules seront calculées du puits au réservoir et du réservoir à la roue. On ajoutera à ces émissions celles induites par la fabrication, le recyclage et les infrastructures nécessaires à ces véhicules. Ceci est normal : les conséquences négatives des émissions de CO2 ne connaissent pas de frontières. Les cycles d’homologation devraient également évoluer pour représenter plus fidèlement les émissions réelles des véhicules pendant leur durée de vie. En effet, certaines stratégies qui sont efficaces

pour réduire les émissions sur cycle d’homologation le sont beaucoup moins en conditions réelles de conduite. Par exemple, le “start & stop” - excellente stratégie au demeurant réduit fortement la consommation sur cycle NEDC en supprimant la consommation du véhicule arrêté (au lieu de tourner au ralenti, le moteur est arrêté). Ces gains ne se retrouvent pas nécessairement dans la vraie vie car l’efficacité du “start & stop” dépend fortement des conditions de roulage (stabilité et fréquence de l’arrêt du véhicule), des conditions météorologiques (la climatisation ou le chauffage ne marchent que moteur tournant) ou du cycle réel (avantage nul sur autoroute). Ainsi, le “start & stop” permet d’annoncer jusqu’à 8 % d’économie de carburant sur le NEDC (New European Driving Cycle), malheureusement, on ne réduirait pas de 8 % les émissions effectives de CO2 de l’automobile européenne en l’équipant à 100 % de “start & stop” : cette stratégie ne marche que si les véhicules sont suffisamment souvent à l’arrêt.

Contrairement à cette approche, le MCE-5 VCRi délivre en permanence ses avantages, ou presque. Les seuls points de fonctionnement où le MCE-5 VCRi n’apporte pas d’intérêt, ce sont ceux où son taux de compression est identique à celui des moteurs à taux de compression fixe : ces points sont rares. En revanche, le principal objectif du MCE-5 VCRi reste le downsizing et le downspeeding : ces stratégies procurent un avantage quasi permanent.

46 VCRi by MCE-5Contexte ‑ Réglementaire et économique

MCE-5 VCRi : une fabrication purement mécanique peu émettrice de CO2

En conclusion, le MCE-5 VCRi propose une baisse significative des émissions de CO2/km des véhicules, avec de faibles niveaux d’émission de CO2 pour le fabriquer et le recycler en fin de vie. Le MCE-5 VCRi propose un surcroît d’efficacité énergétique dans un contexte où les stratégies et technologies actuelles arrivent progressivement au bout de leurs possibilités.

Du fait de son prix de revient modéré, le MCE-5 VCRi s’adresse au marché de masse avec à la clé une forte réduction de la consommation moyenne des véhicules neufs. Le post-traitement des émissions polluantes du MCE-5 VCRi est assuré au moyen d’un simple catalyseur 3-voies, solution à la fois économique et efficace. L’efficacité du MCE-5 VCRi reste élevée quel que soit le cycle d’utilisation des véhicules. Un dernier point : le MCE-5 VCRi pourra être produit en grande série dès 2016-2017, atteignant ainsi des volumes de production élevés en 2020-2025. C’est à ces échéances que devront être atteints les objectifs les plus ambitieux de réduction des émissions de CO2 d’origine automobile.

47VCRi by MCE-5 Contexte ‑ Réglementaire et économique

Les autres technologies

Les biocarburants

Fondamentalement, nos automobiles fonctionnent à l’énergie solaire. Le pétrole est de l’énergie solaire stockée depuis des millions d’années que l’on trouve dans le sous-sol terrestre, tandis que le biocarburant est de l’énergie solaire stockée sur l’année en cours, et qui se collecte en surface.

Principe

Le principe du biocarburant est d’utiliser les champs de colza ou de palmier à huile comme d’immenses capteurs solaires qui synthétisent des sucres et des graisses que l’on peut ensuite convertir en carburant.

Impacts

➤➤ Impact sur la nature

Il s’agit de leur impact principal auquel il faut veiller afin que leur déploiement ne conduise pas à une crise alimentaire. Le choix de la filière du “pétrole vert” au détriment de celle visant à nourrir la population, peut conduire à l’épuisement des terres agricoles et des ressources en eau.

➤➤ Impact final des intrants agricoles sur la stérilisation des sols et la pollution des nappes phréatiques

Il doit être géré avec la plus grande attention, qu’il s’agisse des pesticides ou des engrais. De plus, les conséquences négatives de l’intensification de la monoculture au détriment de la biodiversité et de l’accélération de la déforestation pour libérer des terres agricoles, restent une inquiétude de premier rang. Sauf à être produits dans des zones désertiques – avec des algues, par exemple – les biocarburants ne devront constituer qu’un appoint raisonné, mélangés en de faibles proportions aux carburants pétroliers.

En conclusion

L’usage des biocarburants en appelle à une véritable politique de modération de la consommation, quel que soit le prix du baril de pétrole. Plus encore qu’avec les produits pétroliers, il sera donc nécessaire de faire le meilleur usage possible des biocarburants, en les consommant dans des moteurs thermiques réellement “flexfuel” et à haute efficacité énergétique. Les moteurs à taux de compression variable resteront seuls en mesure de répondre pleinement à cette problématique.

Contexte ‑ Les autres technologies48 VCRi by MCE-5

L’hydrogène

L’hydrogène ne se trouve pas dans la nature et il faut le produire à partir d’une autre source d’énergie. Il s’agit d’un vecteur d’énergie et non d’une source d’énergie.

Principe

Qu’il soit consommé par une pile à combustible ou un moteur thermique, le seul intérêt de l’hydrogène réside dans la possibilité d’utiliser différentes sources d’énergie pour le produire, qu’il s’agisse, par exemple, d’énergie nucléaire ou d’énergies renouvelables.

Impacts

➤➤ Rendement du puits à la roue

L’utilisation de l’hydrogène induit une somme considérable de pertes d’énergie car il faut d’abord le produire, puis le comprimer ou le cryogéniser pour le rendre stockable, puis, le convertir en travail mécanique que ce soit au moyen d’une pile à combustible ou d’un moteur thermique. Le rendement total de cet ensemble d’opérations est faible, à tel point que le recours à l’hydrogène n’a de sens que si une source d’énergie abondante et bon marché est disponible pour le produire, provenant par exemple, de la fusion nucléaire.

En conclusion

Il n’est pas intéressant de convertir de l’énergie fossile en hydrogène pour convertir ce dernier en travail dans une pile ou un moteur thermique : le rendement est bien meilleur en consommant directement cette énergie fossile dans un moteur thermique classique. L’hydrogène appliqué à l’automobile reste donc un sujet d’anticipation, sans application significative avant le milieu du XXIe siècle, dans le meilleur des cas.

Contexte ‑ Les autres technologies 49VCRi by MCE-5

Les véhicules électriques

L’énergie disponible pour mouvoir un véhicule correspond à l’énergie stockée dans son réservoir, multipliée par le rendement du moteur et de son dispositif de transmission. Dans le cas d’un véhicule à essence, le réservoir de carburant contient une énorme quantité d’énergie, mais celle-ci est transformée en travail par un moteur thermique dont le rendement n’est en moyenne que de l’ordre de 20 %.

Principe

À l’inverse des moteurs thermiques, un véhicule électrique embarque peu d’énergie, exploitée par un moteur dont le rendement est élevé, de l’ordre de 95 %. Mais l’électricité n’est pas une source d’énergie, il faut la produire dans une centrale électrique.

Impacts

➤➤ Autonomie

Le problème des véhicules électriques, c’est qu’un kilo de batterie contient entre 300 fois moins d’énergie qu’un kilo d’essence pour les classiques batteries au plomb, et 60 fois moins d’énergie qu’un kilo d’essence si l’on parle de batteries lithium-ion.

Le rapport des rendements entre moteur électrique et moteur thermique reste toujours plus faible que le rapport entre l’énergie stockée dans 1 kg d’essence et 1 kg de batteries. Dans ces conditions, il est impossible d’assurer une autonomie à un véhicule électrique comparable à celle d’un véhicule à essence. En effet, pour un véhicule qui nécessite 15 kW de puissance, lorsqu’il roule à 120 km/h, 100 kg de batteries au plomb vont lui permettre de parcourir 32 km, tandis que 100 kg de batteries lithium-ion vont lui permettre d’en parcourir 135. Il faut mettre cela en face des véhicules à moteur thermique, qui avec seulement 44 kg d’essence (60 litres), vont pouvoir parcourir 840 km, tous rendements pris en compte.

➤➤ Rendement et émissions de CO2

Concernant les émissions de CO2, les véhicules électriques n’apportent pas de gain significatif par rapport aux véhicules à moteur thermique si l’énergie primaire utilisée pour produire l’électricité stockée dans leurs batteries est d’origine fossile (charbon, gaz ou pétrole), ce qui est le cas pour 66 % de l’électricité produite dans le monde.

Rappelons que la Chine, pays fortement promoteur de la voiture électrique, produit 80 % de son électricité avec du charbon. Ceci explique notamment que c’est la part du charbon qui augmente le plus rapidement dans la production mondiale d’électricité, car c’est une ressource accessible et abondante pour divers pays émergents à forte croissance : tous les sept à dix jours, une nouvelle centrale au charbon ouvre ses portes quelque part en Chine (source : Courrier International). Selon cette tendance, les véhicules électriques auront toutes les raisons d’être principalement appelés “véhicules à charbon”. En ce cas, le bilan CO2 final des véhicules électriques ne serait guère plus avantageux que celui proposé par les moteurs thermiques. Pour bénéficier d’un bilan CO2 avantageux, il est donc nécessaire que l’électricité soit produite au minimum avec des centrales à gaz, idéalement avec des centrales nucléaires comme en France, ou avec des énergies renouvelables.

L’enjeu est donc de produire l’électricité destinée aux véhicules électriques avec de l’énergie nucléaire ou renouvelable, pour leur donner un intérêt supplémentaire.

En conclusion

Le véhicule électrique n’a d’avenir qu’en usage strictement urbain, là où peu de puissance est nécessaire, où les distances parcourues restent limitées, et où il est avantageux de n’émettre aucun polluant. Le problème reste la perte de la polyvalence et de l’autonomie des véhicules, ce qui les cantonne à un marché de niche.

Cette solution n’est malheureusement pas prête à s’adresser au marché de masse, à cause du stockage d’énergie par batterie qui reste problématique. Les batteries sont chères et contiennent trop peu d’énergie : environ 60 fois moins par kg que l’essence pour les meilleures batteries lithium-ion. Ceci limite l’autonomie des véhicules électriques et porte le prix du kWh disponible à la roue à des niveaux trop élevés. La France est un pays qui taxe fortement l’essence et qui produit une électricité parmi les moins chères du monde. Même dans ce contexte favorable, le prix du kWh délivré à la roue pour le client final par un système de traction électrique est de 3 à 6 fois plus élevé que celui délivré par un moteur thermique malgré le piètre rendement de ce dernier (20 % en moyenne). Ce rapport varie selon que l’on prend 500 cycles de charge-décharge ou 1 000 pour des batteries lithium-ion (le nombre de cycles dépend de nombreux facteurs tels que la rapidité de charge ou le taux de charge).

50 VCRi by MCE-5Contexte ‑ Les autres technologies

51VCRi by MCE-5 Contexte ‑ Les autres technologies

Les véhicules hybrides

À l’utilisation, les véhicules hybrides émettent nettement moins de CO2 par kilomètre que les véhicules ordinaires.

Principe

L’hybridation est un moyen de gérer le mauvais rendement à faibles charges des moteurs thermiques, en évitant de les utiliser sur leurs plus mauvais points de fonctionnement.

Impacts

➤➤ Émissions de CO2 supplémentaires induites par la complexification de la fabrication

Si on établit le bilan des émissions de CO2 induites par la fabrication, l’entretien et le démantèlement en fin de vie des véhicules hybrides, diverses études démontrent que rapporté aux performances et au kilomètre parcouru, ces véhicules émettraient finalement plus de CO2 que la plupart des véhicules classiques (cf. étude du CNWMarketing Research - avril 2007).

➤➤ Surcoût de fabrication, augmentation du prix de vente

Compris entre 3 000 et 5 000 € en fonction de leur puissance, le surcoût de fabrication des véhicules

hybrides en fait des véhicules chers de sorte que leur pénétration du marché reste faible. Ceci limite leur possible impact sur les émissions globales de gaz à effet de serre (en 2009, les véhicules hybrides représentaient 1,55 % des ventes mondiales de voitures particulières - source : CCFA).

Pour diminuer le prix de revient des hybrides, des progrès restent à faire sur les batteries, les moteurs électriques et l’électronique de puissance, c’est-à-dire sur des composants sur lesquels l’industrie travaille depuis plusieurs décennies. Ceci réduit les probabilités d’un saut technologique significatif à court terme permettant d’atteindre les objectifs.

En conclusion

L’hybridation n’apporterait rien à un moteur thermique qui aurait un rendement constant sur toute sa plage d’utilisation, sauf à permettre de récupérer une part de l’énergie cinétique du véhicule ordinairement perdue au freinage. Plus le rendement d’un moteur thermique est constant, plus le bénéfice de l’hybride est faible.

La démarche la plus pertinente est d’améliorer le rendement des moteurs thermiques là où il est le plus mauvais, de sorte à se passer de l’hybride.

52 VCRi by MCE-5Contexte ‑ Les autres technologies

L’injection directe d’essence

Les moteurs à essence n’ont pas connu de métamorphose radicale ces dernières années, comme l’ont connue les moteurs Diesel avec l’injection directe. Cependant, l’injection directe est aujourd’hui appliquée à l’essence avec succès, mais l’utilisation qui en est faite est finalement différente de celle qui a été envisagée initialement.

Principe

Dans un premier temps, on a tenté d’utiliser l’injection directe pour “diéséliser” les moteurs à essence. L’idée était de réaliser un mélange extrêmement pauvre selon la stratégie de la charge stratifiée, de sorte qu’il reste possible d’en déclencher la combustion avec une étincelle. L’objectif était de bénéficier de l’avantage des Diesel qui – comme ils fonctionnent en excès d’air – ne présentent pas les pertes par pompage des moteurs à essence et présentent moins de pertes thermiques.

L’injection directe d’essence trouve toutefois tout son intérêt lorsqu’elle est couplée à la suralimentation. Elle permet de fortement réduire la cylindrée des moteurs afin d’en réduire la consommation suivant la stratégie du “downsizing”, mais sans pour autant en réduire trop fortement le taux de compression, ce qui augmenterait à nouveau la consommation.

Impacts

➤➤ Réduction de la cylindrée iso-performance (downsizing)

Cette stratégie s’avère très efficace à réduire la consommation de carburant.

➤➤ Post-traitement problématique et coûteux des NOx en milieu oxydant (GDI stratifié seulement)

Il s’agit du principal problème des moteurs Diesel que connaissent également les moteurs à essence à charge stratifiée..

En conclusion

Le GDI (Injection directe d’essence) reste un compromis.

À ce jour, la meilleure solution sera de coupler l’injection directe et le taux de compression variable. Cette association permet de concevoir des moteurs sans se préoccuper de trouver, comme aujourd’hui, un compromis acceptable entre le taux de downsizing et le taux de compression. Ceci permet aux moteurs à essence de délivrer un couple à bas régimes extrêmement élevé, avec un niveau de puissance et de rendement énergétique maximal. Les moteurs MCE-5 VCRi sont aujourd’hui aussi développés en injection directe d’essence (GDI).

Le MCE‑5 VCRi existe en version MPFI et en version GDI. Seule la version GDI est poursuivie.

53VCRi by MCE-5 Contexte ‑ Les autres technologies

Les programmes de Recherche & Développement

Depuis janvier 2000, MCE‑5 DEVELOPMENT S.A. conduit le projet MCE‑5 VCRi via différents programmes de Recherche & Développement.

Parmi ses partenaires, figurent un constructeur automobile, divers laboratoires de développements moteurs et des fournisseurs de rang 1 de l’industrie automobile.

Les programmes de R&D, initialement orientés sur la validation du principe MCE‑5 VCRi, ont débouché sur l’amélioration des composants innovants étape par étape, l’identification et la mise en œuvre de leurs procédés de fabrication en grande série. Aujourd’hui, les moteurs multicylindres proches de leur définition finale ont été intégrés dans des véhicules démonstrateurs.

L’ensemble des programmes de R&D est soutenu, à hauteur de 28 %, par les partenaires institutionnels français et européens.

54 VCRi by MCE-5Les programmes de Recherche & Développement

55VCRi by MCE-5 Les programmes de Recherche & Développement

Titre du programme R&D

Date Début Durée Objectifs

NEXTEPIetII

NewEXperimentsandTeststoExtendedSIenginesPerformance

Septembre 2011

10 moisMesuresNEDCsurdémonstrateursvéhiculeséquipésdesmoteursGDIissusdeNEXTEP.

Avril 2009

24 moisCombinaisonduGDI(injectiondirected’essence)etduVCRsurbasemoteurMCE-5VCRi.

FLOWERIetII

FLexibleandOperationalvehiclesforautomotiveWide-scaleEmissions

Reduction

Juillet 2008

24 mois

Phase2(FLOWERII):DéveloppementdefonctionsspécifiquesVCRi.

X Passage d’une simple suralimentation à une suralimentation à deux étages et mise au point associée.

X Étude et implémentation des fonctions hydrauliques du moteur.

X Implémentation d’une commande VCR indépendante cylindre-à-cylindre.

Mars 2007

36 mois

Phase1(FLOWER):Développementdansdesdémocars(véhiculesdémonstrateurs).

X Optimisation de certains composants innovants du MCE-5 VCRi.

X Conception et réalisation d’un moteur 4 cylindres 1,5 litre VCR de type MCE-5.

X Développement de divers périphériques du moteur hors périmètre innovant.

X Essais au banc moteur et validations.

X Implantation des moteurs MCE-5 VCRi dans des véhicules démonstrateurs.

Programmepourlaproductionengrande

série2005 72 mois

Industrialisationdel’engrenageMCE-5VCRi.

X Mise en place de partenariats avec divers industriels.

X Optimisation du couple produit-process : adaptation et mise au point du forgeage de haute précision (Netshape), choix des matériaux, gammes d’usinage, finition par usinage électrochimique de précision.

X Quantification des temps de cycles et de la productivité, identification des coûts, investissements, prix de revient des pièces finies.

IMPACT

InvestigationspourlaMaîtrisedela

consommationetdelaPollutionAutomobileparleContrôleduTauxde

compression

2003 36 mois

Réalisationd’unprototypededeuxièmegénérationetpré-étuded’industrialisation.

X Amélioration des composants innovants.

X Mesures et optimisation des pertes par frottement.

X Identification des procédés de production en grande série.

X Analyse des coûts.

ÉtudedefaisabilitéValidationdudispositifdetransmissionpar

engrenage

Septembre 2000

42 mois

Validationdelafaisabilitéetdel’efficacitédelatechnologieMCE-5VCRi.

X Faisabilité du prototype monocylindre.

X Étude du système d’engrenage et de ses principales caractéristiques géométriques et dimensionnelles.

X Émissions acoustiques et tenue en endurance.

Les partenaires de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.

Dès sa création, la société MCE‑5 DEVELOPMENT s’est engagée dans une politique soutenue de partenariats avec des acteurs de référence de l’industrie automobile afin de développer le projet MCE‑5 VCRi.

En outre, le MCE‑5 VCRi fait l’objet d’une succession de programmes de Recherche et de Développement aidés par les pouvoirs publics.

56 VCRi by MCE-5Les partenaires de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.

Partenaires techniques et industriels

Dès sa création, MCE-5 DEVELOPMENT S.A. s’engage dans une politique soutenue de partenariats avec des acteurs de référence de l’industrie automobile afin de développer le projet MCE-5 VCRi.

Aujourd’hui ce sont plus de 60 entreprises françaises et européennes, parmi lesquelles figurent des majors de l’industrie européenne, fournisseurs de rang 1 de l’industrie automobile, qui unissent leurs talents pour proposer un programme, afin de développer et produire le MCE-5 VCRi à horizon de 6 à 8 années.

Outre le caractère purement technologique ou industriel de certains des partenariats avec des acteurs de référence, l’implication des partenaires peut également prendre la forme d’une présentation conjointe entre MCE-5 DEVELOPMENT S.A. et un ou plusieurs de ses partenaires, de demandes de financements auprès d’organismes publics, ou comme dans le cas de MECACHROME, se traduire par un accord de partenariat à visée commerciale, technique et industrielle.

57VCRi by MCE-5 Les partenaires de MCE‑5 DEVELOPMENT S.A.

Immeuble Le Danica21 avenue Georges Pompidou F-69486 Lyon CEDEX 03Tél. +33 (0)4 78 39 40 27Fax +33 (0)4 78 30 95 38 www.vcr-i.com

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