Voitures hybrides : comprendre les différentes solutions

Si la voiture hybride est presque devenue une normalité en 2018, son fonctionnement est encore mal compris. Faut-il la recharger systématiquement ou est-elle autonome ? Et bien, les deux existent, voire même plus car de nombreuses technologies qualifiées d’hybrides cohabitent. Explications.

La voiture hybride a été non pas inventée, mais poussée à la fin des années 90 par Toyota qui, relativement réfractaire au Diesel, a vu dans cette technologie une opportunité pour réduire les émissions de CO2. Et avec une approche simple: alléger la charge du moteur thermique voire s’y substituer entièrement sur quelques centaines de mètres – voire quelques kilomètres aujourd'hui – par le biais d’une batterie et d’un moteur électrique. L’idée a fait son chemin, si bien que la majorité des autres constructeurs y sont venus. D’abord timidement, puis en diversifiant et complexifiant les hybridations... tant et si bien qu’aujourd’hui le public est un peu noyé sous les offres hybrides. Nous dressons donc un inventaire de chacune des technologies, de la plus élémentaire à la plus complexe et donc de la moins chère à la plus onéreuse.

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À quoi ça sert ?

Concrètement, l’hybridation qui nous occupe consiste en un système de stockage d’énergie tampon. Lorsque le véhicule freine, l’énergie cinétique et récupérée et stockée en attendant d’être réutilisée, en particulier à basse vitesse où le moteur thermique (en majorité des « essence ») présente un rendement assez médiocre. De ce fait, lorsque la batterie aide le moteur thermique – elle se substitue même totalement à lui dans certains cas –, on accroît l’efficacité énergétique et on réduit consommation, émissions de CO2 et de polluants. Les systèmes de stockage d'énergie tampon peuvent prendre plusieurs formes, mais pour simplifier les choses, on retiendra qu’ils sont presque tous électrochimiques – un moteur-générateur électrique associé à une batterie – dans le secteur de la voiture particulière. Quoi qu’il en soit, les solutions dont on dispose aujourd’hui présentent des niveaux de performances très variables étroitement liées aux capacités du dispositif et, forcément, à leur prix. D’où une réduction de la consommation qui peut osciller entre 10% et 100% lors de la conduite en mode hybride !

La micro-hybridation

La micro-hybridation fait partie de notre quotidien. Elle a été introduite il y a quelques années déjà puisqu’il s’agit des systèmes Stop&Start. Plusieurs dispositifs coexistent. Il y en a de plus ou moins complexes qui sont couplés à d’autres formes d’économies d’énergie mécanique comme les pompes à huile ou à eau « à la demande » et non plus attelées aux moteurs. Le gain de cette micro-hybridation est logiquement limité : elle compte pour une économie de carburant de 5%. Rares sont aujourd’hui les modèles qui sont dépourvus de cette technologie « de base »

L’hybridation légère ou « mild » et le 48 Volts

L'hybridation légère appelée aussi « mild hybrid » est composée d’un dispositif de taille réduite qui permet une légère récupération d'énergie en décélération et une fonction d'assistance du moteur thermique à l'accélération. Le gain en CO2 n’est pas énorme, mais le système est d’une puissance très faible (2,3 kW) et il fonctionne encore sous une tension de 12 Volts. Ce qui est à terme condamné.

L’avenir, c’est visiblement l’hybridation légère (parfois appelée aussi microhybridation, mais dans une forme évoluée) fonctionnant avec une tension de 48 Volts. Concrètement, l’alternodémarreur monté à bord voit sa puissance grimper entre 4 à 15 kW (et jusqu’à 160 Nm) et il est relié à une petite batterie, à un onduleur et à un convertisseur 48/12 V. De la sorte, il devient possible de redistribuer l’énergie stockée dans la batterie lors des freinages pour assister le véhicule lors des phases de démarrage et d’accélérations, mais sans permettre encore de rouler en tout-électrique, même en manœuvres. Cela dit, le résultat est là : la baisse de consommation est ici estimée entre 10 et 20% pour un coût d’environ 800 € par voiture et une possibilité d’installation quasi universelle (encombrement, poids, facilité de connexion). À noter que plusieurs systèmes sont proposés : soit l’alternodémarreur est monté en parallèle du moteur, soit il est monté directement sur le vilebrequin afin d’obtenir une puissance supérieure, mais alors au désavantage de l’encombrement. Prochaine étape envisagée : le montage d’un embrayage pour découpler l’alternodémarreur afin de le faire fonctionner indépendamment et donc de parcourir quelques mètres en électrique. Mais ça, c’est pour plus tard.

L’hybridation complète ou « full » - HEV

L’hybridation complète est sans doute la forme d’hybridation la plus intéressante aujourd’hui car en plus d’être devenue abordable, elle n’oblige à aucune contrainte tandis que l’économie de carburant qu’elle procure oscille entre 30 et 50%. Une sacré performance qui permet d’ailleurs de rivaliser avec les Diesel. Cette hybridation est par ailleurs aussi appelée « série et parallèle » dans le sens où moteurs thermique et électrique peuvent travailler de concert (en série) ou seuls (en parallèle). Dans ce dernier cas de figure, le moteur thermique qui est désactivé et l’électrique prend le relais grâce à une puissance qui dépasse les 20 kW ainsi qu’à une batterie dont la capacité atteint au moins 1 kWh – Toyota qui considère par exemple que pour être efficace, il faut 1 kWh/tonne de batterie.

Dans la réalité, le full hybride permet du coup de manœuvrer en mode tout électrique et même de parcourir plusieurs centaines de mètres moteur thermique coupé (de 2 à 5 km) moyennant évidemment une conduite adaptée pour ne pas vider trop rapidement la batterie. Auquel cas, elle sera rechargée automatiquement, soit par le biais des ralentissements s’ils se présentent, soit via le moteur thermique lorsqu’il est rallumé pour prendre le relais de la partie électrique. En aucun cas le conducteur ne devra intervenir pour recharger manuellement la batterie. Et c’est souvent mal compris. C’est pour cela que certaines marques tente de faire passer le message en évoquant le terme d’hybrides « auto-rechargeables » pour insister sur le fait qu’aucune action n’est nécessaire de la part de l’utilisateur.

Cette technologie de l’hybride non rechargeable ou auto-rechargeable est celle privilégiée par Toyota/Lexus.

L’hybridation rechargeable - PHEV

L’hybridation rechargeable cohabite avec l’auto-rechargeable. Elle permet d’avaler jusqu’à une centaine de kilomètres en mode tout électrique, ce qui forcément dédouane totalement les gros véhicules face aux normes de dépollution, l’essentiel du cycle étant parcouru à l’électricité. La bonne affaire car les normes de consommation et d’émissions de CO2 déterminent les politiques fiscales et, chez nous, le taux de déductibilité. L’hybridation rechargeable – que beaucoup pense être l’unique solution alors qu’elle ne l’est pas – nécessite un moteur électrique plus gros, une batterie dont la capacité varie généralement de 8 à 30 kWh ainsi qu’une possibilité de recharge. Celle-ci s’effectue par le biais d’un câble à enficher soit dans une prise classique, soit dans une borne rapide avec des temps de charge qui oscillent entre quelques dizaines de minutes et 2 ou 3 heures selon la puissance. Avantage : si les trajets quotidiens sont courts, il est possible de ne rouler qu’à l’électrique (la vitesse maxi est en général plafonnée autour des 130 km/h) et donc de ne rien consommer en carburant. Soit 100% d’économies. Le véhicule peut fonctionner sur plusieurs modes, à savoir le tout électrique, le classique hybride comme sur une « auto-rechargeable » toute simple (on préserve alors la plus grosse capacité de la batterie pour plus tard), sur un mode sport ou la batterie est alors utilisée comme boost ou encore sur un mode régénération forcé si, par exemple, on n’a pas eu le temps ou l’occasion de recharger au préalable et qu’on s’apprête à entrer dans une zone réservée exclusivement aux véhicules électriques.

Revers de la médaille : ce mode forcé fait forcément s’envoler la consommation vers des sommets. Si cette solution semble la plus aboutie, elle est aussi forcément la plus chère ce qui malgré une fiscalité favorable, elle n’est pas non plus très défendable du point de vue de l’économie d’utilisation. Et c’est logique : le cumul des technologies full électrique (une gros moteur électrique et une grosse batterie) et de la thermique tire les prix vers le haut. Du coup, l’amortissement de la voiture est allongé d’autant et il ne sera intéressant que si on roule effectivement majoritairement à l’électricité. La question qui mérite alors d’être posée est celle-ci : pourquoi ne pas se tourner vers une voiture 100% électrique qui est même moins chère ?

Conclusion

Laquelle choisir ? À notre sens, l’hybride « série-parallèle » ou full hybride auto-rechargeable reste la solution la plus aboutie car elle ne contraint à aucune recharge ou précaution particulière. Et elle est aussi économiquement défendable, rentrant parfaitement en concurrence avec une offre similaire Diesel que ce soit en matière de prix ou de consommation – pour un compacte du gabarit de la Golf, on peut tabler en utilisation réelle sur une valeur de 5,5 l/100 km. Les système d’hybridation léger (système 48 volts) ne sont pas encore très répandus, mais cela se fera de facto dans les prochaines années, histoire de réduire encore un peu les émissions de CO2. En gros, elle peut être considérée comme l’évolution logique du Stop&Start que nous connaissons depuis 15 ans. Enfin, l’hybridation rechargeable impose plus de contraintes et elle reste à notre sens trop chère à l’achat. En tous cas dans le cadre d’une utilisation par un particulier. Pour ceux qui peuvent déduire, c’est évidemment très différent malgré les changements intervenus en 2020 et 2023.