Les moteurs électriques sont efficaces. Même sur autoroute !

15 février 2019 10:02:58

C’est un faux argument de plus qu’il faut démonter : la voiture électrique ne conviendrait pas sur autoroute car elle serait inefficace à grande vitesse.

Cet argument est notamment mis en avant par des personnes qui parlent de la voiture électrique en « spécialistes » mais n’avancent aucun preuve. Et pour cause, car, lois de la physique à l’appui, voici la preuve du contraire : c’est en fait la voiture à moteur thermique qui est inefficace, particulièrement à basse vitesse…

Ce contre quoi doit lutter une voiture en mouvement

Les lois de la physique expliquent qu’une voiture roulant à une vitesse donnée doit essentiellement lutter contre deux forces qui s’opposent à son déplacement : une force mécanique causée par les roulements (frictions de pistons, paliers, pneus, etc.) et une force aérodynamique causée par le déplacement de l’air autour de la voiture (la « traînée »).

  • La puissance nécessaire pour contrer la force mécanique est proportionnelle à la masse de la voiture et à sa vitesse, ainsi que du coefficient de frottement des pneus. Sur le graphe ci-dessous, c’est la ligne orange. (*)
  • La puissance nécessaire pour contrer la force aérodynamique est proportionnelle à la masse volumique de l’air et au coefficient de pénétration de la voiture (le fameux Cx). Effet plus marquant : elle augmente avec le cube de la vitesse. Sur le graphe ci-dessous, c’est la courbe grise. (*)
  • Le graphe montre aussi, en jaune, la somme des deux premières courbes, ce qui illustre la puissance minimale nécessaire pour déplacer une voiture, quel que soit son type de motorisation. (*)
  • Pour terminer, la courbe verte est la puissance réellement utilisée par une voiture électrique ayant ces caractéristiques de masse, pneus et Cx. Cette courbe tient compte du rendement (90% pour un moteur électrique) et de la consommation des accessoires (calculateur, aération…), soit environ 400 Watts dans notre cas. (*)

La consommation d’une voiture électrique

Le graphe ci-dessus porte sur la puissance développée par le moteur pour vaincre les forces qui s’opposent au déplacement de la voiture qui roule à une certaine vitesse.

Or, ce qui nous intéresse, c’est l’énergie nécessaire pour parcourir une certaine distance à une vitesse donnée. Cette énergie est calculée comme suit : c’est la puissance divisée par la durée du déplacement. Autrement dit, aller plus vite nécessite plus de puissance mais la durée du déplacement étant raccourcie, l’énergie nécessaire augmente, mais moins vite que la puissance nécessaire.

Le deuxième graphe montre donc la consommation (en kWh/100 km), en fonction de la vitesse. La courbe noire est la consommation idéale et la courbe verte est celle de la voiture électrique utilisée pour ce calcul. (*)

On voit immédiatement qu’une voiture électrique utilise efficacement l’énergie à grande vitesse, car sa courbe de consommation à vitesse stable est toujours proche du minimum possible. Ce n’est qu’à faible vitesse qu’apparaît une augmentation, due aux accessoires à consommation fixe (chauffage, essuie-glaces, phares). Mais la consommation  reste malgré tout raisonnable.

Pour preuve de son réalisme, ce graphe est proches de mesures effectuées en situation réelle, de 50 à 120 km/h. (*)

Et avec un moteur diesel ?

Avec un moteur diesel, la situation se complique.

Beaucoup.

En effet, ce type de moteur a une plage de fonctionnement très réduite et une efficacité et un rendement médiocres. Donc, il faut une boîte de vitesse et un embrayage pour permettre d’utiliser le moteur dans sa meilleure plage de fonctionnement.

 

C’est pour cela que le graphe suivant montre une courbe de consommation pour chaque rapport de boîte de vitesse. Et on voit que chacune de ces courbes grimpe lorsque le régime moteur s’éloigne de la plage de fonctionnement idéale du moteur :

(source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Consommation_de_carburant_par_les_voitures#/media/File:Impact_du_rapport_de_boite_sur_la_consommation.jpg)

Et si on compare les deux ?

Dernière opération : si on prend la situation idéale où un conducteur change les vitesses de sa voiture diesel juste au bon moment, et qu’on convertit l’énergie en kWh (1 litre de gasoil = 11 kWh), on obtient une courbe (en rouge sur le graphe ci-dessous) que l’on peut superposer à celles d’une voiture électrique (en vert) et à la consommation idéale (en noir), toutes deux reprises du deuxième graphe :

Note : l’échelle verticale du graphe a dû être changée, car la courbe ajoutée (en rouge) est très élevée par rapport aux autres (en noir et en vert).

Le résultat est particulièrement éloquent :

  • A vitesse stable, la courbe de consommation d’une voiture à moteur diesel est beaucoup plus élevée que la courbe idéale, et ne la suit même pas du tout.
  • A moyenne vitesse (60-70 km/h), la situation est la moins mauvaise, avec une consommation quand même 4 fois plus élevée que la situation idéale.
  • A plus haute vitesse, l’écart se creuse : la consommation d’un diesel monte plus vite que la courbe idéale et que celle d’une voiture électrique
  • A basse vitesse, c’est carrément catastrophique : la courbe grimpe à des sommets. Le gaspillage d’énergie est énorme.
  • Et tout cela est encore pire si le conducteur ne change pas de rapport de vitesse au bon moment… ainsi que lorsque le moteur est froid (cf article à ce sujet)

Et les variations de vitesse ?

  • Tous ces calculs indiquent l’énergie pour se déplacer à vitesse constante, ce qui est possible sur autoroute. Pour être complet, il faut préciser qu’accélérer pour atteindre une vitesse consomme aussi de l’énergie, et cette énergie dépend de la masse et du carré de la vitesse. Autrement dit, accélérer de 0 à 100 km/h nécessite 4 fois plus d’énergie que d’accélérer de 0 à 50 km/h.
  • Pour un trajet autoroutier, on s’élance une fois, puis on peut garder une vitesse stable, c’est le gros avantage des autoroutes. Mais en dehors de l’autoroute, les variations permanentes de vitesse sont également une source de consommation. Et là aussi le moteur électrique tire son épingle du jeu, car il permet de récupérer une partie de cette énergie lors du freinage, ce qu’un moteur thermique ne fait pas…
  • Donc, la voiture électrique y gagne encore une fois, malgré le fait que la batterie rend la voiture lourde.

Conclusion

La conclusion saute donc aux yeux :

  • Un moteur électrique est efficace à toute vitesse, sans avoir besoin d’une boîte de vitesse.
  • Un moteur diesel a au contraire une faible plage de fonctionnement. Il requiert une boîte de vitesse qui permet de faire avancer la voiture à basse vitesse en démultipliant le rapport, mais cela se fait au détriment de la consommation, qui grimpe fortement aux plus basses vitesses.

C’est donc bel et bien le moteur diesel qui a un problème d’inefficacité, très marquée à basse vitesse. Une voiture électrique est par contre efficace à toute vitesse et toute température, sans que son conducteur doive penser à changer de vitesse au bon moment. Elle convient donc pour tous les usages. Y compris sur autoroute.

CQFD

—–

(*) Les calculs et mesures ont été faits pour/dans les conditions suivantes : Renault ZOE, vitesse stabilisée, temps sec, la journée, par 20°, sur un trajet aller-retour sur terrain pratiquement plat, avec des pneus correctement gonflés. Plus de détails sur les calculs (et l’impact de la pression de pneus) : http://renault-zoe.forumpro.fr/t10777-ce-contre-quoi-la-zoe-doit-lutter-pour-avancer

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Newsletter

Abonnez-vous à notre newsletter

Vous acceptez de recevoir nos dernières informations par mail.

Vous affirmez avoir pris connaissance de notre politique de confidentialité. Vous pouvez vous désinscrire à tout moment à l'aide des liens de désinscription ou en nous contactant via le formulaire de contact.

Ils nous soutiennent

Cociter
Enersol
Espace Pneus
EV-WALLUX
Roulezecolo.com
ThePluginCompany
UCB
Wattuned