BMW i3 : née électrique de A à Z

Comme promis, je reviens donc sur la BMW i3 - qui a été révélée hier en première mondiale - pour vous donner quelques secrets sur sa conception. Le constructeur allemand a fait le choix de partir d'une feuille blanche plutôt que d'électrifier un modèle existant. C'est une première dans la catégorie Premium. Et le tour de force a été de faire concilier légèreté et sportivité, tout en préservant une autonomie raisonnable (de l'ordre de 160 km*).

La voiture mesure 3,99 m (la taille d'une Clio 3) et BMW i a fait le choix de ne proposer que 4 places au lieu de 5. Avec un poids à vide de 1 270 kg, elle est plus légère que la plupart des compactes, tout en offrant nettement plus d'espace à bord. Parcourant le 0 à 100 km/h en 7,2 secondes (dont le 0 à 60 km/h en 3,7 secondes), elle coiffe au poteau les modèles équivalents de dimensions et de puissance comparables. La i3 est née électrique mais conserve le plaisir de conduire inscrit dans l'ADN de BMW (ce qu'on espère pouvoir vérifier dans quelques mois).

Poussant la réflexion plus loin que Renault, BMW a souhaité réduire l’empreinte carbone dès le stade de la production. Ainsi, l’usine de Leipzig, où est fabriquée la i3, est alimentée à 100 % en énergie électrique par des éoliennes (au nombre de 4 et qui produisent 26 GWh par an). Celle de Moses Lake aux USA, qui produit le PFRC, tire son énergie de l’hydraulique. Sur l’ensemble de son cycle de vie, y compris la production et l’énergie consommée, l’écobilan de cette auto électrique est inférieur d’un tiers par rapport à un véhicule thermique à faible consommation (et même 50 % si l’i3 est alimentée en énergie verte).

Pour abaisser le poids, le constructeur a chassé les grammes à tous les niveaux. Ainsi, le choix s'est porté sur le PFRC, le plastique renforcé par fibre de carbone pour la cellule qui entoure l'habitacle (module Life). Il économise ainsi 200 kg. Plus classique, de l'aluminium entoure le coeur de la voiture, à savoir la plateforme eDrive (le moteur électrique, l’électronique de puissance et la batterie lithium-ion hautes performances).

Petite précision au passage : ces composants électriques sont développés avec l'aide de partenaires, mais fabriqués en interne par BMW. Ces années de gestation du Projet i ont servir à monter une filière localisée en Allemagne.

Si le PFRC et l'alu sont utilisés dans les liaisons au sol, et même pour les boulons et le support de l'essuie-glaces pour l'aluminium, BMW i a déployé du magnésium pour soutenir le tableau de bord et gagner du poids (20 % d'allègement avec moins de pièces).

Les portes sont aussi allégées et intègrent même dans leurs panneaux des matières premières renouvelables.

Un mot sur l'agilité de la i3. Elle est favorisée par la position centrale basse de la batterie, au même titre que la répartition des masses à 50/50 sur les essieux avant / arrière (en raison de la disposition de tous les composants dans le module Drive). Par ailleurs, son diamètre de braquage étonnamment court de 9,86 mètres seulement, associé à une direction qui ne nécessite que 2,5 tours de volant de butée à butée, lui permettra de se faufiler aisément dans le trafic urbain.

Les pneus de 19 pouces ont été spécialement conçus pour la i3. Grands, mais relativement peu larges, ils se distinguent par des qualités aérodynamiques et une résistance au roulement qui favorisent l'économie d'énergie, tout en garantissant une conduite dynamique.

Le moteur électrique synchrone à aimants permanents délivre une puissance de 170 ch (125 kW) et un couple maximal de 250 Newtons-mètres disponible dès les premiers tours de roues. Les motoristes ont agencé et combiné les composants qui participent au couple moteur de façon très spécifique, assurant ainsi un rendement exceptionnel et un champ électromagnétique stable (limitant les vibrations), même à vitesse élevée. Le moteur ne pèse que 50 kg et ne consomme que 0,13 kWh par km selon le cycle NEDC.

L'un des points forts est la puissance de la récupération d'énergie au freinage. Comme sur la Mini E, le conducteur peut freiner dans la plupart des cas sans à avoir à toucher la pédale de freins. Il se contente de lever le pied de l'accélérateur et d'anticiper ainsi sur le trafic. D'où cette sensation de « mono-pédale ». En mode récupération, la machine électrique injecte du courant dans la batterie lithium-ion et génère un freinage électrique que le conducteur peut contrôler avec précision. La puissance de récupération est asservie à la vitesse, si bien qu’à régime élevé, la voiture avance en « roue libre ». D'après BMW, l’exploitation intensive de cette forme de récupération d’énergie par le moteur se traduit par une augmentation de l’autonomie de 20 %. Mais, la pédale de frein fonctionne aussi.

A noter que le mode ECO PRO d'aide à la conduite bride les performances pour économiser de l'énergie, le mode ECO PRO+ apportant un tour de vis supplémentaire (vitesse limitée à 90 km/h). Ce qui permet de gagner 20 % sur l'autonomie.

La batterie est composé de huit modules, de 12 cellules chacun, qui produisent une tension nominale totale de 360 volts et mettent à disposition une énergie équivalant à environ 22 kilowattheures. Elle pèse 230 kg. BMW i garantit sa batterie pendant 8 ans ou 100 000 km.

A noter que la i3, bien que née électrique, propose en option un range extender. Cette fonction est assurée par un bicylindre essence de 650 cm³ de 34 ch (25 kW), logé directement à côté du moteur électrique au-dessus de l’essieu arrière et alimenté par un réservoir de 9 litres. Il s'agit du moteur du scooter 650 cm3 de BMW. D'un poids de 120 kg, il entraîne un générateur pour la production de courant et permet de porter l’autonomie maximale à environ 300 kilomètres, avec des rejets de CO2 limités à 13 g par km.

Comme sur la Zoé, on trouve à bord de la i3 une pompe à chaleur. Ce système permet de réduire de 30 % la consommation d’énergie par rapport à un système de climatisation classique. A noter que BMW utilise le fluide frigorigène pour refroidir la batterie. Le liquide peut aussi être chauffée via un échangeur thermique pour faciliter la montée en température et le démarrage, même par temps très froid.

Les autres plus de la i3. Catégorie Premium oblige, BMW doit aller plus loin dans l’équipement. C’est ainsi que la i3 peut recevoir en option un régulateur de vitesse actif ACC (qui offre en prime un mode de pilotage automatique dans les embouteillages), une caméra de recul et un système Park Assist qui gère automatiquement le stationnement. Elle a aussi des phares a LED intelligents.

BMW a egalement pensé au recyclage, celui des batteries évidemment, mais aussi celui du PFRC (pièces de carrosserie et autres composants), qui peut être réinjecté dans la chaîne de production ou valorisé d’une autre manière. A noter que le constructeur allemand a aussi souhaité une réparation aisée pour sa i3. Ainsi, des méthodes de réparation rapide ont été mises en place pour les dommages occasionnés à la carrosserie (pièces plastiques et PFRC). Les frais de remise en état après un accident sont comparables à ceux d’une Série 1.

Voici l'album photo de la i3 : http://s.joomeo.com/51f6df5682c68

Demain, nous parlerons de la recharge et des services qui vont accompagner le lancement de la i3.

*L’autonomie est de 130 à 160 km en mode confort. Elle peut atteindre 180 km quand on enclenche le mode ECO PRO et 200 km en mode ECO PRO+.

SymbioFCell : le petit poucet français de la pile à combustible qui intéresse les grands

Je reviens encore sur l'hydrogène, car les participants du salon eCarTec Paris ont eu droit à une présentation très intéressante de la part de SymbioFCell, une société française dont j'ai parlé à plusieurs reprises sur ce blog et qui s'est taillé un franc succès au Mondial de l'Automobile avec la HY Kangoo, une version avec range extender sous forme de pile à combustible pour augmenter l'autonomie de cet utilitaire électrique. La technologie de cette jeune société basée à Grenoble intéresse beaucoup de monde... en dehors de nos frontières.

Le paradoxe est que c'est Nissan qui va récupérer le range extender de 5 kW de SymbioFCell pour son futur utilitaire électrique, l'eNV200. Tout comme d'autres constructeurs, l'allié de Renault souhaite améliorer l'autonomie de son véhicule pour les usages professionnels. Les japonais n'ont pas de problème avec l'hydrogène, contrairement à la marque au losange dont le patron (c'est pourtant le même que Nissan) a décrété que c'était l'électrique et rien d'autre. Avec un range extender qui double l'autonomie et une mini station à hydrogène pour ravitailler, les entreprises pourront travailler en mode zéro émission.

SymbioFCell a été approché aussi par d'autres acteurs. La technologie est amenée à être testée sur un camion (Renault Trucks Maxity électrique avec une pile de 20 kW), sur un bus (le Businova tri-hybride de Safra, à Albi avec une pile de 40 kW), ainsi que sur une mini-pelle de Volvo (avec une pile de 20 W).

Très dynamique, la société va aussi participer à Hyvolution, un événement qui va proposer des journées sur le thème de l’hydrogène, du 5 au 8 septembre. Ce sera au moment du Grand Prix d’Albi. Le public pourra ainsi découvrir cette nouvelle technologie avec une expo de 5000 m2 (sur le stockage, la distribution d’hydrogène, les applications stationnaires et mobiles), des conférences et des démonstrations de véhicules à hydrogène sur la piste. Le choix d’Albi n’est pas le fruit du hasard. C’est dans cette ville qu’est produit le Businova, sur lequel pourrait être testée la pile à combustible de SymbioFCell en tant que range extender. Mais, le circuit abrite surtout Eveer'Hy'Pôle : une plateforme d'innovation et de recherche sur l'hydrogène.

Mais, l'actualité immédiate pour SymbioFCell, c'est les 24 h du Mans. La PME fournit en effet la technologie qui fera avancer la Green GT H2, la première voiture de course électrique à s'aligner au départ des 24 h du Mans cette année. L'auto vient de procéder aux premiers rouages, en Suisse, puis sur le circuit de Magny-Cours. Avec ses 18 piles à combustible de 20 kW montées ensemble, la Green GT H2 pourra atteindre 300 km/h et boucler des tours sans émission et en ne rejetant que de la vapeur d'eau.

Hy Kangoo : l'hydrogène au secours de la voiture électrique

Elle était au Mondial de l'Automobile, où elle a fait beaucoup parler d'elle. La Hy Kangoo, une version avec prolongateur d'autonomie de la Kangoo ZE, n'était pas sur le stand Renault, mais sur celui de SymbioFCell, une société française spécialisée dans la pile à combustible. C'est un prototype qui roule et j'ai eu justement l'occasion de le découvrir hier et de monter dedans. Une prise en main qui s'est déroulée dans le Jura, dans l'enceinte d'une usine de Solvay, le géant belge de la chimie.

C'est en effet sur ce site, à Tavaux près de Dôle, que circulent actuellement deux exemplaires de la Hy Kangoo. Pourquoi Solvay ? Il se trouve que la société fournit les membranes de la pile à combustible. Elle est aussi de plus en plus impliquée dans les énergies renouvelables.

Parlons justement de cette pile. D'une puissance de 5 kW, elle joue le rôle de prolongateur d’autonomie. Cet équipement permet en effet de doubler l’autonomie de l’utilitaire électrique, avec un rayon d’action qui passe à 300 km. La pile à combstble, qui pèse 70 kg, fournit autant d’énergie que les 200 kg de batteries lithium-ion d’origine (conservées sur le prototype). et avec en outre la prise en charge du chauffage à bord.

Pour l'anecdote, SymbioFCell a intégré sur cette pile un climatiseur qui provient d'un avion de chasse F16 et qui sert à souffler de l'air. La PME tricolore a conçu une pile à combustible simple en apparence, mais qui intègre beaucoup d'innovations au niveau du soft. Les japonais de Nissan sont d'ailleurs venus voir de plus près le range exender de la Kangoo au Mondial. L'an prochain, le système aura été réduit de moitié au niveau de la taille.

La pile est alimentée par de l'hydrogène gazeux, dont les 63 litres sont stockés à une pression de 350 bars. Ce "carburant", qui va servir à fabriquer directement le courant électrique à bord du véhicule en roulant, est placé dans des bonbonnes situées sous la voiture à l'arrière. Le poids embarqué est de 1,5 kg.

SymbioFCell a mis un point d'honneur à ne rien changer par rapport à l'architecture du véhicule d'origine. C'est pourquoi il conserve notamment l'intégralité de son volume de chargement. L'intégration de la technologie s'est faire en partenariat avec Renault.

Une petite différence est visible à l'arrière avec ces deux orifices par lesquels s'échappe de l'eau.

Sous le capot, on retrouve les mêmes composant que le Kangoo ZE. Il y a juste un compresseur en plus, sur la gauche, relié à la pile à combustible.
Demain, je parlerai de l'intérêt de ce système et du marché, car cela intéresse beaucoup les professionnels et les collectivités.

Tiens, revoilà l'hydrogène !

Alors que la révolution électrique se fait attendre et que, pendant ce temps, d'autres pays européens (Allemagne et Grande-Bretagne) accélèrent sur l'hydrogène, la France semble avoir pris la mesure de son retard. C'est ainsi qu'il faut interpréter le lancement, le 15 février dernier, d'un appel à manifestations d'intérêt par l'Ademe. Cet AMI, dédié aux véhicules routiers à hydrogène, vient en complément de celui sur le thème Hydrogène et piles à combustible et de l'AMI Chaîne de traction électrique. Cet appel soutiendra les projets permettant d'augmenter les performances technologiques et économiques des véhicules à hydrogène. Sont inclus les véhicules routiers, du cyclomoteur jusqu'au camion, les travaux portant sur le système de piles à combustible dédié au véhicule ainsi que sur les composants nécessaires à son alimentation en hydrogène (réservoirs, conduites, vannes, connectiques, etc.), la production embarquée d'hydrogène et les travaux portant sur les moteurs à combustion interne utilisant l'hydrogène comme combustible, ainsi que sur leur environnement (réservoirs, alimentation, etc.).
La date limite de dépôt des dossiers est fixée au 12 juillet 2012.

Profitons en pour parler de la feuille de route de l'Ademe sur ce même thème. L'agence de maîtrise de l'énergie a réuni un groupe d'experts (Air Liquide, Groupe Areva, EDF, Veolia, PSA, Total, CEA...) qui prévoit plusieurs scénarios. Il est question notamment d'applications nomades et résidentielles pour les premiers débouchés.
En ce qui concerne l'automobile, les applications de l’hydrogène et des piles vont venir renforcer le véhicule électrique. C'est ce qu'on appelle l'électro-mobilité 2 G à l’horizon 2020. Leur intégration aux véhicules à batterie permettra en effet d’allonger l’autonomie et de diminuer le temps de recharge. Les premières applications pourraient concerner les flottes captives, car pouvant être alimentées par des infrastructures dédiées. Les industriels estiment ainsi qu’il est envisageable de lever, d’ici à 2020, une partie des verrous technico-économiques permettant un déploiement précommercial des véhicules équipés de piles pour les particuliers. Ce déploiement suppose, à cette échéance, l’existence sur le territoire d’une infrastructure minimum de remplissage d’hydrogène.

Enfin, signalons que l'ex association AFH2 de promotion de l'hydrogène a été rebaptisée AFHYPAC (Association Francaise pour l'Hydrogene et les Piles a Combustible). Elle proposera d'ici quelques semaines un nouveau site avec des informations permettant de mieux se familiariser avec cette énergie.

La position de Renault sur l'hybride et le plug in (deuxième partie)

Après la présentation hier des projets de recherche de Renault dans l'électrique, publics mais peu médiatisés par la marque, j'en viens donc à la position sur le véhicule hybride. La question intrigue, car le constructeur ne communique que sur l'électrique pur. Pourtant, et la présentation qui a été faite à l'occasion d'un congrès sur le véhicule électrique et hybride (RHEVE 2011 à l'IFP Energies Nouvelles) en atteste, il y a bien des choses dans les tuyaux. Prenons l'exemple du Kangoo ZE avec prolongateur d'autonomie à l'hydrogène. Il y a apparemment plusieurs projets, dont un impliquant le français SymbioFcell (fournisseur de la pile à combustible) et le belge Solvay. En stockant 1 kg d'hydrogène à 350 bars, l'autonomie passe à 300 km. Un autre démonstrateur, avec Air Liquide et Intelligent Energy, est soutenu par le conseil général des Yvelines.

Ce n'est la première fois que Renault suit cette piste du prolongateur. Jusqu'en 2005, le constructeur français a vendu un Kangoo électrique avec range extender qui pouvait parcourir 160 km. Il faisait appel à un moteur de 500 cm3 d'origine Lombardini et développant 10 kW.

Une autre piste pour demain est le véhicule bi-mode. Ainsi, Renault est impliqué dans le projet VELROUE (Véhicule Utilitaire Léger hybride bi mode), labellisé par l’Ademe dans le cadre du Grenelle de l’Environnement et qui réunit plusieurs partenaires dont Michelin et l’IFP Energies Nouvelles. C'est encore une fois un Kangoo. Le démonstrateur fonctionne en deux modes :
- un mode électrique grâce à l’implantation de deux moteur-roues de technologie Michelin (Active Wheel) sur le train arrière qui, alimenté par un pack batterie, permet un déplacement en mode électrique en zone urbaine.
- un mode thermique optimisé pour sa consommation en usage extra-urbain et permettant de conserver l'autonomie d'un véhicule conventionnel, grâce à un moteur essence avec boîte automatique (ce dernier joue le rôle d'un range extender).

Ce n'est pas tout à fait de l'hybride, car il n’y a pas de lien énergétique entre le moteur thermique et le moteur électrique. Les deux modes pourront être opérants simultanément uniquement dans certains cas d’usages très spécifiques. A noter que le véhicule a du coup 4 roues motrices en mode électrique.

En fait, Renault a une vision bien particulière de hybride. Comme on l'a vu, il explore la piste du prolongateur d'autonomie sur de l'électrique pur. Mais, il n'exclut pas non plus l'hybride plug in avec une batterie pouvant apporter de 30 à 60 km d'autonomie en ville, en lien avec un moteur essence. L'objectif est de descendre à moins de 50 g de CO2 par km. A l'autre bout de la chaîne, le Stop and Start est arrivé sur la nouvelle génération de moteurs à essence et diesel Energy. Mais a priori, il n'y a toujours pas de "full hybrid" classique, essence ou diesel.

Retour sur le concept Emerg-e d'Infiniti

J'ai déjà parlé de ce concept dans un précédent article sur les prolongateurs d'autonomie, qui est la technologie à la mode au salon de Genève. Mais, avec plus de recul, j'aimerais entrer plus dans le détail, car l'Infiniti Emerg-e est un véhicule atypique, à plus d'un titre. Avant de parler technique, voici quelques chiffres pour poser le décor. Cette sportive électrique hybride développe au total 402 ch, grâce à deux moteurs électriques de 150 kW, et offre des accélérations de 0 à 100 km/h en 4 secondes. La puissance maxi, disponible pendant 30 s au maximum, permet d'atteindre jusqu'à 222 km/h. Mais, l'autonomie se limite à 48 km (en cycle normalisé). C'est pourquoi Infiniti a choisi de greffer un petit moteur thermique de 1,2 L pour porter l'autonomie totale à 480 km avec des rejets de CO2 limités à seulement 55 g par km.

Alors, en quoi ce modèle est-il si différent ? D'abord, c'est la première Infiniti développée en Europe et, qui plus est, dans le cadre d'un programme d'échange de technologies. Le concept Emerg-e entre dans le cadre de l’initiative technologique parrainée par le gouvernement britannique à travers le TSB (Conseil de la stratégie technologique), dont le but est d'accélérer l'arrivée des voitures à faibles émissions sur les routes britanniques. Ce programme vise à promouvoir les échanges entre fournisseurs innovants et des pionniers qui ne pourraient peut-être pas sinon entrer en contact avec de grands constructeurs. C'est dans ce cadre qu'Infiniti a eu l'opportunité de travailler avec Lotus, qui projetait en parallèle de développer une sportive à prolongateur d'autonomie. Du coup, c'est ce spécialiste qui fournit le range extender : un bloc 1,2 L qui développe 35 kW (56 ch) et un couple de 107 Nm. Pour intégrer tous ces composants (deux moteurs électriques, les batteries, quatre convertisseurs, le moteur 3 cylindres et un réservoir d’essence), le constructeur japonais a choisi de répartir les masses en position centrale. Le concept fait appel à de l'aluminium pour le châssis et  de la fibre de carbone pour la carrosserie, à l'aérodynamisme très soigné.

L'autre source d'étonnement est la présence dans cette auto de batteries lithium-ion phosphate. Ce n'est pas la technologie que Nissan utilise habituellement. Il faudra regarder cela de plus près pour le développement de futurs produits. En tout cas, j'ai eu l'occasion d'échanger à propos de ce concept avec François Bancon, l'homme des projets avancés chez Nissan-Infiniti. Le range extender n'est pas forcément la piste que le groupe va privilégier, sachant que l'hybride plug in fait aussi bien pour moins cher. Mais, cela ne va pas empêcher la marque japonaise de produire deux exemplaires, qui seront testés à travers le monde. Nissan, qui ne remet pas en cause son programme électrique malgré un démarrage très lent, fait déjà de l'hybride et dispose avec le prolongateur d'autonomie d'une technologie de plus.