Que consomme une voiture à 2 litres aux cent ?
Allégement et aérodynamisme
Pour cela, l’Ifpen prend comme référence une voiture diesel de bonne performance consommant 4,62 litres aux cent kilomètres (l/100 km). Un tel véhicule consomme 0,28 l/100 km à cause de pertes au freinage. L’Ifpen pense pouvoir ramener cette consommation à 0,06 l/100 km. Ce gain passe par une réduction de la masse du véhicule et l’utilisation de systèmes de récupération de l’énergie au freinage.
Les pertes au niveau des pneumatiques représentent 0,34 l/100 km sur le véhicule diesel. Elles doivent être ramenées à 0,22 l/100 km. Cela passe de nouveau par un gain de masse mais aussi par une amélioration du roulement. Selon l’Ifpen, l’aérodynamisme peut être amélioré. Les pertes aérodynamiques du véhicule de référence s’élèvent à 0,45 l/100 km, elles pourraient être diminuées à 0,34 l/100 km. Les frottements internes coûtent 0,13 l/100 km et les pertes au ralenti 0,32 l/100 km. A travers l’amélioration des frottements et grâce à des systèmes "stop & start", le total des pertes pourrait se situer aux alentours de 0,1 l/100 km.
Les pertes thermiques en première ligne
Enfin, le gros du travail porte sur les pertes thermiques et l’échappement. Pour le véhicule diesel performant, ce poste compte pour 3,1 l/100 km. Le travail à mener porte sur l’hybridation, la transmission et le rendement du moteur… Dans ces domaines, l’Ifpen vise un objectif de 1,28 l/100 km.
Manière étrange de compter ... Si Remundo passe par là il va faire des bonds !
Données : 1 litre diesel équivaut (à peu près) à 10 kWh ou 36 MJ. "petite" voiture genre 208 ou Clio de 1200 kg.
Par exemple : "Les pertes au niveau des pneumatiques ".
Elles sont indépendantes de la vitesse.
Prenons donc un coefficient de frottement k = 10/1000.
(Force resistante roulement) Fr = m * g * k = 1200 * 10 * 10/1000 = 120 N
(Energie consommée roulement) Er = Fr * d = 120 * 100000 = 12 MJ
Ceci est equivalent à 1/3 litre diesel soit 0.33 l compatible avec les 0.34l annoncés.
Sauf que cela supposerait un rendement de 100% !
Il faudrait dire :
Avec un rendement de 33% consommation pour le roulement de 1 l/100 (optimum à par exemple 80-100 km/h)
Avec un rendement de 20% consommation pour le roulement de 1.66 l/100
Avec un rendement de 16.6% consommation pour le roulement de 2 l/100 (à très basse vitesse rendement moteur catastrophique)
"Les pertes aérodynamiques" maintenant.
Problème : si les "Les pertes au niveau des pneumatiques " sont indépendantes de la vitesse ce n'est pas le cas pour les "Les pertes aérodynamiques" qui varient comme le carré de la vitesse. Et dépendent du fameux SCx.
Prenons un SCx de 0.60 (par exemple 2.0 m2 de surface frontale et 0.30 de SCx) avec rho = 1.2 kg/m3 (densité de l'air à 20°C )et une vitesse V = 20 m/s (72km/h)
(Force resistante aérodynamique) Fa = 0.5 * rho * SCx * V^2 = 0.5 * 1.2 * 0.6 * 20 * 20 = 144 N
(Energie consommée aérodynamique) Ea = Fa * d = 144 * 100000 = 14.4 MJ
Ce qui équivaut à 0.40 litre diesel compatible avec les 0.45 l annoncés.
A 30 m/s (108 km/h) on a 324 N et 32.4 MJ soit 0.9 litre diesel. On voit de suite l'énorme progression !
A 10 m/s (36 km/h) on a 36 N et 3.6 MJ soit 0.1 litre diesel. On voit de suite l'intérêt de limiter la vitesse !
NB : edition en gras suite a erreur détectée par Lansing
A noter qu'à 108 km/h les deux forces cumulées sont de
324 + 120 = 444 N et demandent une puissance moteur (pour entretenir le mouvement à vitesse stabilisée) de :
P = F * V = 444 * 30 = 13320 W
Avec un bon rendement de 33% il suffit de 40 kW (54 ch)
à 72 km/h P = (144 + 120) * 20 = 5280 W (avec 33% de rendement : 21 ch)
Nos voitures actuelles avec 100 ch et plus sont totalement ridicules dans la plupart des cas !
Si on veut conserver le standing des voitures actuelles (volume, puissance, vitesse) les 2l/100 sont une gageure qui ne pourra être obtenue qu'à un prix astronomique (coque en carbone, moteur hyper sophistiqué ...).
Par contre si on regarde objectivement de quoi on a besoin 80-90% du temps on peut réduire considérablement le poids, la puissance et la vitesse et arriver facilement à 2 l/100 avec un prix très inférieur à maintenant ! Et on loue un véhicule "normal" pour les autres usages.
Par exemple, un véhicule dérivé d'un vélo couché caréné, de 300 kg à vide avec 2 places en tandem (surface frontale réduite SCx = 0.30), un moteur de 200 cm3 (10 kW ou 13 ch) et une vitesse maxi de 100 km/h.
Prenons 400 kg en charge pour 72 km/h
(Energie consommée roulement) Er = Fr * d = (200 * 10 * 10/1000) * 100000 = 2 MJ
(Energie consommée aérodynamique) Ea = Fa * d = (0.5 * 1.2 * 0.3 * 20 * 20) * 100000 = 7.2 MJ
Total : 9.2 MJ soit grosso modo, avec un rendement de 25%, 1 litre/100 pour ces 2 postes (il reste les pertes liées au freinage-accélération)
On revoit bien que la vitesse est l'ennemi de la consommation !
Bref, à prix constant la voiture basse consommation est simplement plus petite, plus légère, moins rapide (le plus important) et moins puissante.