23/07/2024
Comment fonctionne une voiture hybride ? Tout savoir
L'arrivée de la Honda Insight et de la Toyota Prius encore plus marquante à la fin des années 1990 a inauguré l'ère des voitures hybrides. Aujourd'hui, 25 ans plus tard, les groupes motopropulseurs hybrides suscitent un vif intérêt de la part des acheteurs de voitures, qui voient cette technologie comme une étape vers une voiture entièrement électrique.
La combinaison d'un moteur électrique et d'un moteur à essence pour alimenter les roues de la voiture a déclenché une révolution en matière de consommation de carburant.
En 2010, les voitures hybrides représentaient environ 1% des ventes de voitures neuves en France. Entre 2016 et 2019, leur popularité a continué de croître, atteignant environ 5% des ventes totales de voitures neuves en 2019, soutenue par une plus grande diversité de modèles et des incitations gouvernementales pour les véhicules à faibles émissions. L'année 2020 a marqué un tournant décisif avec une part de marché des voitures électriques et hybrides triplée, atteignant 21,5% des ventes totales de véhicules en France, principalement en raison d'une sensibilisation environnementale accrue et de politiques favorisant les véhicules écologiques.
Alors, qu'est-ce qui fait exactement qu'une voiture hybride est hybride ? Et pourquoi existe-t-il différents types de véhicules hybrides ?
La réponse simple est qu'une voiture hybride est équipée à la fois d'un moteur à combustion interne (presque toujours fonctionnant à l'essence) et d'un moteur électrique qui se combinent pour fournir de la puissance au véhicule. Dans la plupart des cas, le moteur électrique est plus petit que celui que l'on trouverait dans un véhicule entièrement électrique, et la batterie qui alimente le moteur est également plus petite. De même, le moteur à combustion d'une voiture hybride est généralement réglé pour l'efficacité, pas pour la puissance, car la puissance du moteur électrique et du moteur à combustion est généralement combinée pour déplacer le véhicule.
Qu'est-ce qu'une voiture hybride ?
Le terme "hybride" s'applique à tout véhicule disposant de plus d'une forme de propulsion. Une voiture hybride utilise à la fois le carburant traditionnel dans le moteur à combustion interne et l'énergie électrique dans son moteur. Il existe différents types d'hybrides, chacun fonctionnant de manière différente.
Certains hybrides combinent la puissance des deux sources d'énergie pour rouler, tandis que d'autres utilisent uniquement l'essence pour alimenter les batteries électriques. Dans tous les cas, pour être définie comme "hybride", une voiture doit utiliser l'énergie électrique en complément d'un moteur à essence standard.
Quels sont les avantages des voitures hybrides ?
Les premières voitures hybrides étaient présentées comme des machines écologiques sauvant la planète, attirant les acheteurs soucieux de l'environnement et les amateurs de technologies. Aujourd'hui encore, les économies de carburant et les réductions d'émissions restent le principal avantage de conduire une hybride.
Les voitures hybrides consomment moins de carburant car l'énergie perdue est stockée dans une batterie embarquée pour être utilisée par le moteur électrique. Cela permet au moteur à combustion de fonctionner à puissance réduite, à sa vitesse la plus efficace, ou d'être complètement éteint. Moins de carburant est brûlé, ce qui réduit les émissions de gaz à effet de serre et améliore la qualité de l'air local.
Les économies de carburant des voitures hybrides sont maximales en conduite urbaine, où le freinage régénératif recharge la batterie et minimise l'utilisation du moteur. À des vitesses de croisière sur autoroute, une voiture hybride utilise généralement presque exclusivement le moteur à essence, donc la consommation de carburant est plus proche de celle d'un véhicule conventionnel.
Composants des voitures hybrides : moteur, moteur électrique, transmission
Il existe différentes configurations de groupes motopropulseurs hybrides, mais tous contiennent une variation des mêmes composants de base. Le moteur à essence est souvent réduit en taille par rapport aux modèles non hybrides, ce qui permet d'économiser du carburant, et le moteur électrique compense la perte de puissance.
Au lieu du cycle classique, les moteurs à essence des systèmes hybrides fonctionnent souvent sur le cycle Atkinson, où la valve d'admission est fermée plus tard pour augmenter l'efficacité. L'énergie normalement perdue lors du freinage par friction est convertie en énergie électrique pour recharger la batterie haute tension grâce au freinage régénératif.
En plaçant un moteur électrique supplémentaire sur l'essieu arrière dans une configuration hybride, comme dans la Toyota RAV4 Hybrid, on peut obtenir une traction intégrale sans devoir transmettre mécaniquement la puissance du moteur de l'avant à l'arrière de la voiture, économisant ainsi du carburant et libérant de l'espace dans l'habitacle.
Comment fonctionnent les voitures hybrides électriques ?
Selon leur type, les hybrides fonctionnent différemment. En 2024, les types d'hybrides sont :
- Hybride complet
- Hybride léger
- Hybride série
- Hybride rechargeable
La principale différence entre chacun d'eux réside dans leur "groupe motopropulseur". En termes simples, le groupe motopropulseur désigne les composants qui transmettent la puissance aux roues motrices. Dans les véhicules hybrides, cette puissance peut provenir d'un moteur ou des batteries, et dans certains modèles, des deux.
Les hybrides complets
Le type de voiture hybride le plus courant, les hybrides complets, est également connu sous le nom d'"hybrides parallèles". Ils utilisent un moteur à combustion et un moteur électrique pour alimenter la voiture. Ces sources d'énergie peuvent être utilisées ensemble ou indépendamment.
Pour la conduite en ville à basse vitesse, ils peuvent fonctionner uniquement à l'électricité. Ils ont un système de freinage régénératif qui produit de l'électricité pour les batteries à chaque décélération. Les batteries électriques aident à économiser du carburant. Si les batteries sont déchargées, la voiture peut toujours rouler en utilisant le moteur à combustion.
Vous pouvez trouver ces modèles chez les marques telles que Toyota, Nissan, Honda, Ford ou Kia.
Les voitures hybrides légères
Les hybrides légers utilisent le même mélange de moteurs à essence et de batteries électriques, mais les deux ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable. Le moteur s'active lorsque les batteries en ont besoin, pas lorsque vous appuyez sur l'accélérateur comme avec une voiture à essence ou diesel, ce qui peut être déconcertant pour un nouveau conducteur. Et comme les hybrides complets, le freinage aide à générer de l'énergie cinétique pour les batteries.
Les véhicules hybrides légers offrent le moyen le moins cher de posséder une voiture qui utilise l'électricité en complément d'un moteur à combustion interne standard. Les marques Suzuki, Mercedes et Audi proposent actuellement des modèles hybrides légers :
Les hybrides série
Dans un hybride série, il n'y a généralement aucune connexion entre le moteur à combustion et les roues, ce qui signifie que la propulsion de la voiture repose uniquement sur le moteur électrique. Parce que le moteur alimente les batteries électriques, cela prolonge leur autonomie, ce qui donne à ce modèle le titre d'hybride à prolongateur d'autonomie.
Idéal pour la conduite en ville avec arrêts fréquents, ils sont un choix populaire pour les taxis. En revanche, ce n'est pas la meilleure option pour la conduite performante car le moteur à combustion ne peut pas assister comme il le ferait dans un hybride complet.
Les marques qui proposent actuellement des modèles hybrides de série incluent BMW et Chevrolet.
Hybrides rechargeables
Les hybrides rechargeables sont des modèles qui peuvent être branchés manuellement pour recharger les batteries. Option la plus proche d'un véhicule 100% électrique, ils peuvent rouler uniquement à l'électricité, mais ont aussi un moteur à combustion.
Les hybrides rechargeables ont des batteries beaucoup plus grandes qui peuvent couvrir plus de distance en utilisant l'électricité et consomment beaucoup moins de carburant que les autres modèles. Cependant, ces batteries ajoutent beaucoup de poids à la voiture, donc si vous devez compter uniquement sur le moteur pour rentrer chez vous, la consommation de carburant sera plus élevée.
Les modèles rechargeables sont disponibles chez BMW, Toyota, Mitsubishi ou Porsche.
Voitures hybrides auto-rechargeables
Les véhicules hybrides complets, hybrides légers et hybrides série peuvent tous être considérés comme auto-rechargeables, car ils n'ont pas besoin d'être branchés pour recharger les batteries. Au lieu de cela, les batteries sont rechargées grâce au freinage régénératif ou au moteur.
Quelle est la durée de vie des batteries des voitures hybrides ?
En règle générale, les batteries hybrides doivent être changées tous les 160 000 kilomètres. De nombreux véhicules hybrides sont également couverts par des garanties d'environ 10 ans, vous serez donc couvert en cas de défauts de batterie. Pour un ménage moyen, il faudrait environ 10 ans pour parcourir 160 000 kilomètres.
Qu'est-ce que l'anxiété de l'autonomie ?
L'anxiété de l'autonomie fait référence à la peur que la batterie d'un véhicule électrique se décharge avant d'atteindre la destination ou un point de recharge. C'est l'une des raisons pour lesquelles les hybrides sont un excellent modèle de transition vers les véhicules électriques, car ils disposent encore de moteurs à essence traditionnels en cas de besoin.
Malgré l'explosion des points de recharge à travers la France, le terme est encore couramment utilisé lorsqu'on parle de véhicule électrique. Cependant, la plupart des voitures électriques sont plus que capables de répondre aux besoins d'un ménage moyen à un coût inférieur par rapport au carburant traditionnel.
Composants clés dans une voiture hybride
Quel que soit le modèle que vous choisissez, les composants de base pour qu’une voiture hybride puisse fonctionner sont les mêmes.
Batterie auxiliaire : fournit l'énergie pour démarrer la voiture avant que la batterie de traction ne prenne le relais et alimente les accessoires.
Convertisseur DC/DC : convertit l'énergie haute tension de la batterie de traction en énergie basse tension nécessaire pour charger la batterie auxiliaire.
Générateur électrique : génère de l'énergie chaque fois que la voiture freine.
Moteur de traction électrique : puise l'énergie de la batterie de traction pour faire tourner les roues de la voiture.
Système d'échappement : un catalyseur réduit les émissions lorsque le système d'échappement passe les gaz du moteur au tuyau d'échappement.
Réservoir de carburant : contient le carburant traditionnel comme l'essence.
Moteur à combustion interne (ICE) : le moteur standard que l'on trouve dans toute voiture non hybride/électrique.
Batterie de traction : stocke l'électricité pour le moteur de traction électrique.
Transmission : prend la puissance du moteur ou du moteur électrique pour entraîner la voiture.
Transmission des véhicules hybrides
Il existe des hybrides légers avec une transmission manuelle, mais ils sont minoritaires. La plupart des modèles hybrides sont automatiques en raison du délicat équilibre entre le freinage régénératif, l'utilisation de deux types de carburant et la gestion générale de la puissance. Les voitures hybrides et électriques utilisent une technologie sophistiquée pour analyser et réanalyser cet équilibre à chaque seconde de votre trajet, et une transmission manuelle perturberait ce processus.
Les voitures hybrides en valent-elles la peine ?
En termes d'environnement, oui, du moins par rapport à une voiture classique à moteur thermique. Pour d'autres considérations, comme les exonérations de taxes en fonction des émissions de CO2, la réponse est également oui, bien que cette opportunité puisse se refermer bientôt.
Conclusion
Les voitures hybrides offrent de nombreux avantages, notamment des économies de carburant, des émissions réduites, et une performance améliorée grâce à un couple à basse vitesse. Elles sont une solution viable pour ceux qui recherchent une conduite plus écologique sans sacrifier les performances.
Questions fréquemment posées
Une voiture hybride est un véhicule qui combine deux types de propulsion : un moteur à combustion interne (ICE) fonctionnant à l'essence et un moteur électrique. Ce mélange permet de réduire la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre. Les voitures hybrides peuvent rouler en utilisant uniquement le moteur à essence, uniquement le moteur électrique, ou une combinaison des deux, selon les conditions de conduite.
Les voitures hybrides offrent plusieurs avantages, notamment une consommation de carburant réduite et des émissions plus faibles. Elles utilisent l'énergie stockée dans une batterie embarquée pour aider le moteur électrique, permettant ainsi au moteur à combustion de fonctionner de manière plus efficace ou d'être éteint lorsqu'il n'est pas nécessaire. Cela se traduit par une meilleure qualité de l'air et des économies de carburant, surtout en conduite urbaine avec des arrêts fréquents.
Le freinage régénératif est une technologie utilisée dans les voitures hybrides pour récupérer l'énergie normalement perdue lors du freinage. Lorsque le conducteur freine, le moteur électrique fonctionne comme un générateur, convertissant l'énergie cinétique en énergie électrique qui est ensuite stockée dans la batterie haute tension du véhicule. Cette énergie peut ensuite être utilisée pour alimenter le moteur électrique, réduisant ainsi la consommation de carburant et augmentant l'efficacité globale du véhicule.