3. Les voies de l’hybridation

La formule la plus simple d’hybridation, l’alterno-démarreur, développé par différents équipementiers tels que Valeo, Bosch, Continental et Siemens, permet d’assurer les fonctions d’arrêt et de redémarrage aux feux rouges ou dans les encombrements. À ce jour, elle n’est pas exploitée pour le marché des autocars et autobus.

La fonction stop & start, commercialisée depuis cette année par Cummins sur ses moteurs ISB, repose sur une technologie classique à démarreur conventionnel renforcé.

Viennent ensuite les systèmes à récupération d’énergie. Elle peut être mécanique (avec un volant d’inertie), une solution originale développée par le spécialiste de la transmission à variation continue Torotrak, en association avec la société de recherches Ricardo. Ce système, appelé KERS, a été initialement monté par le constructeur anglais Optare. Désormais, c’est son compatriote Wrightbus qui développe ce système sur le modèle StreetLite. Selon l’équipementier Torotrak, la commercialisation pourrait commencer dès cet été. On peut récupérer, avec un volant d’inertie de 10 kg, jusqu’à 60 kW d’énergie cinétique.

La récupération peut aussi être hydraulique, c’est assez courant dans le domaine des bennes à ordures ménagères aux États-Unis, via une technologie développée par Eaton. En Europe, Bosch Rexroth s’est clairement positionné en faveur de cette option technique. C’est une forme d’hybridation davantage utilisée sur les poids lourds.

Les deux systèmes offrent un avantage certain en termes de coût d’exploitation: ils se passent de batteries! Plus d’aléa sur la durée de vie, ni les performances du système à long terme, sans compter le coût d’investissement réduit pour l’acquéreur. Les solutions électriques demeurent toutefois les plus variées et les plus répandues sur le marché.

Les véhicules dits « full hybrid », qu’ils soient de type série ou parallèle, ont recours à plusieurs composants: batteries et/ou supercondensateurs pour le stockage de l’énergie électrique, une machine tournante devant transformer l’énergie mécanique ou l’énergie cinétique en énergie électrique, plus toute une électronique de puissance à base de convertisseurs de courant et de systèmes de gestion.

Partant de là, deux choix s’offrent aux constructeurs: hybridation série ou hybridation parallèle. L’hybridation parallèle est l’option retenue par Volvo Buses et Scania: au moteur thermique, on ajoute un moteur électrique venant s’intercaler entre le moteur thermique et la boîte de vitesses. Cette hybridation parallèle peut aussi s’envisager dans la boîte de vitesses elle-même (système Eaton chez Solaris, appliquée jusqu’en 2015, solution parallèle chez ZF). Avantage: on conserve l’essentiel de l’architecture d’un véhicule classique, avec sa chaîne cinématique complète. En cas de défaillance électrique ou électronique, le véhicule redevient un véhicule thermique conventionnel. Autre atout revendiqué par les adeptes de l’hybridation parallèle: un surcoût moindre que pour l’hybridation série. Ainsi, Scania avance-t-il sur son Citywide LE Hybrid un surcoût limité à 30 % par rapport à son équivalent LE Diesel Euro VI. Cela s’explique par les économies d’échelle accomplies grâce à la réutilisation des composants standards (boîtes robotisées Volvo I-Shift 12 ou boîte Scania Opticruise 2, issues des productions poids lourd des deux marques et montées dans leurs autobus).

À l’opposé, les tenants de l’hybridation série rétorquent que cette redondance mécanique est inutile, puisque l’on peut supprimer boîte de vitesse et ligne d’arbre grâce au moteur électrique, lequel peut entraîner un pont conventionnel (ZF avec l’AVE 130, choix retenu par Mercedes-Benz, Iveco Bus, MAN, Solaris et Van Hool), ou être intégré dans les roues (Alstom sur feu Irisbus Civis/Cristalis et Abegg ZA Wheel).

Avantages du moteur-roue: on peut multiplier les essieux moteurs sans porter atteinte à l’intégrité du plancher plat intégral. Sur un articulé, la motricité est excellente en toute circonstance et le ralentissement par récupération d’énergie peut être maximisé. Inconvénients: la complexité induite dans le développement électronique du véhicule, les masses non suspendues pénalisantes pour le confort et la longévité des chaussées et des pneumatiques. Le moteur électrique en nez de pont est un compromis raisonnable et bien adapté à un bus standard de 12 m.

L’hybridation série, pour innovante qu’elle soit dans le domaine routier, est pourtant largement connue… de l’industrie ferroviaire! Car sous cette appellation, on retrouve le principe des locomotives et automotrices diesel-électriques, connues et exploitées depuis les années 1930! Du fait de la suppression de la boîte de vitesse, on gagne en liberté d’implantation à bord. On gagne aussi en fiabilité mécanique, puisque l’on se passe du fameux renvoi d’angle. De plus, cela permet un gain sur les masses, tout en offrant un confort de marche théoriquement parfait puisqu’il n’y a plus aucune rupture de couple à l’accélération ou au freinage.

Ultime atout de l’hybridation série: on peut remplacer le moteur diesel par une autre source d’énergie: pile à combustible ou alimentation électrique extérieure (perches, caténaires, induction), sans avoir à reconcevoir le véhicule.

Il existe aussi des hybrides mi-parallèle, mi-série. C’est le cas de la boîte automatique à moteur électrique intégré EP50 d’Allison. Elle constitue un cas à part, puisque cette hybridation, qui comprend deux moteurs électriques en tandem, est intégrée dans la boîte de vitesses!

Son fonctionnement, à la fois parallèle et série, est tout aussi atypique. Après avoir été montée par VDL/APTS sur le Phileas, elle est toujours proposée sur le Solaris Bus Urbino3 Hybride articulé 18 m. Si elle a prouvé sa fiabilité dans le temps (cette hybridation est, entre autres, exploitée sur les réseaux de Strasbourg, La Réunion et Eindhoven), elle demeure assez coûteuse.