Comment fonctionne une voiture hybride ?

La transition vers l’hybride et l’électrique est désormais bien entamée dans les marchés automobiles d’Outre-mer. En 2021, les véhicules électriques représentaient 26.2% des véhicules neufs (VN) réunionnais , 24.3% des VN mahorais, 18.5% des VN guadeloupéens, 16% des VN martiniquais et 13.2% des VN guyanais. Le gouvernement donne même des coups de main afin d’aider à acheter ce type de véhicules. Voici une sélection des meilleurs voitures dans les outre-mer.

Quelle est la différence entre un véhicule à essence et un véhicule hybride ?

Le moteur à combustion d’un véhicule hybride fonctionne exactement comme celui d’un véhicule à essence. Le carburant est injecté par la chambre de combustion dans le moteur, où il se mélange avec de l’air. Le mélange air-carburant est ensuite enflammé par une bougie d’allumage, ce qui alimente le moteur.

Que signifie hybride ?

Par définition, le terme “hybride” préfigure une association entre 2 éléments de nature différente et bien distincts. La principale différence d’avec un véhicule hybride est qu’en plus d’un moteur à combustion interne, l’alimentation est également assurée par un moteur électrique et une batterie. La technologie hybride optimise alors les systèmes du véhicule pour utiliser en combinaison l’essence et l’électricité pendant que vous roulez.

Qu’est-ce qu’un véhicule hybride ?

Une voiture hybride utilise deux types de motorisation : une motorisation thermique et une motorisation électrique. Au cours d’un trajet, le mouvement viendra successivement de l’énergie électrique (issue du moteur électrique), de l’énergie hybride (issue des deux types de moteurs simultanément) et de l’énergie thermique (issue du moteur essence uniquement).

En d’autres termes, un véhicule hybride utilise trois types de traction :

• électrique : seul le moteur électrique entraîne le mouvement des roues et assure le déplacement du véhicule
• hybride : au cours de laquelle le moteur essence intervient en soutien du moteur électrique
• thermique : qui fait appel uniquement au moteur essence.

+ Le saviez-vous ?

La première voiture hybride à être commercialisée fût la Toyota Prius, dont la mise sur le marché a eu lieu en 1997. Le succès est conséquent, puisque plus de 8 millions de modèles ont été vendus à travers le monde ; la marque japonaise décrivant sa voiture comme une « voiture familiale propre ». Cependant, près d’un siècle auparavant, le premier véhicule hybride a été conçu par Henri Pieper en 1899. Plus récemment encore, en 2021, Renault présentait la première Clio hybride de l’histoire avec une double motorisation, essence et électrique.

À quoi sert une voiture hybride ?

Un véhicule hybride est tout d’abord une voiture qui sert à protéger l’environnement en diminuant la consommation de carburant et les émissions de CO2 par rapport aux voitures à motorisation thermique (à essence). En outre, une voiture hybride:

1. donne la possibilité de bénéficier à la fois d’un moteur électrique propre et silencieux et d’un moteur thermique autonome et puissant
2. permet d’économiser du carburant
3. réduit les émissions de CO2 dans l’atmosphère

Les différents types d’hybrides ou niveaux d’hybridation

Il existe 4 catégories de véhicules hybrides regroupées sous la bannière de 2 grandes familles. La famille des véhicules hybrides « classiques » comprends 2 catégories: le véhicule micro-hybride (MHEV), l’hybride léger (mild-hybrid) et le véhicule 100% hybride non rechargeable (full-hybrid). La seconde famille est celle des véhicules hybrides rechargeables qui se compose, comme son nom l’indique, des véhicules hybrides rechargeables (plug-in hybrid). Par conséquent, leur motricité, leur type de transmission, leur mode de recharge, leur consommation mais aussi leur impact environnemental diffèrent.

Mild-hybrid

L’hybride léger ou mild-hybrid fonctionne avec une activation permanente du moteur essence, le moteur électrique lui servant ponctuellement de soutien. La transmission d’une motorisation à une autre peut être manuelle ou, comme dans la majorité des cas, automatique. En effet, ce système d’alternance est automatisé et géré par l’ordinateur. Néanmoins, le conducteur a également la possibilité de sélectionner manuellement le mode de traction électrique si le niveau de charge le permet.

Il s’agit de véhicules équipés d’un moteur thermique et d’un petit moteur électrique. Le fonctionnement en tout électrique n’est pas possible car le bloc électrique ne joue qu’un rôle de soutien au moteur thermique. C’est par exemple la technologie employée sur les véhicules équipés de la fonction Start & Stop. L’électrique sert principalement pour le démarreur.

Cette technologie assiste le moteur thermique à l’aide d’un alterno-démarreur jouant le rôle de générateur en récupérant l’énergie cinétique lors des freinages ou des décélérations. L’énergie ainsi récupérée est stockée dans une batterie et est ensuite utilisée par l’alterno-démarreur pour démarrer le moteur, couper le moteur à l’arrêt et propulser le véhicule uniquement à faible vitesse (en dessous de 50km/h).

Représentant la technologie la plus simple et donc la moins onéreuse à l’achat, la micro-hybridation du fait de sa faible batterie ne permet cependant que de réduire très légèrement la consommation du véhicule. Il consomme 10% moins de carburant et émet 10% d’émissions en moins qu’un véhicule thermique équivalent.

Full-hybrid (HEV)

L’hybridation complète ou full-hybrid se distingue par une batterie de plus grande capacité que la technologie mild-hybrid. L’hybridation totale permet ainsi une conduite 100% électrique à faible vitesse et sur de courtes distances. L’hybridation complète permet ainsi à la voiture de fonctionner à partir de sa seule réserve d’énergie stockée. 

Ce type de véhicule ne peut pas se recharger. La batterie se recharge automatiquement en fonctionnement grâce à la motorisation thermique et lors des phases de freinage. Au sein d’une full-hybrid les 2 moteurs sont en mesure d’intervenir simultanément ou séparément. La consommation de carburant est alors réduite de manière optimale.

À vitesse élevée, généralement supérieure à 50 km/h, la capacité de la batterie n’étant pas suffisante, le mode électrique laisse place au moteur à combustion.

Plug-in Hybrid ou Plug-In Electric Vehicle (PHEV)

Plug-in Hybrid ou également appelée voiture hybride rechargeable, cette technologie embarque une batterie de plus grande capacité que les voitures hybrides classiques, pouvant être rechargée directement à la manière d’un véhicule électrique. Ainsi, un conducteur a la possibilité de recharger la batterie du véhicule hybride au moyen d’une prise domestique ou d’une borne de recharge externe. 

La durée de rechargement dépend de la puissance de la borne utilisée. Le rechargement peut durer de quelques minutes à plusieurs heures.

Les batteries plus volumineuses peuvent par conséquent stocker une plus grande quantité d’électricité. L'hybride rechargeable permet ainsi de profiter d'une autonomie comprise généralement entre 20 et 60 km. Au-delà de cette distance et donc lorsque la batterie est entièrement déchargée, le moteur thermique prend le relais pour continuer de propulser le véhicule.

L’hybride rechargeable représente une transition vers la voiture « 100 % électrique ». Il est ainsi possible de rouler en mode tout électrique jusqu’à 130 km/h environ. Aujourd’hui, il existe des modèles supercars et monoplaces en hybride, à l’instar des bolides pilotés par le champion de Formule 1 Fernando Alonso, de la Ferrari F14 T moteur V6 turbo hybride à la McLaren MP4-30 équipée du moteur hybride RA615H de Honda.

Les véhicules 100% hybrides (full-hybrid) et hybrides rechargeables (plug-in hybrid) reposent tous deux sur une alternance intelligente entre les motorisations électrique et thermique. Par conséquent, ils sont donc plus écologiques que l’hybride léger (mild-hybrid) et utilisent une transmission automatique.

Néanmoins, c’est la capacité de leur batterie, plus grande dans le cas de l’hybride rechargeable, et le mode de chargement qui les distinguent. Ils impliquent -40% de consommation de carburant, voire jusqu'à -50% en hybridation complète ; et jusqu'à -30% d'émissions de CO2 (full-hybrid) et -75% (plug-in hybrid) de baisse par rapport à un véhicule essence équivalent.

Voiture hybride, comment ça marche ?

Quel est le prinicipe de fonctionnement d'une voiture hybride ?

La technologie hybride a recours à trois architectures différentes : série, parallèle, mixte (ou à dérivation de puissance).

L'hybridation "série"

Les hybrides dites « série » sont plutôt rares. Le moteur thermique sert exclusivement de générateur au bloc électrique. Le moteur thermique fonctionne en permanence, il fait tourner un générateur qui produit de l’électricité. Cette électricité est alors stockée dans une batterie qui alimente un second moteur, électrique, et qui entraîne les roues. Dans ce cas, le moteur électrique est le seul à agir sur les roues.  L’intérêt de cette motorisation hybride en série est que le moteur thermique fonctionne toujours au même régime, sans accélérer. En outre, il fonctionne en permanence à son meilleur rendement ; par conséquent, il consomme moins.

L'hybridation "parallèle"

Les hybrides dites « parallèles » sont les plus courantes. Dans ce cas, les 2 moteurs sont à même de propulser la voiture séparément. Avec la motorisation hybride parallèle, quand le moteur démarre et à faible vitesse, c’est le moteur électrique qui entraîne les roues. Puis, à l’accélération, le moteur thermique se met en marche et sa puissance vient s’ajouter à celle du moteur électrique. Les roues sont alors entraînées par les moteurs qui fonctionnent ainsi en parallèle. Le moteur électrique vient en appui de la motorisation thermique. Ce complément en électrique permet de faire diminuer la consommation globale en énergie fossile du véhicule.

L'hybridation mixte ou à dérivation de puissance

Les hybrides à dérivation de puissance combinent les deux précédentes solutions. Une propulsion 100 % électrique est possible, mais une partie de la puissance du moteur thermique est toujours transformée en électricité, soit pour recharger la batterie, soit pour alimenter directement le moteur électrique ; une architecture prisée du groupe Toyota.

Les principaux éléments qui composent la motorisation hybride

Quatres éléments essentiels issus de l'informatique et de la mécanique s'unissent pour composer la motorisation hybride.

L'ordinateur de la voiture hybride

L’ordinateur joue le rôle de l’ arbitre. Il sait d’où vient l’énergie (thermique et électrique), en quelles quantités respectives et où elle doit être distribuée à tout moment. Plusieurs milliers de fois par seconde, l’ordinateur analyse ce que le conducteur demande, son mode de conduite et l’énergie disponible à un moment donné. Il optimise ainsi l'utilisation du moteur thermique, notamment avec la fonctionnalité Start and Stop, ce qui permet de réduire sa consommation en carburant. En bref, l’ordinateur va effectuer des analyses très régulières et précises pour définir l’enchaînement entre moteur thermique et électrique ; et ainsi décider lequel doit être utilisé à un instant T.

Les batteries

Le système de batterie est le générateur de l’électricité produite. Le système de batterie emmagasine l’électricité produite et la redistribue au moteur électrique ; mais aussi aux équipements de la voiture comme l’éclairage, le système électrique des vitres ou encore le tableau de bord. Il dure en principe toute la vie du véhicule et n’est jamais branché sur le réseau extérieur, sauf dans le cas de l’hybride rechargeable. 

Le moteur électrique

Le moteur thermique

Comment fonctionne un moteur hybride ?

L’alternance entre les tractions électrique, hybride et thermique est gérée automatiquement par le véhicule, via un système d’électronique embarquée (l’ordinateur). Celui-ci tient compte, pour l’essentiel, de deux critères : l’appui sur la pédale d’accélérateur et le niveau de charge de la batterie de traction.

En clair, en phase de démarrage et jusqu’à une vitesse située entre 70 et 130 km/h, la voiture hybride utilise uniquement le moteur électrique. Si une pression plus forte est exercée sur la pédale d’accélération, si la physionomie du terrain exige davantage de puissance, dans le cas d’une forte pente ou encore si la batterie n’est plus suffisamment chargée, le véhicule sollicite le moteur thermique. Ce dernier va, selon les cas, compléter le moteur électrique (traction hybride) ou le remplacer totalement (traction 100% thermique).

Selon qu’elle soit rechargeable ou non, la voiture hybride se recharge donc en roulant et/ou via le raccordement au réseau électrique.

La recharge du système de batterie

Comme pour un véhicule thermique, le système de batterie sert à stocker l’énergie nécessaire au bon fonctionnement du véhicule hybride. Sa recharge s’opère de 3 façons différentes ; 2 d’entre elles n’impliquant aucune intervention du conducteur.

1. Récupération de l’énergie lors des phases de ralentissement et de freinage, on parle dans ce cas de freinage "régénératif"
2. Utilisation du moteur thermique pour générer de l’électricité
3. Chargement de la batterie à une borne de recharge, mais cette option ne concerne que les véhicules hybrides rechargeables

Les phases de fonctionnement de la motorisation hybride

En phase d'arrêt ou de démarrage

A part sur les véhicules hybrides légers, ces phases se font en tout électrique. Autrement dit, la voiture démarre ou s’arrête en utilisant uniquement le moteur électrique. La phase de démarrage impliquant généralement une surconsommation, l’utilisation de l’électrique à ce moment-là représente un vrai plus. Après le démarrage, le moteur thermique prendra le relais à terme.

Au démarrage puis à faible vitesse

Au démarrage puis à une vitesse à moins de 40 km/h,  si il y a assez d’électricité dans la batterie pour assurer ce déplacement avec le moteur électrique, l’ordinateur éteint le moteur thermique. Le rendement de ce dernier est faible dans les vitesses basses et lors des accélérations et il consomme donc beaucoup. C’est pourquoi, l’ordinateur passe le relais au moteur électrique. Si la charge de la batterie baisse, le moteur thermique redémarre, participe à la locomotion et recharge en même temps la batterie. 

En phase d'accélération

La phase d’accélération nécessite en général une puissance maximale. Par exemple, il s’agit souvent de phases où vous devez vous insérer sur une voie rapide, doubler un véhicule ou monter une côte. C’est pourquoi, quelle que soit la technologie hybride, il s’agit d’une phase où le moteur thermique joue le plus grand rôle. Le moteur électrique peut venir en complément du moteur thermique afin de disposer d’une plus grande puissance.

En vitesse de croisière ou à vitesse élevée

Le moteur thermique assure l’essentiel du travail.

En phase de décélération ou de freinage

Le moteur thermique (à essence) est coupé, l’énergie cinétique développée par la rotation des roues est récupérée par le moteur électrique qui, agissant comme un générateur d’électricité, alimente la batterie pour une utilisation ultérieure. Cette phase peut se faire en tout électrique suivant la vitesse et le niveau de charge de la batterie.

À l'arrêt

A chaque arrêt, les deux moteurs s’éteignent, sans pour autant que l’alimentation électrique ne soit coupée sur le véhicule hybride. Les moteurs s’éteignent pour économiser le carburant, les systèmes électriques du véhicule, quant à eux, fonctionnent sur la batterie. Au redémarrage, c’est le moteur électrique qui se remet en marche, silencieusement.

Par ailleurs, voici une animation très simple pour expliquer quel moteur fait quoi à quel moment.

Quelle est la différence entre une hybride classique et une hybride rechargeable ?

La capacité de la batterie

Il faut bien distinguer le véhicule hybride classique du véhicule hybride rechargeable. La différence fondamentale entre les 2 familles d’hybridation réside dans la capacité de leur batterie et leur moyen de recharge. Un véhicule full-hybrid a une batterie d'une capacité avoisinant le 1kWh ; tandis que, le véhicule hybride rechargeable aura une capacité avoisant les 8 et 12 kWh. Par ailleurs, lors de la phase d'accélération, le moteur thermique prend le relais à partir de 40 km/h pour un véhicule hybride classique. Alors que, le moteur thermique ne prend le relais que si une vitesse de 120 ou 130 km/h est dépassée. A noter que dans les 2ème cas, la batterie a une charge suffisante.

Le mode de rechargement

Dans l’hybride classique, la propulsion « tout électrique », sans recours au moteur thermique, n’est possible que sur 3 ou 4 km. De plus, le moteur électrique est là pour « soulager » le moteur à essence. Un véhicule hybride classique n’a pas besoin d’être branché, car son alimentation est assurée par un moteur à combustion interne classique et par une batterie électrique rechargée au moyen du freinage à récupération. D’un autre côté, la batterie d’un véhicule hybride rechargeable plus conséquente lui permette de parcourir une plus longue distance, jusqu'à 60 km. La recharge grâce à une source d’énergie électrique externe offre une autonomie électrique supplémentaire à celle du moteur thermique.

Les phases de freinage

D'ailleurs, il existe une différence fondamentale entre l’hybride classique et l’hybride rechargeable pendant les phases de freinage. En effet, sur un véhicule hybride classique, la batterie va se recharger lorsque vous freinez. Dans cette situation, le moteur électrique fonctionne alors en générateur qui vient alimenter la batterie. On parle alors de freinage « régénératif ». Tandis que l’hybride rechargeable n’intègre pas cette possibilité ; lorsque votre batterie est vide, le seul moyen de la recharger est de la brancher. Cette différence est importante car elle explique pourquoi sur un long trajet, l’hybride classique consomme moins que l’hybride rechargeable. Bien qu’un véhicule hybride classique ne puisse pas fonctionner aussi longtemps en tout électrique qu’une voiture hybride rechargeable, sa batterie peut se recharger en roulant et vous pouvez ainsi utiliser le fonctionnement électrique à de nombreuses reprises.

+ Pour info

Les batteries électriques de véhicules hybrides rechargeables, comme la Toyota Prius Prime, peuvent être rechargées en les branchant à une prise de courant domestique standard de 120 volts.

Quel est l'intérêt d'acheter une voiture hybride ?

Une voiture hybride présente bien des avantages:

1. économique : les frais de certificat d'immatriculation sont inférieurs pour une voiture hybride car ils ne sont calculés qu’en fonction de la puissance du moteur thermique.
2. écologique : les voitures hybrides libèrent moins de CO2 dans l’environnement. Le moteur électrique intégré limite la consommation de carburant.

+ Le saviez-vous ?

Il a également été montré que les conducteurs de voitures hybrides sont bien plus détendus que les conducteurs de voitures thermiques.

Quelle est la consommation d'une voiture hybride ?

Pour rappel, les véhicules hybrides attestent -40% de consommation de carburant, voire jusqu'à -50% en hybridation complète ; et jusqu'à -30% d'émissions de CO2 (full-hybrid) et -75% (plug-in hybrid) de baisse par rapport à un véhicule essence équivalent suivant le modèle.

Hybride, rentable ou pas ?

Les propriétaires de voitures hybrides observent une différence significative de la capacité de la batterie au bout de 5 ans environ. La batterie n’est pas hors service, elle perd juste en autonomie. Une consommation faible et un entretien auto amoindri, cela revient donc moins cher globalement ; en plus de vous offrir une meilleure qualité d’air et une pollution sonore réduite.