Voiture solaire
Un article de Encyclo-ecolo.com.
La voiture solaire
- Il n'y a pas que les avions qui s'essaient à la propulsion solaire, les voitures également. L’énergie solaire fait de plus en plus son chemin parmi les énergies alternatives et ce qui n’était qu’un rêve hier est en passe de devenir une réalité industrielle.
HELIOS, prototype français de voiture solaire
Hélios, est présenté comme le meilleur prototype de véhicule solaire français au Mondial de l’Auto de 2010
Après avoir brillamment défendu les couleurs de la France au World Solar Challenge d’Australie l’an dernier, Hélios, le meilleur véhicule solaire français s’installe à Paris, au Mondial de l’Auto.
Non plus 3 mais 4 roues sur Helios V
Helios est un nouveau prototype : grâce aux retours sur expérience des différentes courses, certaines modifications importantes ont été apportées. Hélios V passe de 3 à 4 roues, se rapprochant davantage des voitures traditionnelles. De plus, la surface de panneaux est agrandie pour atteindre 6 m², fournissant ainsi une plus grande puissance au moteur. La carrosserie est réalisée en fibres de lin, plus écologiques. L’expérience acquise depuis quelques années par l’équipe permet de gagner en fiabilité. Et enfin un nouveau logiciel de stratégie conçue par les élèves augmente les performances de la voiture.
Les 17 partenaires d'Helios
Sponsors, partenaires, entreprises, collectivités... c'est grâce à eux que ce projet vit ! Croire en l'avenir des énergies alternatives pour la société et dans le projet Hélios, c'est ce qui fait avancer chaque jour l'équipe. Cette dynamique, l’équipe la doit d'abord à ses partenaires techniques et à ses sponsors. - les partenaires principaux : HEI, Roadsign, Groupe Fauchille, STG - les partenaires techniques : 3M, Diatex, Formax, Huntsman, Igus, LMS, Multi-Contact, PCB, R-M, Nidaplast, Honeycombs, Stäubli, Tektronix.
Un véhicule rapide et léger, tout en carbone et aluminium Le véhicule ne mesure que 4 mètres de long pour 1,50 de large. Composé principalement de carbone et d'aluminium il ne pèse que 165kg et peut sans problèmes atteindre les 100km/h. Il est doté de 25 kg de batteries lithium polymères, d'un moteur électrique incorporé à la roue arrière et d'un panneau solaire. Le tout est assisté d'une électronique embarquée permettant de gérer au mieux la production et la consommation.
Une équipe d’élèves et de diplômés tous passionnés Hélios est une association créée en 1992 par des élèves ingénieurs de l'école HEI de Lille, avec à son actif 4 véhicules solaires, et 6 fois l'Australie entre Darwin et Adélaïde. Depuis sa création en 1992, l’association a réalisé 4 prototypes. Le précédent, Hélios IV, a été développé conjointement avec les diplômés. C’est encore grâce à leur expérience que l’équipe actuelle a commencé la conception d’Hélios V, un prototype qui héritera du meilleur des précédents. L'association HELIOS est indépendante du cursus et n'est constituée que d’élèves. Il n'y a que quatre équipes de ce type en France. Hélios est la pionnière des équipes françaises puisqu'elle signait sa 6ème participation au WSL depuis 1996. Elle a terminé première équipe française sur cette course, en se plaçant à la 13ème place sur 36 véhicules engagés.
L’épopée australienne d’HELIOS
En octobre 2009, Hélios IV partait de Darwin au nord de l'Australie pour rejoindre Adelaïde, au sud. Arrivée 13e sur 36 participants avec l'une des plus petites voitures, l'équipe du projet Hélios IV a donc réussi à parcourir 3000km uniquement avec l'énergie solaire.
La course Chaque année, une course se déroule en Australie sur la route des explorateurs nommée Stuart Highway. Cette route ouverte a été rendue célèbre pour ses camions aux 4 voire 5 remorques appelés Road Trains. La route traverse le désert australien pour relier le nord au sud, de Darwin à Adelaïde. L'équipe Hélios est arrivée en 2009 13e sur 36 concurrents au départ, avec l'une des plus petites voitures et donc une surface extrêmement réduite de panneau solaire (moins de 5 mètres carrés). Le prototype Hélios IV a parcouru les 3000km en 5 jours avec ses dimensions de citadine (4 m par 1,50 m) - et ce malgré un incident lors des phases de qualifications – avec une moyenne de près de 60 km/h. C'est une équipe japonaise qui a remporté l'épreuve cette année.
La course est un prétexte pour démontrer le potentiel du solaire en tant qu’énergie renouvelable. Elle sert aussi de tremplin pour la recherche en faveur des technologies visant à améliorer l'efficacité énergétique des véhicules (électronique, mécanique, etc). Le prochain rendez-vous australien pour l’association est prévu pour 2013 avec la première course du prototype Hélios V.
Lien utile : le site de la course : http://www.wsc.org.au/
La voiture solaire, voiture de demain ?
On ne le dit peut-être pas assez mais la compétition c'est aussi ce qui donne naissance à des embryons d'innovation. Sur ce point, les courses de voitures solaires sont à de nombreux égards sources d'idées car bien souvent ce sont des équipes jeunes mais aussi par essence même, des véhicules véritablement uniques. Si chacun aujourd'hui peut rouler pleins phares toute la nuit c'est grâce aux 24 Heures du Mans, et peut-être que demain chacun pourra rouler électrique grâce aux véhicules solaires.
L'objectif d'Hélios en tous cas n'est donc pas de transposer directement le véhicule pour le grand public, le prix est et restera pour le moment encore trop élevé, mais bien de montrer que le solaire ça marche : un prototype de voiture peut rouler longtemps et vite uniquement avec l'énergie solaire!
Pourquoi un panneau solaire courbe/plat ? Les prototypes Hélios I, II, et III étaient équipés de panneaux droits, c'est-à-dire non courbés. Cette géométrie était liée à la technologie utilisée, le silicium monocristallin, qui est destinée à une position plane sans quoi son rendement peut diminuer. Une alternative au silicium monocristallin est le silicium amorphe plus flexible mais bien plus cher à rendement égal. Pour Hélios IV, aérodynamisme et performances ont dû trouver un juste milieu. Avec un panneau plat l'aérodynamisme est en effet fortement affecté, à la manière d'une feuille de papier ou des bâches sur les camions. Le compromis a été trouvé avec ce panneau courbé dans une direction et pourtant potentiellement équipé de cellules plates, posées à plat ou très légèrement courbées pour ne rien perdre de leur efficacité.
Voiture solaire : pourquoi 3 roues
Poser un objet immobile sur un plan revient à lui donner 3 points d'appui non alignés. Pourtant comme chacun peut le voir, le 4 roues constitue la majorité des voitures du commerce. C'est grâce à leurs suspensions qu'elles évitent au moins au repos ce qu'on appelle l'hyperstatisme qui est à l'origine des tables qui "basculent" sur leurs 4 pieds. Ainsi, des passagers mal placés dans une voiture qui comporterait 3 roues risqueraient de la déséquilibrer.
Comme Hélios, les voitures solaires sont en majorité monoplaces et le pilote constitue une part importante du poids total du véhicule (20 à 35%). Ainsi, bien placé entre les 3 roues, le véhicule est sans aucun problème stabilisé. En plus de cet aspect purement "statique", 3 "points" nécessitent moins de surface d'appui des pneumatiques au sol et donc moins de perte d'énergie par roulement.
Un dernier avantage se situe dans la motorisation, pour beaucoup sous forme de moteur-roue qui n'implique donc aucun élément de transmission (chaîne, courroie, engrenages) supplémentaire qui pourraient diminuer encore le rendement.
Néanmoins, le prototype Hélios V en cours de conception disposera de 4 roues. Ce choix découle de la volonté de l’équipe de rendre le véhicule plus réaliste, plus en adéquation avec l’automobile actuelle.
Le choix du 4 roues tient également dans la relative réduction de la surface frontale (et donc de la force aérodynamique) puisque les pantalons des roues arrières sont "masqués" par ceux de devant. La course australienne est de plus très rectiligne ce qui explique qu'un différentiel ne soit pas indispensable comme c'est le cas pour les voitures courantes qui absorbent les virages.
Les autres voitures solaires ?
Lors du World Solar Challenge (WSC) et du North American Solar Challenge (NASC), beaucoup d'équipes du monde entier concourent. En France, à part Hélios, seuls quelques autres équipes sont présentes sur le territoire, certainement trop peu nombreuses. Ce faible engouement est probablement à mettre sur le compte du manque de courses françaises ou européennes. Néanmoins, cela est en train de changer avec la mise en place du premier European Solar Challenge en septembre 2010 ainsi que le Solar Event Family, course autour du lac du Bourget qui commence à accroître sa notoriété. Au nombre des équipes françaises, on peut citer la voiture de l'université Jules-Verne d'Amiens, celle du CNRS de Toulouse et celle du CUST de Clermont-Ferrand.
Venturi Eclectic, la première voiture solaire commerciale
Le constructeur Venturi installé à Monaco propose le premier véhicule solaire commercialisé à énergies renouvelables. En lançant le premier "toit solaire" et une petite éolienne sur un véhicule commercialisé Venturi montre la voie vers des véhicules autonomes. L’Eclectic, véhicule urbain autonome fonctionnant à l’énergie solaire
Véhicule électrique solaire , l’Eclectic est équipée de batteries qui se rechargent de façon autonome grâce aux énergies renouvelables (solaire, éolien) ou si nécessaire grâce à l’électricité délivrée par le réseau.
Autonomie allant jusqu’à 50 km pour une vitesse de 50 km/h.
La production solaire (2.5 m² de cellules photovoltaïques) en une journée d’exposition permet de parcourir 7 km, à une vitesse maximale de 50km/h. La production de une ou plusieurs éoliennes fixées sur le toit pendant le stationnement (en option) en une journée de bon vent permet de parcourir 15km . La recharge intégrale du véhicule (sur le secteur) prend 5 heures et permet de parcourir 50km.
Le toit de l’Eclectic est composé de cellules photovoltaïques translucides
Voiture solaire : quelle différence avec ma voiture ?
Pourquoi tout ce travail? Et bien parce que si une voiture de course et une voiture grand public sont déjà bien différentes, une voiture solaire l'est encore bien plus. Parcourir le plus vite possible une distance de 3000 kms avec pour seule énergie le solaire demande à repenser l'automobile de ses dimensions jusqu'à sa direction ou ses suspensions.
Le plus simple serait de partir des points communs. Tous les prototypes Hélios sont dotés de roues directrices avant mais à propulsion électrique arrière. Elles sont dotées d'un volant avec direction par crémaillère ou excentriques. Enfin, les pneumatiques sont "tubeless" (sans chambre à air), et les véhicules disposent de suspensions.
Pour le reste, les moteurs électriques hauts rendements souvent spécifiques aux véhicules solaires, le bras oscillant arrière, les suspensions triangulaires, toute une électronique dédiée au moteur et au panneau, des batteries performantes, une carrosserie carbone et Kevlar légère alliée parfois au Nomex, les inserts et éléments tubulaires en aluminium, les pneus uniques, etc... sont autant d'éléments que vous ne trouverez pas sur les voitures "classiques", à part peut-être la carrosserie carbone des véhicules très haut de gamme et les suspensions triangulaires des formules de course.
Voiture solaire - Cela coûte-t-il cher ?
Oui. Tout dépend aussi de ce que l'on compte dans la réalisation du véhicule, qui coûte déjà 100 000 euros. Avec les études, les partenariats, le temps consacré par les membres, etc, … on atteint environ 300 000 euros. Un prototype unique et performant est à ce prix là !
Quelles vitesses peut-on atteindre ?
La tension du pack de batteries fixe la vitesse maximale théorique atteignable par le moteur. Nous n'avons pas réalisé la voiture dans cette optique, mais nous avons atteint environ 110 km/h sur la ligne droite du circuit de Darwin en Australie. Plus on roule vite, plus on consomme, et nous n'avons pas roulé à cette vitesse pendant la course, même si les pilotes se sont parfois surpris à rouler à 95km/h. L'équilibre entre apport du panneau solaire et consommation se trouve aux alentours de 65km/h.
Voiture solaire - Quelle puissance développe le moteur ?
Le moteur est dimensionné pour une puissance maximale d'environ 8kW soit un peu plus de 10 chevaux. Pour le WSC 2009, la puissance moyenne a été de 750W soit 1 cheval. A titre indicatif une bouilloire consomme environ 1000W. Ces puissances sont bien inférieures aux puissances des véhicules thermiques, et même des récents véhicules électriques. Le poids réduit et son efficacité aérodynamique font que le prototype Hélios 4 n'a pas besoin de consommer plus.
Voiture solaire - Cela fait-il du bruit ?
Les véhicules électriques (ou hybrides avec moteur électrique) sont réputés pour leur silence. Cette réputation est méritée, à tel point qu'il faut parfois ajouter des systèmes de "bruiteur" pour que les piétons fassent attention à eux. Sur Hélios c'est aussi souvent le cas, d’autant plus qu'elle est très basse. Contrairement à ses « cousines » électriques, le moteur d'Hélios est peu isolé puisque directement sur la roue arrière, on peut donc entendre son bruit particulier à l'accélération, bien qu’il soit bien loin du niveau sonore des moteurs thermiques.
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