décarboner la mobilité rouler sans pétrole
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-
1DCARBONER LA MOBILIT : ROULER SANS PTROLE ? Jacques PORTALIER Spring School Dijon Mars 2015
-
2Mobilit & Energie
Consommation des vhicules : un peu de physique
Le cas Franais
Perspectives
-
3MOBILITE
-
4Monde 25%
Europe 30%
Energie et Mobilit : les transports dans lnergie finale
Transportation
Residential/Commercial
Industrial
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1990 2000 2010
Source : Exxon WEO 2014
Residential/Commercial
28%
Transportation25%
Industrial47%
2010
Residential/Commercial
33%
Transportation30%
Industrial37%
2010
MToe
MToe
Transportation
Residential/Commercial
Industrial
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1990 2000 2010
-
5Monde : 96%
Europe : 93%
Energie et Mobilit : transports = ptrole (ou presque)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1990 2000 2010
Oil T Other T Gas T Biofuels T
Chine : 92%
0
50
100
150
200
250
300
350
1990 2011
OTHER FUELS
BIOFUELS
ELEC
OIL
0
50
100
150
200
250
300
350
1990 2011
OTHER FUELS
BIOFUELS
ELEC
OIL
MTOE MTOE
Source : Exxon WEO 2014
Source : WEO AIE 2013
MTOE
-
6Transports = mobilit des personnes . & des biens
Source : Exxon WEO 2014
Environ :
Personnes : 50%
Biens : 50 %
-
760% Conso Eg Transport = Personnes
Transports = mobilit des personnes . & des biens
0
10
20
30
40
50
60
1
9
8
0
1
9
8
2
1
9
8
4
1
9
8
6
1
9
8
8
1
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9
0
1
9
9
2
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
r
2
0
0
2
r
2
0
0
4
r
2
0
0
6
r
2
0
0
8
r
2
0
1
0
Marchandise Elec
Marchandise Ptrole
Passager elec
Passager Ptrole
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1
9
8
0
1
9
8
2
1
9
8
4
1
9
8
6
1
9
8
8
1
9
9
0
1
9
9
2
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
r
2
0
0
2
r
2
0
0
4
r
2
0
0
6
r
2
0
0
8
r
2
0
1
0
Source SOES : CONSOMMATION D'NERGIE DE TRACTION SELON LE MODE DE TRANSPORT (sur le territoire mtropolitain)
-
8EN RESUME Transports = 25% 30% de la consommation dEg finale
Transports = 95% Ptrole (+ 3% bio carburants)
Mobilit des personnes environ 50% de lEg finale des transports
Mobilit des personnes : >80% automobile. Croissance de larien
-
9AVANT DE PARLER SOLUTIONS,
UN PEU DE PHYSIQUE :
LA CONSOMMATION DUN VEHICULE
-
10
Une voiture (ou autre chose)
Les postes de consommation dnergie- Frottements :
- Rsistance arodynamique
- Rsistance au roulement Pneu et/ou frictions internes
- Changement de vitesse Energie Cintique- Changement daltitude Energie potentielle- Alimentation des quipements de bord (chauffage, radio, clim,
clairage, smartphone, .)
-
11
Lquation pour une automobile
Pour faire avancer un vhicule une certaine vitesse, dans une pente et lui communiquer une acclration il faut lui appliquer une Force de traction
Ftraction : force de traction, ou effort moteur, communique au contact sol/pneu (N)
Frr : force de rsistance au roulement (N)
Faro : force de rsistance arodynamique (N)
Ffrott mca : force de frottement de la mcanique interne (N)
Fpente : effort d la pente (N), peut tre rsistif ou moteur
M : masse du vhicule (kg)
V : vitesse vhicule (m/s)
: acclration vhicule (m/s)
L quation peut tre crite en puissance en multipliant tous les termes par V
= = ( + + + + )
= + + + +
-
12
Une modlisation simplifie de leffort peut tre donne par :
CRR = coefficient de rsistance au roulement
M : masse sur le pneumatique
= angle de la pente = atan (), avec : pente en %
Leffort de rsistance au roulement : modle simple
)/()cos()/()(1000
1)( 2 tKgCrrsmgKgMNFrr =
Cet effort est d : aux dformations du pneumatique (structure et gomme)
au brassage arodynamique de lair autour du pneumatique
aux glissements qui se produisent dans laire de contact entre le pneumatique et le sol
Lordre de grandeur est de 100-200 N pour les 4 roues
Cet effort varie : Pression pneumatique
vitesse vhicule
rugosit sol
temprature (pneu, sol, air)
temps de roulage
-
13
L effort arodynamique est gal
Avec : : densit de l air (kg/m3)S : maitre couple du vhicule (m)
Cx : coefficient de forme
V : vitesse vhicule (m/s)
L effort varie beaucoup en fonction de la vitesse :12N 20 km/h
1200N 200 km/h
Leffort arodynamique
2
21 VCSF xaero =
Le S est bien connu il est dtermin partir des cotes du vhicule
il est li aux exigences dhabitabilit du vhicule
il est compris entre 1,8 et 2,5 m
-
14
Les efforts frottement mcaniques internes
Ces efforts correspondent l ensemble des autres frottements mcaniquesTrane des triers de frein
Trane des roulements de roues
Il existe un compromis entre le mordant du frein et la trane.Pour avoir du mordant on va rapprocher les pastilles du frein du disque ce qui augment la probabilit d un frottement rsiduel.
La trane de frein est galement trs dpendante de la qualit gomtrique des triers de frein (forte dispersion entre fabricants prestation quivalente)
L ordre de grandeur est de 20 100N pour un vhicule
Cet effort :est peu important sur les performances vhicules
peut tre important sur la consommation (de 0,1 0,5 l/100)
-
15
Leffort d la pente
L effort d la pente est gal :
M : masse pesante du vhicule
= angle de la pente = atan () avec : pente en %
Cet effort est soit moteur, soit rsistif
Cet effort peut tre important aussi bien en monte (important pour le dimensionnement du moteur) quen descente (dimensionnement du freinage en poids lourd)
)sin(= gMFpente
-
16
La masse vhicule
La masse vhicule intervient de deux manires diffrentes :
la masse pesante qui appuie sur les pneumatiques
c est la grandeur qui est prise en compte pour le calcul des efforts pneumatiques (F = m*g*crr)
la masse inertielle qui soppose une variation d acclration (F =m * )
-
17
Leffort de traction est leffort efficace ralis par le moteur ramen la roue (au contact pneu/sol). Il sexprime en N.
En puissance
Leffort de traction
moteurtranstraction PP =
NCVFVPF
mottransvhtraction
vhmottranstraction
=
=
trans = rendement de la transmission
Puissance vhicule
0 1 1 23 4
5 79
1215
1923
28
34
41
49
58
67
78
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Vitesse (km/h)
P
u
i
s
s
a
n
c
e
(
k
W
)
Puissance de traction multiplie par 2 entre 100 et 130km/h (d aux efforts aro)
x2
-
18
Ordre de grandeur: rpartition des efforts plat V constante
REPARTITION DES EFFORTS D'UN VEHICULE A VITESSE STABILISEE
12 11 10 9 8 7 6 5 4 4 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1
8680
72
6354
4640
3429
26 23 20 18 17 16 15 14 14 14 13
29
1828
3847
5561
67 71 74 77 79 81 82 83 84 85 85 86
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Vitesse vhicule (km/h)
%aro%pneu% frott
Loi 50-50: 50km/h, rpartition 50% aro et 50% effort rsistance au roulement
-
19
Ordres de grandeur: Puissance en pente 6% - V constanteP u issan ce 6% p en te s tab ilis
3 69 1 2
151 9
232 7
323 7
4349
566 3
7 2
81
91
10 2
1 13
12 6
0 ,0
20 ,0
40 ,0
60 ,0
80 ,0
100 ,0
120 ,0
140 ,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
V itess e (km /h )
P
u
i
s
s
a
n
c
e
(
k
W
)
Rpartition des efforts 6% pente en stabilis
12 12 11 11 11 10 10 10 9 9 8 8 8 7 7 6 6 6 5 5
0 0 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
88 87 85 83 81 79 76 73 70 66 63 60 57 54 51 48 46 43 41 39
0 1 3 5 7 10 13 16 20 23 27 30 34 37 40 43 46 49 52 54
0%
20%
40%
60%
80%
100%
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Vitesse vhicule km/h)
aero
pente
frott meca
pneu
-
20
Les caractristiques nergtiques du moteur : le rseau de consommation
Le rseau de consommation moteur caractrise le rendement nergtique du moteur => conversion de lnergie chimique du carburant en nergie mcanique
pour chaque point de fonctionnement => caractris par un rgime de rotation & une puissance (ou un couple).
Le rseau moteur prend en compte la consommation de puissance des diffrents accessoires ncessaires pour que le moteur tourne en autonomie
pompe hydraulique de direction assiste non dbitante
pompe vide en diesel non dbitante
alternateur et bilan lectrique moteur seul
pompe haute pression mcanique diverses
courroie d entranement des accessoires
-
21
Le rseau de consommation du moteur
Le rseau en pelure doignon
Iso puissance 14,6 kW
Iso puissance 8,4 kW90 km/h
110 km/h
-
22
Le rseau consommation : rendements
Moteur essence (rdt max 34%)
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 55001
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
Rgime (tr/mn)
Pme (bar)
34,0-36,032,0-34,030,0-32,028,0-30,026,0-28,024,0-26,022,0-24,020,0-22,018,0-20,016,0-18,014,0-16,012,0-14,010,0-12,08,0-10,06,0-8,04,0-6,02,0-4,00,0-2,0
max= 34%
1
0
0
0
1
2
5
0
1
5
0
0
1
7
5
0
2
0
0
0
2
2
5
0
2
5
0
0
2
7
5
0
3
0
0
0
3
2
5
0
3
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Rgime (tr/mn)
Pme (bar)
GROS DIESEL TURBORendement
38,0-40,036,0-38,034,0-36,032,0-34,030,0-32,028,0-30,026,0-28,024,0-26,022,0-24,020,0-22,018,0-20,016,0-18,014,0-16,012,0-14,010,0-12,08,0-10,06,0-8,04,0-6,02,0-4,00,0-2,0
m ax = 39%
Moteur Diesel (rdt max 40%)
Meilleurs rendements (moteurs Diesel marins) : 55%
-
23
Exemple de bilan nergtique vhicule dans un roulage mixte
-
24
A vous de jouer !
Selon vous, quelles sont les solutions pour rduirelempreinte carbone de la mobilit des personnes ?
Quelles difficults ?
Quels lments facilitants ?
-
25
QUELQUES LMENTS DE REPONSE
UN CAS PRATIQUE : LA FRANCE
-
26
Pas de French Paradox
T
R
A
N
S
P
O
R
T
S
/
M
O
B
I
L
I
T
E
S
+3%/y+1,8%/y
Automobile & mobilit :
-
27
T
R
A
N
S
P
O
R
T
S
/
M
O
B
I
L
I
T
E
S
Automobile & Energie : + de 95% de Ptrole
93%
0%2%
5%
7%
Transports (France 2011)source : SOeS
Ptrole (produit raffins)GNVElectricitENR & dchets
-
28
Donc pour dcarboner la mobilit
. ya qu .
Faire des voitures qui consomment peu
Rouler avec une nergie propre
. mais avant de parler solutions, prcisons la question :
X XMobilit
Parc : 31,5 M
12000km/y D : 6,5 l/100kmE : 7,7 l/100km
D : 56% (EU 36%)E : 44%
2M
Vhicules neufs
-
29
Les clientsdiversit + acteur essentiel
Pour quil y ait concrtisation, un lment central : les CLIENTS, diffrents par
leurs besoins
leurs motivations
leurs contraintes
Proposer une varit de produits & services
Attractifs,
Adapts,
Avec la meilleure performance CO2/nergtique
TRENDS
ContrainteBudgtaire Mobilit et travail
Image & Valeursautomobiles
SensibilitEnvironnementale
Besoin dun espacedintimit
ContraintesRglementaires
Efficacit du Temps
Vitesse commerciale
Accs la mobilit
Evolution segmentation des mobilits
(occasionnelle, rgulire, longue distance)
-
30
New Car market(y to y 2035)
Powertrain mix (E/D/El) Volumes Fuel consumption Annual mileage
Parc Automobile & Dynamique de Parc
E : EssenceD : DieselEl : Elc
Fleet of Ref Year By fuel x age Fuel consumption by age Annual mileage by age
Parameters Survival law = f(age, year) or
Equipment rate Annual mileage evolution = f(age)
Fleet Forecast( 2035)
Fleet structure (E/D/El) & by age Fuel demand/CO2 by fuel type Mileages
-
31
Et donc en partant dun besoin en voyageurs.km donn
La voiture
Son usage
Sa conduite
-
32
La voiture
Sa consommationLa silhouette
Masse
Aero
Pneu
Le groupe motopropulseurRendement
Rcupration
Son carburant Carburants Fossiles
Essence
Gazole
GNV
GPL
Biocarburants1re, 2me, 3me gnration
Electricitdont hybridations
-
33
Le Crr :
Ordre de grandeur de Crr pour pneus de vhicule classique:
Pneus standard: 9,5 12 Kg/t
Pneus basse rsistance: 8 9,5 Kg/t
Pneus ultra basse rsistance: 6,5 8 Kg/t
Roue chemin de fer (dformation en flexion du rail): 2 Kg/t
Roue mtro: 5 Kg/t
Historique pour vhicules classiques En 1880: 30Kg/T
En 1920: 20Kg/T
En 1950: 15Kg/T
En 2000: 9Kg/T
/2
-
34
Leffort arodynamique : panorama SCx
C x =0 ,27
C x =0 ,29
C x =0 ,3 1
C x =0 ,25
C x = 0 ,33
C x =0 ,3 5
0 ,53 0 ,55 0 ,57 0 ,59 0 ,61 0 ,63 0 ,65 0 ,67 0 ,69 0 ,71 0 ,73 0 ,75 0 ,77 0 ,79 0 ,81 0 ,83 0 ,85
1 ,80 1 ,85 1 ,90 1 ,95 2 ,00 2 ,05 2 ,10 2 ,15 2 ,20 2 ,25 2 ,30 S u rfa ce fro nta le (m )
S .C x (m )
Le S Cx dpend de la surface et du coefficient arodynamique Cx
-
35
La course la rduction de conso/CO2 des vhicules neufs : lEurope est partie devant mais les plus gros marchs se sont lancs dans la course
En 2020 : cibles rglementaires
similaires en tenant compte des
diffrences :
- de cycles et conditions de mesures
- de mix segments
- de mix Essence / Diesel
-
36
EFFET PARC
Le CARBURANT : un levier complmentaire pour rduire le CO2 automobile
-
37
Le CARBURANT : un levier complmentaire pour rduire le CO2 automobile
Et la mobilit lectrique . et bien a dpend
-
38
Son Usage
co-voiturage
EFFET PARC
Auto-Partage
Carsharing
Location TCD
DIFFUSION & UTILISATION
DES VEHICULES BAS CO2
1,2
-
Sa conduite
VITESSE
SOUPLESSE
ACCESSOIRES
EFFET PARC
-
Sa conduite
-20%
GPS 3D + ACC
Car2x : Trains de voitures
-
41
En synthse
Besoin de conduire des actions cohrentes vis--vis des diffrents termes de lquation :
maximiser Rsultats/Efforts
viter les effets rebonds
Ne pas oublier
X XMobilit
Parc
xx000km/y D : x l/100kmE : y l/100km
D : %E : %
Elec : %
Vhicules neufs
-
42
ET POUR FINIR, QUELQUES ELEMENTS SUR LES DYNAMIQUES AUTO A LUVRE DANS LES DIFFERENCES REGIONS
-
Global Choice for Different Markets
Car type
Fuels
Maturity & Dynamic
Customers
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
60
20
10
50
40
30
0
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
70Passenger car market volume (million) World
sales
-
Projections Parc auto
Passenger car fleet (2011) : 900 Million de vhicules
Passenger car fleet (2030) : 1800 Million de vhicules ?
PC
PLDV
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