Electrique > Pourquoi les voitures électriques ont des écarts de consommation importants ? 20/07/2021

Pourquoi les écarts de consommation sont plus importants sur les électriques


La voiture électrique bouleverse nos habitudes au niveau du ravitaillement, notamment en raison d'une durée bien supérieure à celle d'une voiture thermique. Mais cela ne s'arrête pas là, la propulsion électrique induit aussi des consommations bien différentes que sur celles d'une voiture à moteur conventionnel, avec des écarts qui sont bien plus importants. Car si sur une électrique il est très facile de passer de 13 à 26 kWh de consommation aux 100 km (donc + 100% entre un usage et un autre), les thermiques se limitent généralement à des écarts qui s'élèvent grosso modo à +40/50% sur une essence (7 à 10 litres) et plutôt +20/30% sur les diesel (6 à 8 litres). Autre antagonisme, la voiture thermique dépensera plus d'énergie à basse vitesse qu'à des allures plus élevées (jusqu'à une certaine limite évidemment), c'est l'inverse sur l'électrique.


Nous allons donc ici expliquer quelles sont les raisons à cela, car c'est en effet la concomitance de plusieurs effets qui mènent à ce phénomène.

Deux manière de dépenser l'énergie


Les voitures thermiques et électriques valorisent de manière très différente l'énergie qu'elles transportent. Alors que la voiture thermique consomme tout le temps de l'énergie, même à l'arrêt (moteur tournant), la voiture électrique ne dépense son énergie que pour ce qui est nécessaire. Quand vous roulez à basse vitesse (disons 30 km/h), la voiture électrique ne dépensera que ce qui est nécessaire pour arriver à cette vitesse. La voiture thermique aura quant à elle tendance à dépenser plus que ce qui est nécessaire en raison d'un moteur qui tourne continuellement mais aussi de l'énergie qui est perdus en grande partie en chaleur (perte d'environ 60 % en chaleur sur une thermique, c'est plutôt 15% sur une voiture électrique car il y a quelques pertes en au niveau de la batterie et du moteur qui chauffent eux aussi un peu).
Un moteur thermiques est une machine "lancée" dont le cycle perpétuel nécessite un apport énergétique (carburant) continuel tandis que la voiture électrique stoppe toute consommation à l'arrêt ou même lors de la décélération (mieux, elle reprend de l'énergie lors de la récupération). Un thermique fonctionne entre 1000 et 5000 tours alors qu'une électrique va de 0 à 20 000 tours, on peut donc avoir un moteur qui ne consomme plus rien à l'arrêt ou à la décélération, tout comme profiter de très basse consommation à basse vitesse en raison de régimes pouvant être très faibles (avec un thermique ça cale).


Voiture thermique, son moteur a une plage de régime limité et il commence aux alentours de 900 tours/minute

Pour résumer, une voiture thermique contient beaucoup d'énergie (1 litre est environ égal à 10 kWh !) avec environ 500 kWh à bord pour un réservoir de 50 litres. Une grosse voiture électrique de 100 kWh a donc à peu près l'équivalent de 10 litres de carburant maximum ... Pour se mouvoir, la thermique va utiliser environ 200 kWh (20 litres) de ses 500 kWh tandis que l'électrique va employer 85 kWh de ses 100 kWh à disposition, soit l'équivalent de 8.5 litres.


La plage de régime de la voiture électrique est immense, avec un régime qui débute dès 1 tour/minute (pas nécessaire d'avoir une rotation constante comme sur un thermique)

La voiture électrique embarque très peu d'énergie mais elle va l'utiliser de manière bien plus efficiente pour obtenir du mouvement (et non pas perdre beaucoup de cette dernière en chaleur).
On aura donc de micros consommations en électrique quand la sollicitation est faible (ne dépense que ce qui est nécessaire) alors qu'en thermique on sera déjà à des niveaux assez élevés dès les plus petites vitesses, mais cela s'explique aussi en grande partie à cause de la transmission et de la plage de régime très restreinte du thermique.

Régime moteur et rapports de transmission

L'autre différence se situe au niveau de la transmission qui se limite à un seul rapport sur une électrique. Un moteur électrique qui fonctionne avec des électrons et des boîtiers de puissance peuvent atteindre des régimes extrêmement élevés (on peut avoir des fréquences "d'injection d'électrons" très grandes), chose qui est impossible avec des pièces mobiles lourdes tels les pistons et autre vilebrequin (des tensions électriques peuvent être gérées et injectées sur des fréquences très grandes, pas l'injection d'une voiture et encore moins ses pièces mobiles massives). Avec un moteur thermique on atteint dans les 5000 tours/minutes sur les voitures communes alors que sur une électrique on monte plutôt vers les 20 000 tours/minutes comme on l'a dit précédemment.


Cela induit obligatoirement l'apparition d'une boîte de vitesses pour les voitures thermiques, car dans le cas contraire il faudrait trouver un rapport intermédiaire qui fonctionnerait sur une plage maximale de vitesse, à savoir le troisième rapport en général. Mais ce serait quand même fastidieux avec des accélération très molles et des vitesses de pointe très limitées (on aurait alors des écarts de consommation qui se rapprochent un peu plus des voitures électriques).
Sur une voiture électrique on peut s'en passer en raison de son régime maximal très important mais aussi grâce son couple élevé et constant sur la majorité de la plage de régime (du plus bas au plus haut).
Et si l'idéal serait quand même d'avoir une boîte sur les voitures électriques (comme le fait Porsche d'ailleurs), les protagonistes ont abandonné car il n'y a pas d'équipementier qui propose quelque chose d'assez solide (les transmissions disponible sur les marché son conçue pour fonctionner avec des couples plus modestes) et rien ne convient à l'architecture des voitures électriques (en raison du trop grand nombre de rapports et de leur conception faite pour fonctionner avec un volant moteur, bref elles sont faites pour prendre place dans un compartiment moteur de thermique).

A lire aussi : pourquoi les voitures électriques accélèrent plus fort ?

Capacité à consommer de l'énergie en "volume"


N'oublions pas que le moteur électrique peut engloutir bien plus énergie qu'un moteur thermique en pleine charge (ça dépend évidemment aussi des spécificités de batterie et moteur) ... En effet, les moteurs thermiques sont bien plus limités en terme de débit de carburant (pompe de gavage etc.) mais aussi au niveau de l'absorption par le moteur (taille des chambres de combustion, injecteurs, suralimentation qui ne peut pas non plus monter à 10 bars etc.). La voiture électrique peut injecter beaucoup de tension quand on presse fort l'accélérateur, un peu comme si on avait un débit de carburant qui serait assuré par un Karcher ou une lance à incendie ! Bref, techniquement il est aisé de pouvoir créer un "pont énergétique" généreux entre batterie et moteur de voiture électrique, alors que sur une thermique il faudra faire bien plus d'effort pour arriver à un équivalent.
Les régimes élevés atteignables par les moteurs électriques en sont un autre indice, car plus ce dernier est haut plus il faut pouvoir injecter d'énergie pour l'entretenir.
On pourra donc faire exploser plus facilement la consommation sur une voiture électrique si on s'amuse à trop la solliciter, et le souci étant qu'il est parfois difficile de retenir sa jambe droite.




Régénération

Avec la régénération, on accroît encore plus les possibilité de réduire les chiffres de consommation (et donc le delta entre basse et haute consommation). En effet, sur un faux plat légèrement en descente on peut parfois parcourir une bonne distance sans ne rien consommer, voire même avancer tout en remplissant sa batterie ! La régénération accentue donc les écarts de consommations possibles sur une voiture électrique. Je vous invite à revoir le premier graphique en haut de page qui montre des distances parcourues en récupérant de l'énergie (zones en vert).


Comment limiter la casse ?

Si l'ajout d'une transmission serait idéal sur une voiture électrique, certains cherchent d'autres moyens d'y parvenir. On peut citer Tesla qui pour les hauts régimes emploie la réluctance variable afin de limiter l'afflux énergétique à haut régime.

Conclusion

Le résultat de toute cela est qu'on a des voitures électriques qui ont des écarts de consommation bien plus importants que sur les thermiques :

  • Sur le thermique : dépense énergétique qui est importante dès les plus basses vitesses en raison d'un moteur qui fonctionne sur la même plage de régime qu'à plus haute vitesse. Que je sois à 60 de moyenne enville ou à 120 km/h de moyenne sur autoroute, le régime moteur sera à peu près le même, seul le rapport de transmission sera différent. On a donc des consommations qui se rapprochent assez entre base et haute vitesse, puisqu'en bas je consomme déjà pas mal et en haut je compense par une boîte de vitesses qui permet de rester sur des régimes raisonnables. Un moteur thermique a sa consommation liée à son régime et non sa vitesse.
  • Sur l'électrique : je peux consommer quasi rien à basse vitesse en raison de la sollicitation très faible du moteur (régime et "volume" d'énergie injectée). A contrario à haute vitesse j'ai un régime très élevé et donc des injections d'électrons bien plus nombreuses. La manque de rapport de transmission décuple donc encore plus le phénomène, et on a un moteur qui consomme d'autant plus qu'il va vite car son régime est directement corrélé à sa vitesse (cela en raison de l'absence de transmission à plusieurs rapports).

L'écart se justifie donc par le fait que l'électrique ne va dépenser que ce qu'il a besoin, alors que le thermique va dépenser beaucoup d'énergie dès les plus petites sollicitations, faisant alors croire qu'il reste assez sobre à haute vitesse. On a donc des écarts plus importants de consommations.


Sachez que je ne présente sur cette page que des écarts de consommation assez réduits, je dois composer avec des images produites lors de mes essais et je n'avais pas prévu de faire ce genre d'article ... On peut donc bien passer de 14 à plus de 25 kWh avec cette ID.4, tout comme n'importe quel autre modèle d'ailleurs.

Pour finir de comprendre expliquons ce qui se passe en ville et sur autoroute :

  • Thermique / ville : on a beau être à basse vitesse le moteur fonctionne sur des plages de régimes aussi importantes qu'à haute vitesse. Résultat, on a des consommations plus importantes car avec ces mêmes régimes on parcourt moins de distance. Cette grosse consommation à basse vitesse réduit donc mécaniquement l'écart possible entre haute et basse vitesse, avec même une inversion ici par rapport à l'alectrique , plus on roule vite moins on consomme (tant qu'on ne va pas jusqu'au sur-régime, ce qui est le cas en pointe sur le rapport le plus haut)
  • Electrique / ville : on a des régimes très faibles car la vitesse est faible (pas de boîte = corrélation entre régime et vitesse), ce qui induit de petites consommations (sans oublier que le moteur ne consomme rien quand on est à l'arrêt, comme une "super" stop and start. Je ne parlerai pas ici de la régénération qui permet d'encore accentuer le trait)
  • Thermique / autoroute : on est sur une plage de régime qui reste finalement un peu moins élevée qu'en ville tout en ayant une vitesse bien supérieure, on a donc une consommation bien plus réduite par rapport au milieu urbain.
  • Electrique / autoroute : on est sur des régimes moteur très importants et donc un nombre d'injections d'électrons en fréquence élevée, la consommation explose (sachant en plus que la vitesse accroît largement les besoins énergétiques : aérodynamisme et lois physiques qui induisent que plus on va vite plus le besoins en énergie deviennent exponentiels pour encore accélérer. Plus d'infos ici)





Tous les commentaires et réactions


Dernier commentaire posté :


Par syn (Date : 2021-09-01 16:03:20)

petite précision, du pinaillage mais comme c'est en début d'article :

Une voiture moderne ne consomme pas tout le temps de carburant "moteur tournant" puisque ce n'est pas le cas sur le frein moteur

Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-09-02 09:59:30) : Vous pinaillez un peu en effet ;-) Et je suis bien au courant que l'injection est coupée sur le frein moteur rassurez-vous (pas vraiment avec un carbu en revanche).
    De plus, le frein moteur "consomme" de l'énergie cinétique, donc finalement le frein moteur coute bel et bien en énergie (quelque soit sa forme ça revient au même). On peut donc vraiment omettre ce facteur dans la réflexion de l'article.
    Merci malgré tout pour cette participation, toute précision et complément qui amène de la valeur ajoutée est la bienvenue !

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