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Pourquoi les écarts/variations de consommation sont plus importants sur les voiture électriques
CONSOMMATION 
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.
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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.
Voici deux extrêmes que j'ai un peu provoqué de manière intentionnelle. La consommation du haut est négative (j'ai réinitialisé le compteur en haut d'une longue descente) et celle du bas plutôt très lourde (en tirant sur la mécanique)
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).
En rouge la consommation instantanée et en bleu la récupération instantanée. L'e graphisme change car nous sommes sur deux modes de conduites différents (mais c'est la même auto, Kia EV6)
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)
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Fiches techniques voitures électriques
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Dernier commentaire posté :
Par pjmdur (Date : 2021-11-16 09:10:24)
Bonjour,
Il faut toutefois pondérer certaine éléments concernant la consommation.
Elle est extrêmement dépendante de la température.
L'hiver, et tout particulièrement en ville avec ses nombreux arrêts, le chauffage, voire la clim pour assécher l'air, impactent fortement l'autonomie. Ces prestations si activées fonctionnent en permanence, donc à l'arrêt.
Sur un VE, c'est peut être proportionnellement moins sensible du fait de la taille de la batterie, mais sur un PHEV, l'impact est considérable. On peut passer d'une autonomie de 60Km optimale à 40Km par temps froid.
Le chauffage est souvent passif à base de CTP, c'est pas cher et peu complexe, mais c'est pas très efficient.
Les PAC réversibles comme sur la ZOE sont plus efficaces, quoique ce système n'est pas très performant l'hiver.
- Par Admin
ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-11-16 10:13:48) : Merci pour ces réflexions.
Le sujet consiste toutefois à différencier les écarts de consommation entre thermique et électrique plutôt que d'observer les différences de consommations entre hiver et été.
L'électrique est bien plus impacté par le chauffage et la clim que le thermique, et vous semblez dire l'inverse non ?
Quant à la pompe à chaleur, son efficacité dépendra vraiment de son calibrage. Et il faut rappeler que si ça coute en énergie, cela permet de chauffer les batteries qui seront alors plus efficientes dans la manière de libérer l'énergie (ça compense donc, et quand il fait très froid c'est même plus favorable de l'activer : on dépense de l'énergie pour en économiser plus de l'autre côté). - Par pjmdur (2021-11-16 10:40:41) : Bonjour,
Désolé, je me suis mal fait comprendre.
Mais si on raisonne comparatif, l'impact en ville du fait du chauffage peut être énorme sur un VE alors que nul sur un thermique.
Ceci dit, c'est toujours le VE qui va gagner bien que les systèmes de S&S, surtout avec un alterno-démarreur plus fluide, voire un système d'hybridation légère en réduisent la différence.
Faudrait faire des tests comparatifs ville encombrée par temps froid dans ces conditions particulières.
Mais il n'y a de toutes façons pas photo entre un les VE et PHEV en ville versus thermique en dehors de toute idée de moindre pollution.
L'électrique est un pur plaisir en ville, et d'une façon générale dès qu'il y a de nombreux ralentissements sur ronds-points et ralentisseurs par exemple.
Un bon point d'ailleurs aux PHEV qui utilisent la boite de vitesse en électrique(pas tous) comme les 3008 et GLA. Ils sont nettement plus dynamiques entre 0 et 50Kmh qu'un pur VE qui doit travailler avec un seul rapport forcément long. - Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-11-17 14:53:03) : Là on peut dire que je suis d'accord avec vous sur toute la ligne.
L'histoire du chauffage rejoindra un peule thermique car les dernières autos, notamment Megane électrique, vont exploiter la chaleur produite par effet Joule au niveau de la batterie pour chauffer l'habitacle (je suis même étonné que ça n'est pas été pensé d'entré sur tous les véhicules électriques, même les plus anciens).
Encore merci pour ces réflexions à forte valeur ajoutée ;-) Car certains commentaires ne volent pas très haut (mais je ne leur en veux pas évidemment !).
Suite des 2 commentaires :
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Par syn (Date : 2021-09-01 16:03:20) |
Petite précision, du pinaillage mais comme c'est en début d'article :
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