2.
Historique et fonctionnement
Il
est maintenant temps de se familiariser avec les véhicules de l’avenir, ceux
qui peupleront nos routes dans quelques années d’ici. Bien sûr, il existe plusieurs autres sortes de véhicules
que ceux que je vais vous proposer. Voici
donc un résumé de l’historique et du fonctionnement de l’automobile
hybride, au méthanol et au dihydrogène.
2.1.Historique
et fonctionnement de la voiture hybride
La voiture hybride apparaît au début du siècle en
1902, la compagnie Krieger vend à Paris une voiture comprenant un moteur à
combustion et une génératrice actionnée par ce dernier.
Par la suite, le véhicule hybride est relégué au placard à cause du développement
des automobiles à combustion qui offrent un meilleur rendement à cette époque.
Il faut dire que le réchauffement climatique n’était pas une grande
préoccupation. Ensuite, dans les
années soixante dix, la voiture hybride connaît un second souffle face à un
problème de pollution. Puis, jusqu’à aujourd’hui, on n’a pas cessé de l’améliorer
pour lui tailler une place sur le marché, chose qui arrive à grand pas.
Pour subvenir aux besoins énergétiques
que l’utilisateur demande à sa voiture, la pile électrique doit être très
bien conçue. En fait, il existe
plusieurs types de piles utilisées mais la plus répandue est celle au
plomb-acide. Pour bien comprendre
le fonctionnement de la voiture hybride, il faut savoir qu’il y en a deux
types : en série et en parallèle. Commençons
par le type « en série ». Ce mode d’accouplement entre les deux moteurs génère
moins de puissance que le type « en parallèle » parce que la fonction du
moteur à combustion est de recharger la pile qui s’occupe d’actionner le véhicule.
Cependant, l’avantage est que vue la régularité avec laquelle le
moteur à combustion travaille, il consomme moins d’essence que l’autre
type. Le type parallèle lui peut
rouler soit avec le moteur électrique, soit avec le moteur à combustion dépendant
des circonstances. Lorsque le véhicule
roule à vitesse réduite le système électrique travaille et le moteur à
explosion recharge les batteries. Puis
quand la demande d’énergie devient trop grande par exemple lors d’une accélération
le moteur à combustion vient aider le moteur électrique.
Finalement quand la voiture atteint une vitesse stable, le moteur à
essence reprend le rôle de fabriquant d’énergie comme dans le type «en série ».
2.2 Historique et fonctionnement de la voiture au méthanol
En
1839, Sir William Grove a inventé la pile à combustible en constatant que
lorsque l’hydrogène et l’oxygène se combinaient ensemble après l’électrolyse
de l’eau ceci donnait lieu à une production d’énergie.
Ensuite, après des années de développement, la NASA employa en premier
la pile à combustible dans les années soixante pour en équiper leurs véhicules
spatiaux comme générateur. Il y a
eu aussi quelques prototypes de véhicules qui furent équipés d’un moteur
qui utilisait du méthanol comme carburant.
Par la suite, dans les années soixante dix les matériaux furent améliorés
et depuis, nous les retrouvons dans plusieurs domaines et dans quelques
prototypes de véhicules.
La pile à combustible au méthanol est très
similaire à la pile à hydrogène. La différence est que la pile à combustible décompose le méthanol
(CH3OH) en hydrogène qui sera ensuite acheminé au purificateur qui
filtrera le carburant et rejettera les minimes quantités de monoxyde de carbone
et de dioxyde de carbone produit par la décomposition du méthanol gardant
seulement l’hydrogène. Par la
suite, l’hydrogène amené à la pile se recomposera avec l’oxygène pour
former de l’eau qui sera ensuite évacuée par le système d’échappement
gardant ainsi seulement l’énergie électrique produite nécessaire pour la
voiture. (Voir l’annexe I). Le phénomène se produisant dans la pile est aussi valable
pour la pile à hydrogène et la voici. Le
dihydrogène arrive sur l’anode et se transforme en deux ions de H+
et va libérer deux électrons qui seront capté par l’anode.
Ensuite les ions de H+ et les électrons poussés à la
cathode se combinera avec l’oxygène pour faire la réaction que l’on connaît.
(Voir l’annexe II).
2.3. Historique et fonctionnement de la voiture au dihydrogène
L’hydrogène,
découvert par Henry Cavendish en 1766, intrigue beaucoup d’ingénieur en tant
que carburant du futur pour les automobiles, d’où remonte cet intérêt ?
Et bien il faut dire que la pile à hydrogène est étroitement liée à
la pile à combustible alimentée au méthanol.
La pile à hydrogène n’a pas un curriculum vitae très remplit en ce
qui a attrait aux voitures. Cependant, elle a une grande expérience dans le domaine aérospatial
où l’hydrogène sert de carburant aux navettes spatiales et à d’autres
modules qui sont envoyés dans l’espace. Toutefois, leur avenir est prometteur dans le domaine de
l’automobile, voici leur fonctionnement.
Les modes de production de l’hydrogène
sont : à partir de carburants
fossiles, de l’électrolyse de l’eau et puis avec de la biomasse.
La méthode est simple : il
faut décomposer les molécules pour en tirer l’hydrogène.
Le mode de stockage le plus utilisé est sous forme comprimé.
Le problème à résoudre est la faible densité volumétrique de
l’hydrogène pour avoir un rendement acceptable il faudrait augmenter la
pression jusqu’à 800 bars or la pression utilisée dans les réservoirs dans
les voitures est de 350 à 700 bars. Le
procédé consiste à une compression en plusieurs étages avec un
refroidissement entre chaque étape.
Alors,
une fois l’hydrogène produit et stocké dans les réservoirs, il faut
produire de l’énergie pour faire avancer le véhicule.
La réaction par laquelle l’hydrogène produit de l’énergie est très
simple : H2 + ½O2 = H2O + Énergie.
(Voir l’annexe II).
Cette réaction produit 290 kilojoules par mole de H2.
C’est à dire, 120 mégajoules par kilogramme (MJ/kg) d’hydrogène
parallèlement au pétrole qui ne produit que 45 MJ/kg.
Cette pile, est composée d’une cathode, d’une anode, d’un
catalyseur et d’un électrolyte. Dans les piles, l’anode et la cathode
s’occupent d’accoupler les atomes d’hydrogène et d’oxygène ce qui génère
que de l’eau pure à 99,9% mais surtout de l’énergie capable de faire
avancer le véhicule.
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