Consommation et émissions de CO2 : la baisse, objectif n° 1 des constructeurs

D’un côté, il y a la flambée des prix du carburant qui entraîne une demande accrue pour des véhicules plus sobres. De l’autre, la lutte contre le CO2 s’intensifie avec des normes Euro toujours plus sévères. Sous pression, les constructeurs généralistes et haut de gamme n’ont d’autre choix que de s’engager dans une course vertueuse à la limitation de la consommation de carburant et des émissions de CO2. Une démarche qui passe par l’optimisation des moteurs, la technologie hybride ou encore l’allègement du poids. L’enjeu ? Améliorer le bilan énergétique des véhicules sans pour autant altérer les performances, le confort ou la sécurité.

Malgré les compromis à trouver et les attentes du marché parfois contre-productives, les progrès réalisés se révèlent considérables : selon l’Ademe, la moyenne des émissions de CO2 des véhicules vendus en Europe a reculé de 50 g en seize ans et de 10 g au cours des deux dernières années. En France, les véhicules immatriculés en 2011 émettaient en moyenne 127 g/km de CO2, contre 136 g pour les pays de l’Union européenne. Mais la route est encore longue pour atteindre l’objectif de 95 g prévu par la norme Euro 7 en 2020.

En attendant, la diminution importante de la consommation est due principalement à l’offre des constructeurs. Pour la plupart, ils se sont recentrés sur des motorisations moins énergivores et plus efficientes, en recourant au downsizing. Une pratique qui consiste à réduire la taille des moteurs pour les rendre plus sobres et efficients, sans toutefois baisser leurs performances. Cela nécessite l’utilisation de technologies spécifiques, telles que l’injection directe et la suralimentation par turbocompresseurs. À cela s’ajoutent l’augmentation des taux de compression et la résistance des pièces mécaniques pour améliorer les rendements.

Des moteurs plus efficaces et moins énergivores

Amorcé il y a une vingtaine d’années sur le diesel, le downsizing s’applique aux moteurs essence depuis moins longtemps, avec encore de belles perspectives d’évolution. Selon les constructeurs, le plus gros a déjà été fait ces dix dernières années sur la cylindrée et le perfectionnement mécanique, mais on peut encore espérer gagner 10 % d’efficacité sur les moteurs carburant au gazole et 20 % sur ceux fonctionnant au sans plomb.

« Il n’y aura plus de grandes avancées sur le downsizing, mais le progrès continue », confirme François Roudier, porte-parole du CCFA (Comité des constructeurs automobiles français). « Le travail devient de plus en plus minutieux pour les ingénieurs. On avance désormais à petits pas, gramme par gramme, en améliorant tous les composants des moteurs. » Cette évolution dépend surtout des moyens consacrés pour renforcer la pression d’injection ou accroître le nombre de turbos. Or le coût de ces perfectionnements n’est pas toujours rentable pour les constructeurs, notamment sur les modèles bon marché.

Les constructeurs misent sur le downsizing

  Cependant, les motorisations downsizées ne manquent pas. Dernier en date, le très sophistiqué 3 cylindres essence 1.0 Ecoboost de Ford. Développant 125 ch, il est proposé sur la Focus et arrivera prochainement sur la Fiesta et le C-Max. Le rapport puissance/cylindrée atteint ici son paroxysme grâce à l’adoption d’une injection directe de seconde génération et d’un turbo. Résultat, des performances comparables à celles d’un moteur 1.6 traditionnel, alors que la consommation se limite à 5 l/100 km en cycle mixte (114 g de CO2). Et la version dégonflée de 100 ch descendra à 109 g. Un bilan exceptionnel pour un moteur essence, qui aurait été impensable il y a encore quelques années.

Dans le même esprit, PSA mise sur la nouvelle génération de 3 cylindres essence VTi disponible sur la nouvelle Peugeot 208. Moins performant, ce bloc de 68 ch ne consomme que 4,3 l/100 km (99 g de CO2). C’est 2 l de moins que la 207 VTi qu’elle remplace et 46 g de CO2 de gagnés ! Renault rétorquera d’ici la fin de l’année avec un 3 cylindres downsizé sur la Twingo et la Clio V, susceptible de diminuer les émissions de 25 à 30 % par rapport à une motorisation « classique ».

Fiat a également fait beaucoup parler de lui avec son bicylindres TwinAir commercialisé sur la 500, la Panda, la Punto et bientôt sur le monospace 500L. Avec sa cylindrée de 0,9 l, c’est l’un des plus petits moteurs du marché ; mais grâce à la suralimentation et à son système MultiAir (optimisation de l’entrée d’air dans les cylindres), il assure un rapport puissance/consommation intéressant : 85 ch pour 4,1 l/
100 km (95 g de CO2) sur la 500.

Des rapports puissance/CO2 toujours plus avantageux

Cette nouvelle vague de mini-moteurs essence est suivie par des 4 cylindres suralimentés de dernière génération, TSI chez Volkswagen, TCE chez Renault, MultiAir chez Fiat. Qui n’ont plus grand-chose à envier aux moteurs diesel en matière de raffinement technologique comme de bilan énergétique. Audi est d’ailleurs en train de généraliser un système de « cylindres à la demande » sur l’A1 et l’A3 1.4 TSI, qui désactive deux des quatre cylindres en ville pour diminuer la consommation lorsque la pleine puissance n’est pas nécessaire. Une innovation parmi d’autres qui pourrait modifier à terme le mix énergétique en faveur de l’essence, en tout cas sur les segments A et B.

S’ils semblent plus proches de l’optimum, les diesels n’ont pas dit leur dernier mot. On pense au nouveau 1.6 dCi Renault qui équipe le Scénic ou la Mégane. Ce moteur émet 30 g de CO2 de moins que son prédécesseur 1.9 dCi, tout en conservant la puissance de 130 ch. Une belle illustration de downsizing. Chez les constructeurs haut de gamme, BMW, Volvo ou Mercedes ont tendance à remiser leurs grosses cylindrées au profit de 4 cylindres diesel optimisés, affichant des rapports puissance/émissions de CO2 toujours plus avantageux. De fait, la nouvelle BMW Série 1 116d Efficient-Dynamics, dotée du 1.6 TwinPower de 116 ch, se contente de 3,8 l/km (99 g de CO2).

Parallèlement, les systèmes de transmission jouent un rôle important dans les économies d’énergie. Longtemps source de surconsommation, les boîtes de vitesses automatiques inversent aujourd’hui la tendance. « De grands progrès ont été réalisés avec les systèmes à double embrayage (de type DSG chez Volkswagen) ou encore la gestion électronique qui optimise le rendement moteur. Par rapport à une boîte manuelle classique, on peut gagner jusqu’à 10 g de CO2 à l’usage », assure Sébastien Amichi, partenaire industrie automobile pour le cabinet de conseil Roland Berger.

Après le downsizing, incontournable pour tous les constructeurs, l’électrification des moteurs constitue l’étape suivante dans le processus de baisse de la consommation et des émissions de CO2. Deux logiques parfaitement compatibles et même intimement liées, si l’on se fie à l’évolution des systèmes hybrides à venir. La miniaturisation des moteurs essence ou diesel facilite en effet l’implantation des composants électriques (générateur de couple, batteries, câblages, etc.) dans le véhicule. Du coup, les schémas hybrides sont multiples (de type série ou parallèle) et à géométrie variable.

L’hybridation du Stop&Start au full hybride

Cela commence avec l’introduction des systèmes Stop&Start, en voie de généralisation, qui coupent automatiquement les gaz à l’arrêt et font reculer la consommation en ville jusqu’à 15 %. Le dispositif PSA sur les modèles e-HDI s’avère très efficace avec son alternateur réversible (Volt Control), sa batterie de plus grande capacité et sa fonction booster délivrant un surplus d’énergie au démarrage.

Un cran au-dessus, les motorisations dites hybrides et full hybrides peuvent dégager un gain de consommation d’environ 20 % (15 % pour les hybrides diesel), grâce à l’intervention d’un moteur électrique additionnel et à la récupération de l’énergie au freinage. Un bénéfice qui s’obtient essentiellement sur parcours urbain, lorsque le mode électrique est le plus sollicité. Si la Toyota Prius III reste le meilleur exemple du genre (89 g de CO2) – la marque vient de dépasser les 4 millions de modèles hybrides vendus –, la technologie se développe à grands pas chez les constructeurs européens.

L’hybridation se généralise chez les constructeurs

PSA a lancé récemment son système hybride diesel HY4 sur les Peugeot 3008, 508 et la Citroën DS5. Une association unique entre un diesel et un moteur électrique, avec à la clé une consommation réduite de 4,1 l/100 km (99 g de CO2), tout en offrant une puissance totale de 200 ch, qui plus est transmise aux quatre roues.

Après avoir longtemps hésité, les constructeurs allemands premium se lancent enfin dans la course. Avec sa technologie ActiveHybrid sur les Série 7, 5 et prochainement 3, BMW revendique le meilleur rapport puissance/émissions de CO2 du marché, soit 340 ch pour 6,4 l/100 km et moins de 150 g de CO2 (sur l’ActiveHybrid 5). Pareillement, Audi offre un système hybride de 245 ch sur la nouvelle A6 Hybrid (146 g de CO2, voir l’essai page 67), tandis que Mercedes mise sur l’hybride diesel avec sa Classe E 300 Bluetec Hybrid (109 g de CO2) destinée aux flottes et aux taxis.

Si les systèmes hybrides actuels ne rivalisent pas encore avec les meilleurs diesels en termes d’économie d’énergie, la nouvelle génération d’hybrides rechargeables s’annonce bien plus prometteuse. Bientôt commercialisée, la Toyota Prius III plug-in affiche une consommation moyenne de 2,7 l/100 km et 49 g de CO2 sur cycle normalisé. Cela grâce à une batterie lithium-ion capable d’assurer 20 km d’autonomie en tout électrique. La concurrence allemande suivra un peu plus tard avec des systèmes similaires, de type hybrides plug-in ou électrique à prolongateur d’autonomie, encore plus performants : e-Tron chez Audi, e-Cell chez Mercedes, i8 chez BMW.

La cohabitation électrique/thermique est donc promise à un bel avenir, avec une hausse progressive de la part électrique restreignant toujours plus le rôle du moteur thermique, et donc la consommation de carburant et les émissions de CO2.

Les lois de la physique s’avèrent implacables : aussi la consommation d’un véhicule est-elle directement proportionnelle à sa masse. Selon Patrick Coroller, responsable transport et mobilité à l’Ademe, « un surpoids de 100 kg sur un véhicule entraîne 5 % de consommation et de 5 à 8 % d’émissions de CO2 en plus. Or, les voitures particulières n’ont cessé de s’alourdir avec le temps. « Une Peugeot 205 diesel 1.7 pesait 880 kg dans les années 80. Deux décennies plus tard, son héritière la 207 HDi affiche 1 160 kg sur la balance », rappelle Pierre-Yves Étiennet, attaché de presse technique chez Peugeot. En cause, un gabarit accru (+ 33 cm) mais aussi la multiplication des équipements de confort et de sécurité indispensables.

Ce constat a poussé la marque au lion à engager une véritable chasse aux surpoids sur la nouvelle 208. « Nous avons franchi une limite qui nous oblige à revoir la conception des modèles en profondeur, cela pour des raisons de coût des matières premières en augmentation et de diminution du CO2 imposée par les normes Euro », reprend Pierre-Yves Étiennet. Du coup, la 208 a perdu 6 cm en longueur et 110 kg par rapport à sa devancière en version diesel 1.4 HDi – jusqu’à 173 kg sur les versions essence VTi qui débutent à 975 kg. L’optimisation du berceau avant et des liaisons au sol a permis de gagner 23 kg sur la partie avant. À l’arrière, la traverse, les freins et les soubassements ont été allégés de 27 kg. Les éléments intérieurs de la 208 n’échappent pas à ce régime sec, à commencer par un nouveau concept d’insonorisation avec moins de matériaux isolants (- 9 kg), une armature de sièges et des mousses plus légères (- 8 kg).

Des matériaux toujours plus légers mais plus chers

« En s’efforçant d’économiser ici et là, nous sommes entrés dans un cercle vertueux où chaque kilo gagné amène à revoir, sans incidence sur la sécurité, le dimensionnement de certains composants : ressorts de suspension, freins, zones de déformation, etc. », poursuit Pierre-Yves Étiennet. Tout cela profite à la consommation, mais aussi au dynamisme de l’auto. Et tout le monde y gagne : constructeur, loueurs ou encore utilisateurs.

Du côté des matériaux, l’aluminium est employé pour certaines pièces de carrosserie, comme la poutre absorbeur de chocs à l’avant sur la Peugeot 208 (- 2 kg). Plus léger que l’acier, ce matériau s’avère en revanche très coûteux, d’où son usage parcimonieux chez les constructeurs. Seul Audi conçoit la structure de ses modèles en aluminium. Cela réduit le poids de 25 % par rapport à une coque tout acier, soit 80 kg gagnés sur l’A6, tout en renforçant la rigidité. Plus largement utilisés, les matériaux polymères se sont invités dans l’automobile (boucliers, réservoirs de carburant et autres éléments de carrosserie), notamment par l’intermédiaire des équipementiers, eux aussi très impliqués dans l’allègement des véhicules. Faurecia a ainsi prévu de baisser de 15 % le poids de ses pièces d’ici 2015 et de 30 % en 2030.

La qualité des aciers progresse également avec des alliages plus résistants et légers. L’acier UHLE et THLE (très haute limite élastique et ultra haute limite élastique) sur la coque de la Peugeot 208 a généré un gain de 25 kg. De même que les nouveaux processus d’assemblage, tels que le profilage à chaud ou la soudure laser du pavillon, ont généré des économies de matière.

L’allègement du poids : une nouvelle priorité

Issue de l’aéronautique et de la Formule 1, la fibre de carbone et les matériaux composites restent encore bien trop chers, vingt fois plus que l’acier, pour être utilisés massivement dans la production automobile, d’autant qu’ils posent des problèmes d’industrialisation et de recyclage. Mais leur introduction à petite dose dans l’industrie automobile est en cours chez certains constructeurs. Lamborghini use déjà copieusement du « black carbon » pour le cockpit de son dernier modèle, l’Aventador. Les futurs BMW électriques et hybrides i3 et i8 opteront aussi pour la fibre de carbone afin de gagner du poids ; la marque allemande s’est d’ailleurs associée dans une joint venture avec la société SGL Carbon, leader européen du secteur.