Motorisations hybrides : l’hybridation simple ou « full hybrid »

À l’époque il s’agissait simplement d’un petit moteur essence 1.5 aidé par un moteur électrique pas bien puissant, développant 33 kW/43 ch, soit quasiment la puissance des alterno-démarreurs actuels fonctionnant en 48 V ! Aujourd’hui, la quatrième génération repose toujours sur le principe de positionner le moteur thermique « à côté » des moteurs électriques, l’ensemble délivrant sa puissance à travers une boîte-pont multi-arbres qui comprend quatre organes : deux moteurs/générateurs électriques, un unique train épicycloïdal (le fameux effet « Mobylette » du variateur continu) et un engrenage réducteur qui conditionne le rapport de pont (d’où une limitation de la vitesse maximale du véhicule liée au moteur électrique). L’ensemble est dorénavant refroidi par eau et non plus par air comme c’était le cas jusqu’à la troisième génération.

Précisons que les moteurs essence à l’œuvre sont spécifiquement conçus pour l’hybridation et fonctionnent différemment des moteurs à explosion classiques. Ici, il s’agit de moteurs à cycle Atkinson à mélange pauvre et charge stratifiée, avec une architecture qui favorise leur fonctionnement sur des plages de régimes adaptées à l’apport de la puissance électrique, tout en diminuant notablement la consommation et les émissions polluantes (jusqu’à 50 %).

Toyota en pionnier

Ce principe anime la Prius IV, la dernière Yaris, le C-HR, la Corolla et le RAV4, et la gamme Lexus de l’UX à la LS. Avec une large palette de puissances grâce à l’adoption de différentes motorisations essence (3-cylindres 1.5, 4-cylindres 1.8 et 2.5, 6-cylindres en V 3.5) et de moteurs électriques tout aussi variables en puissance et en nombre (au cumul : de 114 à 365 ch en passant par 222 et 122 ch). Ainsi, le RAV4 peut s’équiper d’un moteur électrique indépendant et supplémentaire sur son essieu arrière pour passer à la transmission dite intégrale ; pour sa part, la Lexus LS 500h est emmenée par deux moteurs électriques accolés à son V6. Bien entendu, les batteries sont plus ou moins puissantes et imposantes, de 2 à 7 kWh, sans égaler celles des hybrides rechargeables de 10 à 30 kWh.

Cette technologie full hybrid qui repose sur un moteur thermique essence à cycle Atkinson et un moteur électrique est aussi la solution adoptée par Ford pour sa dernière génération de Mondeo et Kuga hybrides simples. Le constructeur a bénéficié des connaissances de Toyota depuis de nombreuses années à travers un accord de coopération. Mais la sophistication des solutions n’est pas aussi poussée et les gains en consommations sont moindres.

Le full hybrid, c’est aussi le schéma de fonctionnement adopté par l’alliance Renault-Nissan pour sa nouvelle génération de moteurs hybrides E-Tech (simples ou rechargeables). Mais avec des solutions techniques différentes basées sur une architecture série-parallèle qui combine les atouts des différents types d’hybridation possibles (série, parallèle et série-parallèle). Le moteur essence 4-cylindres 1.6 atmosphérique à mélange pauvre de 91 ch à cycle Atkinson est alors complété par deux moteurs électriques, l’un de 35 kW/47 ch, l’autre de 15 kW/20 ch, servant d’alterno-démarreur, et par une boîte de vitesses dite « à crabots » et sans embrayage, plus efficiente et agréable que le fameux variateur de Toyota, ainsi que par une batterie de 1,2 kWh en 230 V (à la place de la roue de secours). Au total, la puissance de ce 1.6 E-Tech s’élève à 140 ch en hybride simple.

Renault s’y met

L’électronique fait alors fonctionner indépendamment ou de concert les moteurs et leur apport en fonction des besoins d’accélération et de puissance éventuels, mais aussi des opportunités de régénération de la batterie. Cette gestion s’effectue selon quinze combinaisons de fonctionnement entre les différents moteurs et les rapports enclenchés sur la boîte de vitesses. Selon Renault, sa technologie E-Tech autorise jusqu’à 80 % du temps de roulage en ville en tout-électrique, avec jusqu’à 40 % de gain de consommation en cycle urbain. À terme, le Captur, la Mégane, et chez Nissan le Juke et le futur Qashqai en 2021, s’équiperont de cette version non rechargeable de 140 ch à 90 g. Cette technologie E-Tech se décline aussi en full hybrid rechargeable de 160 ch avec une batterie (9,8 kWh en 400 V), un chargeur et une électronique de puissance supplémentaires, pour un coût nettement supérieur de plusieurs milliers d’euros contre un millier ici sur la même gamme, et avec des gains en consommation et en CO₂ nettement supérieurs (moins de 40 g), technologie abordée ci-dessous.

Cette technologie full hybrid est donc vraiment différente – que ce soit chez Toyota ou Renault – et bien plus efficace que celle adoptée par la majorité des autres constructeurs offrant des motorisations hybrides, essence ou diesel, rechargeables ou pas, comme Hyundai avec sa Ioniq.

Renault Captur E-Tech Plug-in Hybrid

Le passage à l’hybride série

Car la seconde solution, la technologie appelée « hybride série », consiste à ajouter en sandwich un moteur électrique entre le moteur thermique et la boîte de vitesses. Une sorte d’alterno-démarreur très puissant (de 30 à 100 kW/136 ch) monté en ligne sur un moteur thermique pas forcément optimisé pour fonctionner dans toutes les phases nécessaires. Pour résumer, tous les véhicules hybrides sont basés de cette technologie, avec ou sans recharge.

Le choix de Hyundai pour sa Ioniq

Citons la Hyundai Ioniq Hybrid dont le 1.6 GDI essence à cycle Atkinson de 105 ch est aidé par un moteur de 32 kW/43,5 ch et une batterie de 1,56 kWh en 240 V, le tout développant 141 ch. La boîte de vitesses est une double embrayage classique que l’on retrouve sur le reste de la gamme et le CO₂ est tout juste 100 g – c’est bien mais pas forcément extraordinaire. Mais c’est toujours mieux que sa sœur Hyundai i30 comparable qui passe à 120 g en diesel, voire même 140 g en version essence. Globalement, les constructeurs ont préféré éliminer cette solution hybride série pour passer directement à l’hybridation rechargeable, quittes à équiper les motorisations d’une hybridation légère ou mild hybrid pouvant remplir le rôle d’une hybridation série « simple ».