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Moteur F1 Renault Sport
Moteur F1 Renault Sport

F1 : Laboratoire Technologique

Dans une Formule 1, il y a énormément de technologies, certaines plus intéressantes que d’autres pour les appliquer à des voitures de séries. Aujourd’hui une F1 est une voiture avec un moteur hybride, et il y a donc les mêmes contraintes que nous connaissons avec un véhicule particulier. La différence est que en F1, les budgets de recherche et développement sont bien plus élevés et permettent de développer des technologies très innovantes, notamment sur les système de récupération d’énergies (ERS – Energy Recovery System).

Le système KERS

La technologie la plus connue, je dirais, c’est le KERS, qu’on appelle aujourd’hui MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic) qui est l’évolution du KERS. C’est déjà très présent sur les voitures de séries hybride et électrique.

Le KERS permet lors du freinage soit de convertir par un moteur-générateur en énergie électrique, qui sera alors utilisée pour recharger la batterie Lithium-ion de la voiture. Soit de transmettre l’énergie cinétique dans un volant d’inertie, qui permettra de ralentir la voiture et transmettre la force cinétique dans le volant d’inertie. Ce volant qui va tourner à 60000tr/min, va ensuite soit se transformer en générateur d’électricité pour recharger les batteries, soit libérer l’énergie dans la transmission lors d’un redémarrage. Cette technologie a été induite dans la Formule 1 en 2009 par Ferrari , Renault , BMW et McLaren suite à la demande de la FIA de réduire la consommation lors des courses.

L’introduction du KERS a notamment été saluée par l’Union Européenne, qui soulignait en janvier 2008 “le rôle que les sports mécaniques peuvent jouer dans les attitudes et les comportements des consommateurs vers des technologies plus respectueuses de l’environnement”. Cette énergie-là, emmagasinée par le KERS, est ensuite sollicitée lors des accélérations dans la F1. Toutes ces manœuvres permettent non seulement de réduire la consommation de carburant, mais aussi d’accroître la vitesse du véhicule grâce à un couple supplémentaire.

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Se renseigner sur les divers systèmes de récupération d’énergie quand nous ne sommes pas ingénieurs automobile, je vous avoue que c’est extrêmement compliqué. Par le manque de clarté, beaucoup appellent ça KERS (SREC en France), d’autres ERS (Energy Recovery System), EHRS (Exhaust Heat Recovery System), MGU-H (Motor Generator Unit-Heat) et MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic ), mais aussi freinage régénératif.

Pour vulgariser tout ça, à ma sauce (sauce au poivre de préférence), l’ERS/SRC est un système de récupération d’énergie dont l’acronyme n’est utilisé qu’en F1 afin de définir le système global de récupération d’énergie qui comprend deux groupes électrogènes le MGU-K et MGU-H. L’ERS est l’actuel successeur du KERS dont étaient dotées les voitures de F1. (Oui t’as pas tous les termes, la suite arrive).

Lexique des systèmes de récupération d’énergie

Le KERS est, comme expliqué plus haut, le système par excellence qui récupère uniquement l’énergie cinétique lors des freinages. Il sera aussi appelé freinage régénératif dans la voiture de série hybride ou électrique. Je n’ai remarqué aucune différence entre ces deux termes mis à part que le freinage régénératif est plus employé de manière générale dans la dénomination du système que ce soit pour les ascenseurs, les trains ou alors l’automobile. Alors que le KERS, lui était spécifique à la F1, et va devenir plus commun pour l’automobile de production. Le KERS a la possibilité de fonctionner soit électriquement, soit mécaniquement à l’aide d’un volant d’inertie.

Le MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic) est un peu comme le successeur du KERS, convertissant l’énergie cinétique générée lors du freinage en électricité (plutôt que la friction des plaquettes sous forme de chaleur). Il agit comme un moteur en accélération, renvoyant jusqu’à 120 kW (environ 160 ch) à la transmission de la voiture.

MGU-H (Motor Generator Unit-Heat ) est un système de récupération d’énergie connecté au turbocompresseur du moteur et qui convertit l’énergie thermique des gaz d’échappement en énergie électrique. L’énergie peut ensuite être utilisée pour alimenter le MGU-K (et ainsi être renvoyée dans la transmission) ou alors être conservée dans les batteries de stockage pour une utilisation ultérieure. Ce petit moteur électrique va permettre de supprimer l’effet que l’on appelle “Turbo Lag”. Le turbo sur une voiture standard a besoin d’un petit temps pour se déclencher, les gaz d’échappement étant la seule alimentation, c’est ce que l’on définit comme le “Turbo Lag”. Grâce à ça, on a l’effet de “coup de pied au cul” du turbo avec les accélérations linéaires d’un moteur atmosphérique (moteur sans turbo). Ce petit moteur est alimenté grâce à l’effet thermoélectrique.

Le EHRS (Exhaust Heat Recovery System) est un système de récupération de la chaleur à l’échappement pour la transformer en énergie. Cette solution permet d’améliorer les performances énergétiques d’un véhicule en récupérant jusqu’à 75 % de la chaleur à l’échappement pour chauffer l’habitacle ou le moteur, et ainsi réduire la consommation de carburant de 5–6 % par temps froid sur tous types de véhicules hybrides. Cette technologie-là correspond approximativement à l’ancien MGU-H qui est utilisé en Formule 1.

Mais pourquoi parler de ça ? 

Mon idée initiale était de vous parler du système ERS de la nouvelle Infiniti Black S présentée à Genève en 2017 pour la première fois en concept car dont parlent tant les journaux.

En effet, lors du Mondial de l’Auto à Paris en octobre, Infiniti, la marque luxueuse de Nissan, a affirmé son intention de lancer son prototype Project Black S vers une voiture de série. Ils ont présenté un prototype mis à jour, qui a été développé en collaboration avec l’équipe Renault Sport Formula 1.

Cette voiture munie d’un V6 bi-turbo de 3L, comprendra 3 groupes électrogènes dont un pour récupérer l’énergie cinétique au freinage, le MGU-K. Les deux autres groupes électrogènes installés sur les deux turbocompresseurs électriques du moteur de 3L, se chargeront de récupérer l’énergie des gaz d’échappement due à la combustion. Je vous invite à lire cet article qui explique comment fonctionnent ces moteurs en F1.

Moteur Renault Sport F1 avec système ERS
Moteur Renault Sport F1 avec système ERS | Source : Industrie-techno.com

Info, Intox ? 

Beaucoup d’articles nomment ce système KERS, or si l’on en revient à la définition, le KERS n’est autre que le système de récupération qui est uniquement cinétique. Cette voiture comprendra un MGU-H et MGU-K, donc le système se nomme ERS (Energy Recovery System). De plus, elle est décrite comme la première voiture de série comprenant ce KERS tout droit venu des unités de R&D de la Formule 1. Mais Porsche avait déjà muni son hypercar, la 918 RSR, de cette même technologie, ainsi que Mclaren sur la P1. Ils sont tout de même plus anciens car la récupération se fait à l’aide d’un volant d’inertie, donc plus spacieux et lourd, mais les performances sont là, tant dans la consommation (3L/100km), que dans la vitesse. Néanmoins, si la voiture entre en production, ce sera réellement la première voiture dotée de cette technologie à un prix raisonnable (Nissan étant actuellement dans une politique de réduction des coûts).

Un peu plus sur ce bolide

Infiniti Black S arrière
Infiniti Black S arrière | Source : Infiniti

Les trois groupes électrogènes permettront de faire passer le moteur de 400 chevaux à 563 chevaux, une réduction de la consommation d’essence et une accélération de 0 à 100 en moins de 4s, génial non ? L’hybridation pose quand même quelques problèmes encore. En effet, l’ensemble du groupe motopropulseur pèse 200 kg de plus que sur le modèle de base dont se sont servi Infiniti, le Red Sport 400. De plus, la batterie lithium-ion de 4,4 kWh prend tellement d’espace que les sièges arrières ont dû être retirés pour lui laisser la place. Pour remédier à tout ce poids, ils l’ont doté d’un capot, un toit, des ailes et des sièges en fibre de carbone ainsi que des jantes en aluminium forgé et des freins en céramique de carbone. Au final, Infiniti a pu rendre le Project Black S à peine plus lourd que le Red Sport 400 de 24 kilos ainsi qu’un équilibre de poids avant/arrière de 50/50 pour une meilleure tenue de route.

Infiniti Black S avant
Infiniti Black S avant | Source : Infiniti

Nous devrons nous armer de patience car il faudra attendre 2019 pour les premiers essais et sûrement 2021 pour la production de sa nouvelle gamme munie de toutes ces technologies pointues. En attendant, je vous laisse patienter sur ce beau spot.

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