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Hybrides rechargeables chauffants
Le potentiel des hybrides rechargeables et des véhicules électriques pour réduire l'utilisation du pétrole a attiré beaucoup d'attention ces derniers temps. Mais il reste encore un gros obstacle à franchir avant que ces voitures ne deviennent les véhicules dominants sur la route : les constructeurs automobiles devront trouver un moyen efficace de les fournir en chauffage et en climatisation. C'est parce que les systèmes de chauffage et de refroidissement conventionnels ne fonctionnent pas ou sont inefficaces dans de tels véhicules, réduisant considérablement leur autonomie par temps chaud et froid.
L'un des principaux candidats pour un système alternatif est basé sur les thermoélectriques, des dispositifs à semi-conducteurs qui peuvent fournir soit de la chaleur, soit un refroidissement, selon la direction dans laquelle le courant électrique circule. Les principaux constructeurs automobiles, tels que GM et Ford, développent actuellement des systèmes basés sur des semi-conducteurs thermoélectriques existants, et des matériaux expérimentaux qui utilisent la nanotechnologie promettent de rendre ces systèmes encore plus attrayants.
Les premiers hybrides rechargeables – des voitures rechargeables en les branchant sur une prise électrique, mais disposant de petits moteurs à essence pour étendre leur autonomie – utiliseront des radiateurs électriques. Lorsqu'elles commenceront à apparaître chez les principaux constructeurs automobiles vers la fin de 2010, elles coûteront des milliers de dollars de plus que les voitures conventionnelles. Les constructeurs automobiles recherchent donc des moyens de les rendre moins chères pour élargir leur attrait. Une façon de le faire est de trouver des systèmes de chauffage et de refroidissement plus efficaces, qui permettent d'utiliser des batteries plus petites et moins chères. En conséquence, les systèmes thermoélectriques pourraient commencer à apparaître dans les voitures en 2012.
Les systèmes de chauffage des voitures d'aujourd'hui reposent sur le fait que les moteurs à combustion interne sont terriblement inefficaces - environ les deux tiers de l'énergie obtenue en brûlant de l'essence ne font rien pour propulser la voiture. Mais cette inefficacité génère des quantités massives de chaleur. Une partie de cette chaleur est utilisée pour réchauffer les passagers. Les hybrides rechargeables, qui fonctionnent principalement ou entièrement à l'électricité pour la conduite locale, ne génèrent pas de telles quantités de chaleur perdue. Ainsi, la chaleur doit être générée à l'aide de l'énergie de la batterie, drainant des milliers de watts qui auraient autrement pu être utilisés pour propulser les véhicules. Alors que les hybrides rechargeables consomment considérablement moins d'essence que les voitures conventionnelles par temps doux, par temps froid, l'avantage sera bien moindre, selon Clay Maranville, chercheur principal à Ford Motor Company .
Un problème similaire se pose avec la climatisation : l'autonomie électrique des hybrides rechargeables diminuera par temps chaud, soit parce que le moteur à essence doit démarrer pour faire tourner un compresseur conventionnel, soit parce qu'un compresseur électrique videra la batterie.
Les thermoélectriques sont attrayants pour le chauffage car ils sont plus efficaces que les radiateurs électriques ordinaires, qui génèrent de la chaleur en faisant passer un courant à travers un matériau à haute résistance électrique. De plus, la thermoélectrique permet de repenser complètement le système de refroidissement et de chauffage. Dans la plupart des véhicules d'aujourd'hui, les systèmes de chauffage et de refroidissement sont conçus pour chauffer l'ensemble de l'habitacle. Les thermoélectriques sont des appareils compacts qui peuvent être installés à différents endroits de la voiture - dans l'appuie-tête, le siège, aux pieds d'une personne, etc. Ainsi, au lieu de chauffer et de refroidir toute la cabine, ils peuvent chauffer ou refroidir des passagers individuels.
Les économies d'énergie électrique qu'un tel système pourrait apporter à une voiture hybride rechargeable pourraient être énormes. Là où un système de chauffage et de refroidissement électrique conventionnel nécessite jusqu'à 4 500 watts pour maintenir la température souhaitée à l'intérieur d'une voiture, un système thermoélectrique utiliserait 3 000 watts si la voiture est pleine de passagers ou moins de 700 watts si le conducteur est seul, selon les estimations. du ministère de l'Énergie. Les futures générations de matériaux thermoélectriques qui reposent sur la nanotechnologie, actuellement en démonstration dans les laboratoires universitaires, pourraient encore améliorer ces économies. (Voir Thermoélectrique bon marché et efficace et Transformer la chaleur résiduelle en énergie .)
Maranville et Jihui Yang, membre du personnel scientifique de DG , disent que les thermoélectriques sont susceptibles d'être incorporés progressivement à mesure que différents composants deviennent disponibles. L'une des premières façons dont cela peut aider est de réduire la taille de la climatisation conventionnelle pour la rendre plus efficace. Yang dit que les voitures de GM utilisent des climatiseurs surdimensionnés pour répondre à l'exigence de refroidir l'habitacle en deux minutes, même par temps très chaud. Des thermoélectriques bien placés pourraient permettre aux passagers de se sentir immédiatement plus frais en refroidissant leur cou ou leur visage, tandis qu'un petit climatiseur conventionnel abaisse progressivement la température partout ailleurs.
En général, les constructeurs automobiles craignent que la plupart des consommateurs ne soient pas prêts à supporter les inconvénients de conduire des voitures plus efficaces. Le chauffage et le refroidissement thermoélectriques pourraient aider. Notre grand défi en matière de recherche est de rendre la technologie transparente pour le client, de sorte que lorsqu'il monte dans un véhicule, peu importe qu'il se trouve dans un véhicule conventionnel ou dans un véhicule à technologie de pointe, explique Maranville.