Rouler électrique : ordres de grandeur

Combien de chevaux pour rouler ?

Question de comptoir : quelle puissance faut-il vraiment pour rouler à 90 km/h sur le plat, sans accélérer ? Moins qu’on ne le croit : une quinzaine de chevaux, soit une dizaine de kilowatts. Les 150 ch d’une voiture ne servent qu’à accélérer et à grimper.
À vitesse constante, deux forces seulement freinent la voiture :

• le roulement des pneus, qui croît simplement avec la vitesse ;
• la résistance de l’air, dont la puissance croît comme le cube de la vitesse.

À 90 km/h (25 m/s), l’air réclame ½ × 1,2 × 0,6 × 25³ ≈ 5,6 kW. À 130 km/h, il en réclame trois fois plus pour seulement 44 % de vitesse en plus. Au-delà de 60 à 70 km/h, c’est l’air qui commande.
Au passage : les « CV » de la carte grise sont des chevaux fiscaux, sans rapport direct avec la puissance. Le cheval-vapeur vaut 736 W.

Le vrai chiffre : le SCx

On parle souvent du Cx, le coefficient de forme. Mais ce qui compte vraiment, c’est le SCx : le Cx multiplié par la surface frontale S de la voiture. Un Cx flatteur sur une voiture haute et large ne sert à rien.

Véhicule	SCx indicatif
Berline très profilée	≃ 0,5 m²
Citadine, compacte	≃ 0,6 à 0,7 m²
Grand SUV	≃ 0,8 à 1 m²
Fourgon	≃ 1,2 m² et plus

Des kilowatts aux kilowattheures :

à 90 km/h, 100 km prennent 1 h 07. Avec 10 kW aux roues et environ 90 % de rendement de la chaîne électrique, on consomme à peu près 12 kWh aux 100 km. À 130 km/h, 100 km ne prennent plus que 46 minutes, mais sous 23 kW : on monte vers 20 kWh aux 100 km.
Rouler vite coûte donc bien plus d’énergie par kilomètre, et c’est encore plus visible sur une voiture électrique, dont la batterie est comptée. En ville, en revanche, l’électrique brille : peu d’air à vaincre, et chaque freinage récupéré.

Et si on roulait au soleil ?

Couvrons le toit d’une voiture de panneaux : environ 2 m², soit 400 W crête dans le meilleur des cas. Pour rouler à 90 km/h, il en faudrait 10 kW : 25 fois plus. Une voiture « solaire » à cette vitesse aurait besoin d’un toit de 50 m² environ, en plein midi, sans nuage.
Sous le soleil réunionnais, ces 400 W produisent de l’ordre de 1,5 à 2 kWh par jour : à 12 kWh aux 100 km, de quoi parcourir une douzaine de kilomètres par jour. Un bonus sympathique, pas une autonomie. Les voitures des courses solaires y parviennent en changeant tout : une coque de quelques centaines de kilogrammes, un SCx dix fois plus faible, et un seul passager.

La bonne échelle, le toit de la maison :

Une installation de 3 kWc sur un toit réunionnais produit de l’ordre de 4 000 à 4 500 kWh par an. À 15 kWh aux 100 km, charge comprise, cela représente environ 25 000 à 30 000 km par an. Le soleil peut donc bien faire rouler une voiture, à condition de le récolter sur un toit fixe, et de charger quand il brille : c’est tout l’intérêt de la recharge pilotée sur le surplus solaire.

Freiner sans rien perdre : batterie et supercondensateurs

Une voiture de 2 000 kg à 90 km/h emporte ½ × 2 000 × 25² = 625 000 J d’énergie cinétique, soit à peine 0,17 kWh. Peu d’énergie, mais freinée en 5 secondes, cela représente en moyenne 125 kW. Une batterie de voiture n’en absorbe qu’une partie ; le reste part en chaleur dans les freins.

D’où l’idée d’associer à la batterie des supercondensateurs, champions de la puissance brève : ils encaissent la pointe de freinage, puis la rendent au démarrage suivant, pendant que la batterie travaille en douceur.

Pourquoi on n’en voit pas partout :

stocker ces 0,17 kWh demande plusieurs dizaines de kilogrammes de supercondensateurs, avec leur électronique. Sur une voiture moderne, dont la batterie lithium accepte déjà de fortes puissances de récupération, le gain ne justifie pas le poids ni le prix. Le couple batterie et supercondensateurs trouve en revanche tout son sens sur les véhicules lourds qui freinent sans cesse : bus urbains, bennes à ordures, tramways. Des dizaines de tonnes, un arrêt tous les 300 mètres : là, chaque freinage récupéré compte.