... les batteries se rechargent ...
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La voiture de demain? On ne le dit peut-être pas assez mais la compétition c'est aussi ce qui donne naissance à des embryons d'innovation. Sur ce point, les courses de voitures solaires sont à de nombreux égards sources d'idées car bien souvent ce sont des équipes jeunes mais aussi par essence même, des véhicules véritablement uniques. Si chacun aujourd'hui peut rouler pleins phares toute la nuit c'est grâce aux 24 Heures du Mans, et peut-être que demain chacun pourra rouler électrique grâce aux véhicules solaires. L'objectif d'Hélios en tous cas n'est donc pas de transposer directement le véhicule pour le grand public, le prix est et restera pour le moment encore trop élevé, mais bien de montrer que le solaire ça marche : un prototype de voiture peut rouler longtemps et vite uniquement avec l'énergie solaire! Pourquoi un panneau solaire courbe/plat? Les prototypes Hélios I, II, et III étaient équipés de panneaux droits. Cette géométrie était liée à la technologie utilisée, le silicium monocristallin, qui est destinée à une position plane sans quoi son rendement peut diminuer. Une alternative au silicium monocristallin est le silicium amorphe plus flexible mais bien plus cher à rendement égal. Pour Hélios IV, aérodynamisme et performances ont dû trouver un juste milieu. Avec un panneau plat l'aérodynamisme est en effet fortement affecté, à la manière d'une feuille de papier ou des bâches sur les camions. Le compromis a été trouvé avec ce panneau courbé dans une direction et pourtant potentiellement équipé de cellules plates, posées à plat ou très légèrement courbées pour ne rien perdre de leur efficacité. Pourquoi passer de 3 à 4 roues ? Poser un objet immobile sur un plan revient à lui donner 3 points d'appui non alignés. Pourtant comme chacun peut le voir, le 4 roues constitue la majorité des voitures du commerce. C'est grâce à leurs suspensions qu'elles évitent au moins au repos ce qu'on appelle l'hyperstatisme qui est à l'origine des tables qui "basculent" sur leurs 4 pieds. Ainsi, des passagers mal placés dans une voiture qui comporterait 3 roues risqueraient de la déséquilibrer. Comme Hélios, les voitures solaires sont en majorité monoplaces et le pilote constitue une part importante du poids total du véhicule (20 à 35%). Ainsi, bien placé entre les 3 roues, le véhicule est sans aucun problème stabilisé. En plus de cet aspect purement "statique", 3 "points" nécessitent moins de surface d'appui des pneumatiques au sol et donc moins de perte d'énergie par roulement. Un dernier avantage se situe dans la motorisation, pour beaucoup sous forme de moteur-roue qui n'implique donc aucun élément de transmission (chaîne, courroie, engrenages) supplémentaire qui pourraient diminuer encore le rendement. Néanmoins, le prototype Hélios V en cours de conception disposera de 4 roues. Ce choix découle de la volonté de l’équipe de rendre le véhicule plus réaliste, plus en adéquation avec l’automobile actuelle. Le choix du 4 roues tient également dans la relative réduction de la surface frontale (et donc de la force aérodynamique) puisque les pantalons des roues arrières sont "masqués" par ceux de devant. La course australienne est de plus très rectiligne ce qui explique qu'un différentiel ne soit pas indispensable comme c'est le cas pour les voitures courantes qui absorbent les virages. Passer à 4 roues implique de disposer de 2 moteurs électriques, un pour chaque roue arrière. Le prix du véhicule s’en trouve sensiblement augmenté, mais les avantages qui en découlent sont conséquents. Pour finir, la solution des 4 roues apporte davantage de stabilité et donc plus de sécurité. Existe-t-il d'autres voitures solaires? Lors du World Solar Challenge (WSC), beaucoup d'équipes du monde entier concourent. En France, à part Hélios, seuls quelques autres équipes sont présentes sur le territoire, certainement trop peu nombreuses. Ce faible engouement est probablement à mettre sur le compte du manque de courses françaises ou européennes. Néanmoins, cela est en train de changer avec la mise en place du deuxième European Solar Challenge en octobre 2014 ainsi que le Solar Event Family, course autour du lac du Bourget qui commence à accroître sa notoriété. Au nombre des équipes françaises, on peut citer la voiture de l'université Jules-Verne d'Amiens, celle du CNRS de Toulouse et celle du CUST de Clermont-Ferrand. Quelle différence avec ma voiture? Pourquoi tout ce travail ? Et bien parce que si une voiture de course et une voiture grand public sont déjà bien différentes, une voiture solaire l'est encore bien plus. Parcourir le plus vite possible une distance de 3000 kms avec pour seule énergie le solaire demande à repenser l'automobile de ses dimensions jusqu'à sa direction ou ses suspensions. Le plus simple serait de partir des points communs. Tous les prototypes Hélios sont dotés de roues directrices avant mais à propulsion électrique arrière. Elles sont dotées d'un volant avec direction par crémaillère ou excentriques. Enfin, les pneumatiques sont "tubeless" (sans chambre à air), et les véhicules disposent de suspensions. Pour le reste, les moteurs électriques hauts rendements souvent spécifiques aux véhicules solaires, le bras oscillant arrière, les suspensions triangulaires, toute une électronique dédiée au moteur et au panneau, des batteries performantes, une carrosserie carbone et Kevlar légère alliée parfois au Nomex (nid d’abeille), les inserts et éléments tubulaires en aluminium, les pneus uniques, etc... sont autant d'éléments que vous ne trouverez pas sur les voitures "classiques", à part peut-être la carrosserie carbone des véhicules très haut de gamme et les suspensions triangulaires des formules de course. Cela coûte-t-il cher ? Oui. Tout dépend aussi de ce que l'on compte dans la réalisation du véhicule. En ne prenant en compte que les matériaux, on atteint au moins 150 000 euros. Avec les études, les partenariats, le temps consacré par les membres, etc… on atteint environ 300 000 euros. Un prototype unique et performant est à ce prix là ! Quelles vitesses peut-on atteindre ? La tension du pack de batteries fixe la vitesse maximale théorique atteignable par le moteur. Nous n'avons pas réalisé la voiture dans cette optique, mais nous avons atteint environ 110 km/h sur la ligne droite du circuit de Darwin en Australie. Plus on roule vite, plus on consomme, et nous n'avons pas roulé à cette vitesse pendant la course, même si les pilotes se sont parfois surpris à rouler à 95km/h. L'équilibre entre apport du panneau solaire et consommation se trouve aux alentours de 65km/h. Quelle puissance développe le moteur ? Le moteur est dimensionné pour une puissance maximale d'environ 8kW soit un peu plus de 10 chevaux. Pour le WSC 2009, la puissance moyenne a été de 750W soit 1 cheval. A titre indicatif une bouilloire consomme environ 1kW. Ces puissances sont bien inférieures aux puissances des véhicules thermiques, et même des récents véhicules électriques. Le poids réduit et son efficacité aérodynamique font que le prototype Hélios 4 n'a pas besoin de consommer plus. Il en sera de même pour Hélios V. Cela fait-il du bruit ? Les véhicules électriques (ou hybrides avec moteur électrique) sont réputés pour leur silence. Cette réputation est méritée, à tel point qu'il faut parfois ajouter des systèmes de "bruiteur" pour que les piétons fassent attention à eux. Sur Hélios c'est aussi souvent le cas, d’autant plus qu'elle est très basse. Contrairement à ses « cousines » électriques, le moteur d'Hélios est peu isolé puisque directement sur la roue arrière, on peut donc entendre son bruit particulier à l'accélération, bien qu’il soit bien loin du niveau sonore des moteurs thermiques.
21 septembre 2014