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Réalisé par : Année universitaire : 2021/2022 Oussama Meniari Théo Dubois 1 M2

Réalisé par : Année universitaire : 2021/2022 Oussama Meniari Théo Dubois 1 M2 SCEER Dispositifs et stockages d’énergie dans le transport terrestre Sommaire 1. Présentation du contexte...............................................................................................................4 1.1. La transition énergétique.......................................................................................................4 1.2. Une rupture des approvisionnements....................................................................................4 1.3. Une catastrophe environnementale.......................................................................................5 1.4. Les enjeux énergétiques dans les transports..........................................................................6 2. Stockage et efficacité énergétique dans le transport.....................................................................7 2.1. Stockage électrochimique : Les batteries...............................................................................7 2.1.1. Les batteries de démarrage................................................................................................7 2.1.2. Les batteries de traction.....................................................................................................8 2.2. Supercondensateur..............................................................................................................13 2.2.1. Un peu d’histoire..............................................................................................................13 2.2.2. Fonctionnement d’un Supercondensateur.......................................................................13 2.2.3. Avantages et inconvénients..............................................................................................14 2.2.4. Différentes applications....................................................................................................15 2.3. Pile à combustible.................................................................................................................16 2.3.1. Mise en situation et un peu d’histoire..............................................................................16 2.3.2. Principe de fonctionnement.............................................................................................17 2.3.3. Exemple de pile à combustible.........................................................................................18 2.3.4. Exemple d’utilisation d’une pile à combustible................................................................18 2.4. Stockage inertiel...................................................................................................................18 2.4.1. Mise en situation et un peu d’histoire..............................................................................18 2.4.2. Principe de fonctionnement.............................................................................................19 2.4.3. Conditionnement d'un volant d'inertie.............................................................................20 2.4.4. Exemple d’utilisation d’une pile à combustible................................................................21 2.4.5. Comparaison du volant d’inertie avec les différents stockages électrochimiques............21 3. Comparaison des différents types de stockage sur véhicule terrestre.........................................23 3.1. Les véhicules automobiles électriques.................................................................................23 3.1.1. Bilan énergétique..............................................................................................................23 3.1.2. Bilan C02...........................................................................................................................24 3.1.3. Aspect économique..........................................................................................................25 3.2. Les véhicules hybrides..........................................................................................................25 3.2.1. Bilan énergétique d’un véhicule hybrides avec assistance au moteur thermique............25 3.2.2. Le concept Hybride Intégra...............................................................................................26 Conclusion............................................................................................................................................27 2 M2 SCEER 3 M2 SCEER 1. Présentation du contexte 1.1.La transition énergétique En ce début de XXIe siècle, le secteur de l'énergie est confronté à des risques majeurs qui peuvent affecter l'ensemble de notre société. Plus de 80 % de l'énergie primaire est encore fournie par les combustibles fossiles, comme le montre la figure 1. La place occupée par les énergies alternatives est encore marginale et évolue lentement. Après avoir atteint la part de production d'électricité la plus élevée avec près de 16 %, la part de l'énergie nucléaire a diminué au cours de la dernière décennie, atteignant environ 13 % en 2012. L'hydroélectricité a légèrement baissé. La biomasse et les déchets sont restés largement stables (il était déjà de 10 % en 1973). L'énergie éolienne et l'énergie solaire se développent rapidement, mais leur part dans l'approvisionnement mondial en énergie primaire reste d'environ 1 %. La forte dépendance de l'économie mondiale vis-à- vis des combustibles fossiles la rend vulnérable à deux crises possibles à l'avenir. 1.2.Une rupture des approvisionnements Les ressources en combustibles fossiles sont limitées par définition, et face à une demande croissante, nous pourrions atteindre le plafond de production dans les prochaines années puis décliner. En conséquence, l'offre ne peut plus suivre la demande. Cela est particulièrement vrai pour le pétrole. Les réserves étant concentrées dans certaines régions du monde, notamment au Moyen-Orient, des facteurs géopolitiques 4 M2 SCEER aggravent ce risque. L'économie mondiale dispose d'un certain espace pour s'adapter à la réduction de l'approvisionnement en énergie comme le pétrole, mais il est limité, surtout en l'absence de solutions, de remplacement à court terme. C'est le cas pour le transport routier et aérien. 1.3.Une catastrophe environnementale Les ressources en combustibles fossiles sont limitées par définition, et face à une demande croissante, nous pourrions atteindre le plafond de production dans les prochaines années puis décliner. En conséquence, l'offre ne peut plus suivre la demande. Cela est particulièrement vrai pour le pétrole. Les réserves étant concentrées dans certaines régions du monde, notamment au Moyen-Orient, des facteurs géopolitiques aggravent ce risque. L'économie mondiale dispose d'un certain espace pour s'adapter à la réduction de l'approvisionnement en énergie comme le pétrole, mais il est limité, surtout en l'absence de solutions, de remplacement à court terme. C'est le cas pour le transport routier et aérien. En prenant l’an 2000 comme référence, selon les scénarios annoncés dans le quatrième rapport du GIEC, les émissions de CO2 issues de l'utilisation des énergies fossiles sont passées de 27 Gt en 2000 à près de 32 Gt en 2011. Il est donc nécessaire d'engager une véritable transition énergétique visant à continuer à assurer l'approvisionnement économique à long terme en énergie tout en réduisant significativement les émissions de dioxyde de carbone. C'est exactement ce que l'UE s'est fixé. 2020 et la règle des « trois fois 20 » : réduire la consommation d'énergie de 20 %, réduire les émissions de dioxyde de carbone de 20 % et atteindre 20 % d'énergie renouvelable dans l'approvisionnement en énergie primaire. Le rôle du stockage d'énergie est essentiel pour atteindre cet objectif. 5 M2 SCEER 1.4.Les enjeux énergétiques dans les transports Au niveau mondial, plus de 40 % des émissions de gaz à effet de serre, notamment de dioxyde de carbone, proviennent de la production d'énergie (électricité et chaleur) ; le secteur des transports est le deuxième projet, représentant un quart des émissions. Dans mon pays, 90 % de la production d'électricité n'émet pas de gaz à effet de serre, la production d'énergie représente 12 % des émissions et le secteur des transports dépasse le tiers. Par conséquent, la marge de manœuvre est importante pour améliorer l'efficacité énergétique. Il existe des alternatives à la production d'électricité renouvelable ; en revanche, les transports (personnels, publics et marchandises) utilisant la quasi-totalité des combustibles fossiles sont aujourd'hui plus difficiles. Le véhicule étant mobile, il est impossible d'ajouter des équipements de production d'énergie comme des panneaux solaires ou des éoliennes... Par conséquent, il est nécessaire de trouver une solution appropriée à cet égard. Aujourd'hui, diverses technologies de stockage sont en cours de développement. Ils offrent une alternative aux moteurs thermiques à combustion interne qui utilisent du diesel ou de l'essence comme carburant et une part croissante des biocarburants. Le but de ces dispositifs de stockage est de stocker de grandes quantités d'énergie tout en pouvant l'économiser et la restituer. 6 M2 SCEER 2. Stockage et efficacité énergétique dans le transport 2.1.Stockage électrochimique : Les batteries Les batteries sont des accumulateurs électrochimiques. Elles peuvent convertir l'énergie électrique en un processus chimique réversible. Leur fonction dans les systèmes techniques est de stocker l'énergie électrique pour une utilisation ultérieure. Elles sont présentes chaque jour dans de plus en plus d'appareils autonomes ou embarqués. Leur principe de fonctionnement repose sur la caractéristique de certains couples chimiques, qui est d'accumuler une certaine quantité d'électricité de manière réversible (charge/décharge) en modifiant la structure moléculaire. Une batterie est caractérisée par :  Une tension (U), exprimée en Volts (V)  Une capacité (C), exprimée en Ampère-heure (Ah), qui désigne la capacité d'une batterie à délivrer un certain courant pendant un certain temps  Le courant (I), exprimé en ampère ou milliampère (A ou mA), qui est la "quantité" d'électrons circulant dans les câbles.  La résistance interne et on parle également de courant de charge/décharge exprimé en fonction de C. Dans le monde du transport terrestre, Il existe deux types de fonctionnement de batterie. 2.1.1. Les batteries de démarrage La batterie de démarrage sert uniquement à démarrer le moteur. Elle se caractérise par une plus grande capacité de démarrage que les autres batteries. Elle bénéfice de plaques de plomb relativement plus nombreuses et plus fines. Les batteries au plomb sont constituées de batteries appelées accumulateurs, qui fournissent 2,1 volts. Elles sont constituées de 6 batteries disposées en série pour fournir une tension totale de 12,6 volts. Une batterie est un ensemble de plaques (positives et négatives) qui sont immergées dans une substance acide appelée électrolyte (un mélange d'acide sulfurique et d'eau). Lorsqu'une source de tension continue est appliquée aux bornes des plaques (électrodes), un courant est généré, ce qui provoque un changement chimique entre les plaques et l'électrolyte, et ce changement crée une différence de potentiel entre les deux plaques. Il est à noter que la circulation des électrons à l'intérieur de l'électrolyte est assurée par des ions. 7 M2 SCEER Lors de la décharge, les plaques positives subissent une "réduction", c'est-à-dire qu'elles consomment des électrons tandis que les plaques négatives libèrent des électrons (réaction d'oxydation). Le phénomène inverse se produit lors de la charge. Selon la technologie de la batterie, l'hydrogène et l'oxygène se recombinent plus ou moins dans l'électrolyte de la batterie, affectant ainsi la durée de vie. D'autre part, d'autres réactions chimiques (oxydation du plomb) entrent en jeu, principalement dues au phénomène d'autodécharge. Comme caractéristique, nous avons trouvé l'énergie spécifique et la durée de vie du cycle de Wh/kg. 2.1.2. Les batteries de traction La batterie de traction est le composant central des véhicules électriques. Il stocke l'énergie de charge dans la station de charge et alimente le moteur électrique pendant qu'il se déplace. Les véhicules électriques possèdent également différents types de batteries de traction. 2.1.2.1. Les batteries Nickel Cadmium Ni-Cd En raison des risques environnementaux du cadmium, ces batteries ne sont plus utilisées. Une batterie nickel-cadmium est une batterie rechargeable qui utilise de l'oxyhydroxyde de nickel et du cadmium comme électrodes. Les batteries nickel-cadmium sont actuellement assez arriérées en termes d'autonomie. En raison de la cancérogénicité et de la toxicité du cadmium pour le milieu aquatique, ainsi que de l'interdiction d'utiliser le cadmium dans les produits électroniques, elles ne sont plus commercialisées dans l'UE. Elles sont remplacées par des batteries nickel-hydrure métallique, et les batteries nickel-hydrure métallique elles-mêmes sont actuellement en concurrence avec les batteries lithium-ion. Jusqu'à présent, les batteries uploads/Management/ meniari-dubois-m2-energie-et-transport-terrestre.pdf