29-03-2017

Innovation automobile : des voitures toujours plus performantes

Innovation automobile

 Creative Commons CC0.

Respect de l’environnement, sécurité, confort et connectivité : nos voitures sont beaucoup plus performantes que celles de nos parents. Voici une revue des axes majeurs d’innovation, vue par les enseignants chercheurs ENSTA Bretagne.

Yann Marco, enseignant chercheur, et Alain Poulhalec, enseignant agrégé, délivrent des enseignements de mécanique générale, d’architecture de véhicules et de modélisation mécanique à l’ENSTA Bretagne. Ali Mansour, enseignant chercheur intervient dans le domaine des technologies de l'information de  la communication. En parallèle du salon de l’automobile de Genève, ils évoquent les évolutions de nos automobiles depuis 10/20/30 ans et les contributions importantes de l’école d’ingénieurs aux défis des constructeurs et équipementiers.

Yann Marco,
enseignant chercheur en mécanique
 

« Dans un contexte de marché à marges très étroites et mondialisé, où les nouveaux véhicules de série doivent être commercialisables en tous points du globe, les innovations dans l’automobile répondent principalement à 4 objectifs :

  • la conformité aux normes environnementales,
  • la sécurité des usagers,
  • la qualité perçue de confort et d’esthétisme,
  • une recherche de plus de services et d’intelligence à bord du véhicule, qui doit être connecté. »

Limiter l’empreinte environnementale des véhicules automobiles

Appliquée depuis 1992, la norme euro antipollution ne cesse d’évoluer et de se durcir. La norme EURO 6, applicable depuis 2014, amplifie les exigences pour la réduction des impacts sur l’environnement et stimule de nombreux programmes de R&D pour améliorer l’allègement des véhicules et réduire les consommations d’énergie. Ainsi, pour réduire les consommations de carburants, les marques n’ont eu de cesse de pratiquer le « down sizing » : réduire la taille des moteurs (environ 20% en 20 ans) en maintenant leur puissance ou rendre les véhicules et l’habitacle plus compacts.

Dans le même temps, une recherche active s’emploie à réduire le poids de toutes les composantes du véhicule, en réduisant notamment les épaisseurs des tôles de carrosserie, ou en remplaçant les aciers par des matériaux plus légers (aluminium, composites ou polymères). C’est un des axes de recherche ENSTA Bretagne au sein du laboratoire IRDL*, l’équipe ayant acquis des connaissances scientifiques étendues lui permettant de caractériser, modéliser et prédire le comportement des pièces fabriquées avec de nouveaux matériaux.

Les nouvelles motorisations et énergies alternatives constituent également un axe majeur de réduction des émissions. Outre le tout électrique, qui peine à se développer par manque d’autonomie, les motorisations hybrides connaissent un bel essor et sont au c½ur des enseignements de l’école. C’est d’ailleurs un diplômé de l’ENSTA Bretagne qui assure le développement de la motorisation hybride chez PSA. De plus, de nombreux ingénieurs ENSTA Bretagne travaillent en étude et conception de turbomoteurs et contrôle commande. Elles s’accompagnent de recherches sur les technologies de dépollution les plus efficientes au sein du moteur (filtres à particules, EGR, SCR) afin de dépolluer les gaz d’échappement sans accroître les consommations de carburants.
La récupération d’énergie mécanique ou thermique constitue un autre levier pour réduire l’impact environnemental du transport automobile.

Pour réduire les pollutions automobiles, les constructeurs doivent également prendre en compte le respect de la norme Européenne REACH qui vise à limiter les rejets et déchets polluants. Cette exigence s’accompagne d’une très longue liste de composants toxiques interdits (5500 substances toxiques répertoriées en 2010), dont l’industrie automobile a dû apprendre à se passer. De nouvelles recettes ont été développées, par exemple dans le domaine des peintures ou pour les matériaux élastomères des pièces anti-vibratoires.

Une autre voie pour limiter les déchets consiste à prendre en compte le recyclage du véhicule dès sa conception, en réduisant notamment le nombre de matériaux utilisés afin de faciliter le tri des déchets. Troisième voie, les cahiers des charges de véhicules mentionnent aussi sa « réparabilité », concept qui vise à limiter au maximum le nombre de pièces à changer en cas de panne.

Prérequis : la sécurité

Autrefois limités aux véhicules haut de gamme, les nombreux axes d’amélioration de la sécurité ont heureusement été largement généralisés, qu’il s’agisse des airbags ou des dispositifs de freinage ou de correction de trajectoire (ABS, ESP). Cette exigence de fiabilité englobe également la tenue à long terme des véhicules.

Les technologies très abouties permettant de modéliser et de réaliser des simulations numériques avant de procéder aux essais réels (obligatoires), permettent d’accélérer tous les développements et d’aboutir, beaucoup plus vite que par le passé à la diffusion sur le marché de véhicules de plus en plus sécurisants.
Les contributions de l’ENSTA Bretagne au sein du laboratoire IRDL sont élevées dans ce domaine. Des thèses ont permis de participer à la mise au point de ces méthodes numériques de simulation particulièrement fiables. Le campus ENSTA Bretagne accueille des moyens expérimentaux inédits qui permettent de concevoir ces modèles numériques en testant les matériaux et structures à différentes échelles et suivant des méthodes expérimentales qui permettent des gains de temps considérables (cf. www.masmeca.fr).

Innover pour le confort et l’esthétisme

La classe A de Mercedes a créé la rupture. Depuis, la qualité perçue des véhicules a beaucoup évolué sur différents aspects : tenue au vieillissement des matériaux utilisés dans l’habitacle, qualité de ces matériaux au toucher, réduction des vibrations responsables des sensations de mal des transports… jusqu’au bruit que fera la portière en claquant.

Une voiture intelligente

A défaut d’être parfaitement autonome, l’automobile de monsieur et madame tout le monde est intelligente. L'électronique représente un tiers de la valeur d'une voiture bas de gamme et 50 % d'une voiture haut de gamme.
Notre voiture est équipée d’innombrables capteurs et commandes numériques qui mesurent l'usure de certaines pièces de la voiture, la pression des pneus ou d'autres données. Ils sont aussi présents dans l'ABS, le correcteur électronique de trajectoire ou les airbags.

Cette intelligence embarquée sert à anticiper les réparations, à réaliser les contrôles des systèmes anti-pollution, mais aussi à faciliter la conduite.

A tout cela s’est ajoutée la révolution liée à internet et plus récemment aux smartphones. Les nouveaux véhicules sont connectés. Et de nouveaux modèles envahissent le marché, offrant toujours plus de service aux conducteurs et aux passagers…

Les enjeux de l’innovation englobent les systèmes de commande, le traitement de signal, la sécurité des systèmes électroniques en réseau… Sujets de prédilection des ingénieurs ENSTA Bretagne issus de la spécialité « systèmes, perception, information, décision ».

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