World Intellectual Property Organization

Réinventer l’automobile : les éléments qui feront la voiture propre

Juin 2009

L’amour inaltérable que nous portons aux belles voitures rutilantes et ultraperformantes et notre dépendance au transport motorisé placent la société face à un énorme dilemme. Les systèmes écologiques de la Terre se dégradent rapidement, et l’automobile est en partie responsable. Le rauquement des moteurs avides de carburant et la sensation d’étouffement provoquée par le smog urbain nous rappellent puissamment que si nous voulons continuer à profiter de la commodité, du confort et des avantages de la mobilité personnelle, nous devons impérativement nous doter de véhicules propres.

Le transport facilite les déplacements et favorise ainsi le développement, en ouvrant des portes sur l’éducation, l’emploi, la santé et bien d’autres activités qui améliorent notre qualité de vie. Cela dit, il est aussi responsable de 23% des émissions mondiales de gaz à effet de serre liées à l’énergie, dont 74% sont imputables au transport routier. Bien que seulement 13% des habitants de la planète possèdent un véhicule, la flotte mondiale se chiffre déjà à environ 900 millions; on prévoit qu’elle aura triplé d’ici 2050, la croissance la plus forte se situant dans les pays en développement. En raison de cette hausse du nombre de véhicules, les progrès réalisés en matière de réduction des émissions globales des véhicules sont bien maigres, malgré les avancées dues à un meilleur rendement énergétique et à la baisse des émissions de gaz d’échappement.

Tous ces facteurs, auxquels s’ajoutent la diminution des réserves énergétiques, l’extrême volatilité des marchés de l’énergie, l’éveil de la conscience environnementale et une demande grandissante pour des voitures écologiques, alimentent de plus en plus au sein de l’industrie automobile une notion d’”impératif vert” qui lui fait passer la vitesse supérieure. La course est ouverte pour concevoir le véhicule écologique parfait, abordable et économique à l’usage. Le flux incessant de nouveaux modèles lancés par les constructeurs automobiles du monde entier, de la Nano de Tata Motors (annoncée comme la voiture la moins chère du monde) à la berline hybride rechargeable (PHEV) de BYD Auto (Chine) dévoilée fin 2008 et considérée comme le premier PHEV de grande série du monde, atteste du dynamisme avec lequel l’industrie s’attaque à ce défi.

La quête de nouveaux systèmes de propulsion économes, peu polluants et conformes au principe de la diversité énergétique a déjà abouti aux véhicules hybrides et suscite, dans les domaines de la production de batteries, de l’électronique et de l’ingénierie des matériaux, des innovations qui ouvrent la voie à la prochaine génération de véhicules verts.

Innover ou mourir

L’industrie automobile est un secteur gourmand en capital, imposant d’investir des sommes considérables pour concevoir des produits qui auront une durée de vie limitée. Elle se caractérise par des progrès technologiques rapides, alimentés par l’évolution constante des goûts des consommateurs et par un contexte réglementaire de plus en plus strict. L’innovation y est une constante qui la façonne dans tous ses aspects, du savoir-faire nécessaire pour concevoir et améliorer l’efficacité des méthodes de fabrication des véhicules, à l’expertise créative requise pour appliquer et commercialiser les technologies automobiles en garantissant leur succès commercial. Le système de la propriété intellectuelle joue un rôle extrêmement important dans cette industrie, car il protège ses technologies de base, ses dessins et modèles ainsi que ses savoirs, et sert d’autre part de fondement aux alliances stratégiques qui la caractérisent de même qu’à la capacité des constructeurs à promouvoir et développer leurs marques et à tirer ensuite partie de leur force.

Les constructeurs se bousculent pour la place de premier à produire et commercialiser la voiture à la fois abordable, performante et complètement propre. Le fait que l’industrie automobile représente environ 17% des dépenses mondiales de recherche et développement témoigne de l’importance accordée par ses membres à l’innovation dans leurs efforts pour repousser la concurrence, répondre aux goûts changeants des consommateurs, se distinguer et s’assurer des parts de marché.

Selon les estimations de l’Agence de protection de l’environnement des États-Unis d’Amérique, les automobiles à carburant fossile rejettent chaque année dans l’atmosphère 1,5 milliard de tonnes de gaz à effet de serre.

Les véhicules hybrides - une technologie de transition

La volonté d’identifier et d’utiliser des énergies alternatives et plus propres influence la manière de concevoir, dessiner et construire les véhicules, notamment en faisant une place plus large à l’électronique qu’à la mécanique. L’arrivée des voitures hybrides fonctionnant avec une combinaison de sources de carburant (en général, essence et électricité) marque une transition qui nous rapproche un peu plus d’une réduction des incidences environnementales du transport motorisé et de la production en grande série de véhicules à énergie propre.

La nouvelle orientation vers la propulsion électrique constitue pour l’industrie automobile un changement de perspective fondamental. Jusqu’à présent, les principaux obstacles à la mise au point de voitures électriques ont été la performance, l’autonomie et le prix. Les progrès réalisés en chimie des batteries (ces dernières étant un facteur déterminant du succès des voitures électriques et à hydrogène) signifient toutefois que nous progressons peu à peu vers des solutions améliorées en matière de stockage de l’énergie, de fiabilité et de sécurité.

Un véhicule peut transporter de l’énergie sous forme de carburant liquide, d’électricité, d’hydrogène ou d’une combinaison de ceux-ci. Chaque option s’accompagne de défis énormes en termes de conception, d’ingénierie et de technologie.

Les véhicules hybrides

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(Photo Toyota Motor Company)

Les véhicules hybrides combinent deux sources d’alimentation, en général un moteur à combustion interne et un moteur électrique. Ils offrent un meilleur rendement énergétique et sont à l’origine de moins d’émissions. Leur niveau de performance est en outre comparable à celui des véhicules à essence. Selon Toyota Motor Corp., la voiture hybride Prius produit 55% de moins de dioxyde de carbone (CO2) et presque moitié moins d’oxyde d’azote (NO) et d’hydrocarbures que les modèles à essence équivalents.

L’industrie automobile estime que 11% de toutes les voitures seront hybrides d’ici à 2011. Cette technologie polyvalente peut être utilisée avec toute une gamme de moteurs à combustion et dans des combinaisons variées, depuis les “micro- hybrides” (limités à récupérer l’énergie du freinage) jusqu’aux véhicules électriques rechargeables (PHEV) - quand la batterie est faible, un moteur à combustion interne prend le relais.

 

Tous les grands constructeurs se tournent maintenant vers les véhicules hybrides, mais c’est Toyota qui a été le pionnier dans cette technologie en lançant son premier véhicule hybride, la bien nommée Prius (“qui vient avant” en latin) en 1997. Dans l’actuelle deuxième génération de Prius, la transmission à elle seule est couverte par 370 brevets, ce qui donne une idée des obstacles technologiques que la société a dû franchir pour concevoir la voiture. Le modèle de troisième génération, décrit comme étant l’une des voitures les plus aérodynamiques du monde (le fait qu’elle sera équipée de panneaux solaires indique peut-être aussi une tendance vers l’utilisation d’énergies renouvelables pour les véhicules) est à l’origine de plus de 1000 dépôts de brevet à travers le monde.

L’électricité est-elle vraiment écologique?

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La berline électrique Model S présentée récemment par la société californienne Tesla Motors sera produite à partir de 2011. Elle a une autonomie d’environ 480 km (300 miles), une vitesse de pointe de 210 km/h (130 mph), et passe de zéro à 96 km/h (60 mph) en 6 secondes environ. Vendue 49 000 dollars É.-U., elle est “la première voiture électrique au monde produite en série et utilisable sur autoroute” a déclaré le p.d.g. de la société Elon Musk. (Photo: Tesla Motors)

Les voitures électriques sont plus économiques à l’usage et plus écologiques. Mais bien qu’elles roulent sans émettre de gaz à effet de serre, leur incidence écologique dépend de la façon dont est produite l’électricité qui les alimente. Par exemple, pour un véhicule consommant 15 kilowatts/heure (kWh) aux 100 km dans un pays où la production d’électricité génère 800 grammes (g) de CO2 par kWh, le bilan d’émissions de CO2 du puits aux roues est de 120 g/km (l’objectif européen pour toutes les voitures neuves d’ici à 2015). Dans les pays où la production d’électricité est plus propre, ce bilan tombe par exemple à 75 g/km en Allemagne, 15 g/km en France, et même à moins de 10 g/km1 en Suède. Ces chiffres se tiennent parfaitement avec les objectifs européens à long terme de 95 g/km pour la nouvelle flotte de voiture d’ici à 2020.

Cependant, il existe de nombreuses façons de produire de l’électricité, et les motoristes n’auront que l’embarras du choix entre les diverses technologies de propulsion électrique. Ils devront toutefois veiller à ne pas échanger un problème contre un autre lorsqu’ils décideront de celle sur laquelle ils feront porter leurs efforts de développement.

Batteries : recharger le futur

Les experts s’accordent généralement à dire que les futures générations de voitures seront alimentées par des cellules lithium-ion rechargeables, plus légères et plus denses en énergie. Ce dispositif de stockage de l’énergie est moins toxique que les batteries au plomb-acide et les batteries au nickel-métal-hydrure utilisées respectivement pour les véhicules conventionnels et hybrides.

On estime que le marché mondial des batteries lithium-ion vaudra deux milliards de dollars É.-U. d’ici à 2013. Cette perspective encourage la formation d’alliances en matière d’innovation, dans l’industrie automobile et au-delà. On peut citer comme exemples :

  • l’initiative “Lithium Ion Battery ION 2015” au sein de laquelle BASF, Bosch, Evonik et Volkswagen ont uni leurs forces en injectant 360 millions d’euros dans la R&D sur les batteries lithium-ion;
  • le Conseil américain pour la recherche automobile (USCAR), un partenariat entre le Département américain de l’énergie, Chrysler, Ford et General Motors (GM) qui réalise des recherches sur des systèmes d’énergie avancés, procurant aux voitures une plus grande autonomie et de meilleures performances;
  • Panasonic EV Energy Co., Ltd., une coentreprise de Toyota et du spécialiste en électronique Panasonic Corporation pour concevoir et fabriquer des batteries pour les véhicules hybrides.

Le géant automobile allemand Daimler AG détient actuellement à lui seul 25 brevets pour des technologies concernant des batteries lithium-ion. Selon Bob Lutz, vice-président du développement produit mondial chez GM, “la propulsion de l’automobile de l’avenir est liée aux avancées technologiques en matière de batteries, et c’est la société qui saura s’aligner avec les meilleurs partenaires stratégiques qui gagnera”.

Les carburants alternatifs

La disponibilité croissante de biocarburants permet également de réduire les émissions ainsi que notre dépendance au pétrole. Des mélanges comme le E85 (85% d’éthanol et 15% de pétrole) aident l’industrie à améliorer ses performances environnementales tout en continuant à amortir ses investissements dans la technologie des moteurs à essence. Selon GM, les États-Unis disposent de matières de départ pour la production d’éthanol en quantité suffisante pour absorber presque 40% des besoins en énergie des automobiles jusqu’en 2030. L’éthanol cellulosique utilisé dans les carburants E85 provient de l’agriculture (tiges de maïs), de la foresterie et des déchets municipaux.

L’hydrogène, l’élément le plus abondant dans l’univers, offre une alternative de carburant prometteuse, et les piles à combustible à hydrogène, qui alimentent les vols spatiaux depuis des décennies, sont en passe de devenir le prochain générateur d’électricité de base. Elles sont sans danger pour l’environnement, car elles transforment l’hydrogène en électricité par une réaction électrochimique dont les sous-produits ne sont que l’eau et la chaleur. Le coût prohibitif de la production des piles à combustible a toutefois limité jusqu’à présent l’adoption et l’utilisation de cette technologie. Mais des progrès technologiques majeurs en matière de densité de puissance, de capacité de démarrage à froid, d’efficacité de système, de durabilité et de coût de production signifient que l’industrie se rapproche de plus en plus d’une solution commercialement viable.

Il est aussi possible d’alimenter une voiture avec de l’hydrogène liquide ou comprimé en utilisant un moteur conventionnel, mais un certain nombre de questions de stockage, de rétention, d’alimentation et de sécurité restent à régler avant que la station-service à hydrogène ne prenne place dans la vie courante des consommateurs.

La voiture propre : une promesse qui ne se dément pas

De nombreux constructeurs intègrent aujourd’hui des principes écologiques dans le cycle de vie de leurs automobiles, de la conception à l’élimination. Nissan Motor Co., Ltd. s’est par exemple fixé pour but d’atteindre pour toutes ses voitures un taux de récupération de 100%. La nouvelle Renault Laguna contient 35 kg de plastique recyclé, ce qui représente plus de 100 composants “éco-conçus”. La Laguna eco2 TM génère durant son cycle de vie trois tonnes de moins de CO2 que le modèle antérieur.

L’innovation est le fer de lance de l’industrie automobile depuis la création de la première voiture. En 130 ans, depuis que Karl Benz, pionnier fondateur de Mercedes-Benz a obtenu le brevet de son premier moteur en 1879 (brevet allemand DRP n° 37435), d’innombrables innovations ont progressivement amélioré l’efficacité, le confort, la sécurité et les performances du transport motorisé.

L’heure est à la recherche d’innovations révolutionnaires en matière de technologie énergétique, à la fois dans l’industrie automobile et en dehors. Le spectre des embouteillages urbains croissants et la nécessité de réduire les émissions ne laissent aucun doute sur ce que seront les véhicules du futur : ils devront nécessairement être “verts”. L’impératif environnemental est en train de transformer l’ADN des véhicules à moteur et d’alimenter une tendance qui promet de faire du transport motorisé propre une option réaliste dans un très proche avenir.

Cathy Jewell, Section des relations avec les médias

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1. Pierre Varenne, directeur du Centre de recherche Michelin de Fribourg (Suisse) cité dans le Motor Show Magazine 2009

 

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