Chaque voiture électrique que nous testons sur Car-Shooters — la Tesla Model S, la Polestar, la Hyundai IONIQ, la Volkswagen ID. Buzz, la Volvo XC40 P8 — fait quelque chose qu’une voiture thermique ne peut physiquement pas faire : elle récupère une partie de l’énergie dépensée pour accélérer, à chaque fois qu’elle ralentit. En relâchant l’accélérateur, au lieu de se transformer simplement en chaleur au niveau des disques de frein, une part importante de cette énergie cinétique retourne dans la batterie. C’est l’une des raisons discrètes pour lesquelles une voiture électrique a besoin de moins de recharges qu’une voiture thermique n’aurait besoin de carburant pour le même style de conduite — et l’une des raisons pour lesquelles les plaquettes de frein d’une voiture électrique durent souvent plus longtemps que le reste de la voiture.
Transformer le moteur en générateur
Un moteur électrique et un générateur électrique sont, physiquement, la même machine fonctionnant dans deux directions. En conduisant, le moteur consomme du courant électrique de la batterie pour faire tourner le rotor et propulser la voiture. En relâchant l’accélérateur (ou en appuyant sur la pédale de frein, sur les voitures qui fusionnent les deux systèmes), le processus s’inverse : les roues continuent de faire tourner le rotor, qui agit désormais comme un générateur, transformant cette rotation mécanique de nouveau en courant électrique. Ce courant est renvoyé à travers l’onduleur vers le bloc-batterie sous forme de charge, tandis que la résistance créée par le générateur sur la transmission est ce que le conducteur ressent comme une décélération — la voiture ralentit précisément parce que de l’énergie est retirée de son mouvement.
L’intensité de cette décélération est généralement réglable. La plupart des voitures électriques proposent plusieurs niveaux de régénération, d’un frein moteur léger, proche de celui d’une voiture thermique au lever de pied, jusqu’à la conduite à une pédale (“one-pedal driving”), suffisamment agressive pour amener la voiture presque à l’arrêt complet sans jamais toucher la pédale de frein — un style de conduite devenu l’une des habitudes les plus clivantes chez les propriétaires de voitures électriques, apprécié par certains pour sa simplicité et moins apprécié par d’autres car il ne ressemble pas à une voiture traditionnelle.
Pourquoi il ne peut pas remplacer les freins à friction
Le freinage régénératif a des limites bien réelles qui maintiennent fermement les freins à friction classiques à leur place (voir notre article dédié au fonctionnement des freins). Une batterie ne peut accepter de la charge qu’à un certain rythme : lorsqu’elle est déjà presque pleine, ou suffisamment froide pour que la chimie interne résiste aux recharges rapides, la régénération disponible chute fortement — c’est pourquoi une voiture électrique peut sembler à peine ralentir au lever de pied par une matinée froide avec une batterie chargée. La régénération s’épuise également à très basse vitesse, car une roue presque à l’arrêt fait tourner le générateur trop lentement pour produire un courant utile, si bien que les derniers km/h avant l’arrêt complet sont toujours gérés par les freins à friction. Et lors d’un freinage d’urgence, aucun moteur-générateur ne peut égaler la force de serrage instantanée et brute d’un étrier pinçant un disque — l’ABS et le freinage à décélération maximale reposent encore entièrement sur la friction.
Le résultat est que chaque voiture électrique équipée de freinage régénératif fusionne en permanence deux systèmes de freinage en ce qui doit, idéalement, ressembler à un seul : le moteur électrique effectuant l’essentiel du travail dans la mesure où la batterie et la vitesse le permettent, les freins à friction complétant le reste de manière transparente. Rendre cette fusion naturelle sous le pied du conducteur — course et force de pédale constantes, quelle que soit la part de freinage électrique ou par friction à cet instant — est un problème d’ingénierie de contrôle véritablement complexe, et c’est exactement là que les systèmes brake-by-wire (freins commandés électroniquement, sans liaison hydraulique directe avec la pédale, la même technologie derrière les systèmes steer-by-wire évoqués dans notre article sur la direction assistée) trouvent toute leur utilité.
L’effet secondaire dont personne ne fait la publicité : des freins qui s’usent à peine
Comme le moteur électrique absorbe l’essentiel de la décélération quotidienne, les freins à friction d’une voiture électrique conduite en tirant parti de la régénération travaillent bien moins que ceux d’une voiture thermique de taille équivalente — des plaquettes et des disques qui devraient être remplacés tous les 40 000-60 000 km sur une voiture essence durent régulièrement plus de 100 000 km sur une voiture électrique. C’est un cas rare où une technologie d’efficacité constitue aussi un avantage en matière d’entretien et de coûts, avec un bénéfice environnemental secondaire moins souvent mis en avant que les émissions à l’échappement : moins d’usure des freins à friction signifie moins de particules fines rejetées dans l’air à chaque freinage — les mêmes émissions hors échappement qui poussent la recherche européenne vers des solutions de filtration rétrofit pour la pollution que les freins continuent malgré tout de produire.
La recherche européenne : faire de la fusion elle-même le produit
Le freinage régénératif est une technologie désormais assez mature pour ne plus apparaître comme un sujet de recherche autonome dans les appels européens actuels — la recherche Horizon Europe d’aujourd’hui sur les groupes motopropulseurs électriques (2Zero, “Towards zero emission road transport”) se concentre un cran plus haut, sur l’efficacité et l’intégration plutôt que sur la régénération comme idée nouvelle. La recherche européenne véritablement dédiée au freinage régénératif lui-même se trouve dans le cycle de programmation précédent, H2020, à travers deux projets qui s’attaquent exactement aux deux problèmes évoqués plus haut — comment régénérer davantage, et comment fusionner cette régénération de manière transparente :
- ModulED (2017-2021, €7,02M, coordonné par le CEA français, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) a développé une nouvelle génération de chaîne de traction électrique modulaire pour voitures électriques et hybrides, particulières et utilitaires légers, construite autour d’un moteur à aimants permanents enterrés à teneur réduite en terres rares — et, dans le cadre de cette chaîne de traction, de nouvelles stratégies de freinage régénératif adaptatives, calibrées sur la configuration réelle du véhicule plutôt que sur un réglage unique universel.
- EVC1000 (“Electric Vehicle Components for 1000 km daily trips”, 2019-2022, €5,15M, coordonné par l’autrichien AVL, l’une des plus grandes sociétés d’ingénierie automobile indépendantes d’Europe) s’est attaqué de front au problème d’intégration le plus difficile : il a développé un système brake-by-wire pour voitures électriques à moteurs-roues (in-wheel), spécialement conçu pour fusionner de manière transparente freinage régénératif et freinage à friction sur des voitures dont le moteur se trouve directement dans la roue — la configuration où réussir cette fusion est la plus difficile, car le frein à friction et le générateur partagent le même espace compact à chaque coin.
Les deux projets sont clos, mais leurs résultats alimentent directement les chaînes de traction et les systèmes brake-by-wire qui arrivent aujourd’hui en production — les prochains progrès du freinage régénératif concernent moins la physique, déjà bien comprise, que le logiciel : répartir la force de freinage entre moteur et frein à friction, coin par coin, plus vite et plus précisément qu’auparavant.
Photo : © Car-Shooters