La pression croissante sur les émissions et la consommation de carburant a conduit à un retour à l'ère du turbo qui n'aurait jamais dû être oublié. Pendant une décennie, nous avons vécu l'anéantissement des turbocompresseurs (les années 90 sombres et le début du siècle) en raison de l'absence de mécanismes de contrôle électronique qui nous permettraient de surmonter les défis qu'ils offraient en termes de temps de réponse de l'accélérateur.
Mais avec l'électronique comme alliée, le monde automobile est aujourd'hui déjà dominé par les turbocompresseurs, les faibles cylindrées et l'injection directe d'essence (cancéreuse). Compte tenu des nouveaux objectifs en matière d'émissions fixés pour 2020, nous assisterons à l'irruption de l'hybridation dans une plus ou moins grande mesure, dans presque toutes les voitures à fort volume sur le marché, afin d'atteindre les objectifs en matière d'émissions.
Le plus curieux dans tout cela, c'est la révolution qui nous attend dans le domaine des turbocompresseurs, qui sont encore loin d'avoir offert tout ce qu'ils peuvent pour prolonger la vie des moteurs à combustion interne.
Nous vous avons déjà dit que les fabricants se préparent toujours à l'introduction des turbocompresseurs mécatroniques. L'idée d'un turbocompresseur mécatronique est de coupler un moteur électrique au turbo.
Ce moteur électrique accélère la turbine pendant les périodes de faible charge de l'accélérateur. Ainsi, lorsque nous appuyons sur la pédale d'accélérateur, il y aura de l'air comprimé disponible dans le collecteur d'admission afin que le moteur ait une réponse immédiate et énergique, éliminant ainsi le "décalage".
Mais cela n'entraîne pas d'efficacité énergétique, mais simplement une soustraction du temps d'attente et un gain de réponse à l'accélérateur. Les avantages proviennent d'autres aspects.
Le moteur électrique couplé au turbocompresseur peut également servir de générateur. Ainsi, lorsque nous relâchons l'accélérateur, l'énergie des gaz d'échappement, encore accélérés, est utilisée pour générer de l'électricité dans le turbo, les soulageant ainsi dans la mission de compression de l'air d'admission.
Dans le même temps, l'énergie utilisée pour combattre le décalage lorsque le turbo est accéléré peut être puisée dans les batteries où nous avons précédemment stocké de l'énergie qui serait autrement gaspillée.
C'est ainsi que fonctionnent les turbocompresseurs actuels de Formule 1, et c'est ainsi que nous les verrons bientôt fonctionner dans les moteurs de série. Actuellement, plusieurs fournisseurs disposent déjà de ces dispositifs prêts à être commercialisés, et il ne manque que les derniers détails techniques pour les voir mis en œuvre dans une voiture de rue.
Audi sera la première firme, si les prévisions promises par ses plans de lancement de produits et de nouveaux moteurs se réalisent, à lancer un turbo mécatronique, assisté par un moteur-générateur électrique.
Machine à compression d'air SKF avec roulements magnétiques
Mais si vous pensez que l'évolution du turbocompresseur s'arrête là, vous vous trompez. Il existe maintenant d'autres domaines de développement qui ouvrent de nouvelles possibilités.
Comme vous le savez, si vous êtes un passionné de turbomoteurs, il existe de nombreux types de roulements pour ces appareils. Il existe des turbocompresseurs qui fonctionnent en faisant tourner leurs turbines sur des bagues. D'autres turbos fonctionnent avec des roulements en métal, et d'autres utilisent des roulements exotiques en céramique.
L'idée et les besoins qui sous-tendent les différentes options de roulements dans les turbocompresseurs sont de maximiser l'efficacité de ces dispositifs. Moins de friction, moins d'échauffement, moins de possibilité de grippage, une plus grande efficacité énergétique et une plus grande durabilité.
Mais ce dont nous voulions parler ici, c'est de la nouvelle technologie qui se profile à l'horizon. Il s'agit de roulements magnétiques. L'idée qui les sous-tend est de créer un champ magnétique sur lequel l'arbre de la turbine repose en "flottant".
Grâce à ce système, les besoins extrêmes de lubrification du turbocompresseur sont éliminés, l'efficacité est accrue, les inerties sont réduites et les risques de grippage sont pratiquement nuls.
Il y a encore d'autres avantages. Le champ magnétique sur lequel repose l'arbre de la turbine peut être rendu variable, créant ainsi une machine électrique. De cette façon, l'arbre du turbocompresseur lui-même et les paliers magnétiques agiraient comme un moteur électrique, éliminant la nécessité de monter une autre machine électrique auxiliaire à l'extérieur.
Roulements magnétiques
L'état de la technique est tel que ces types de paliers magnétiques à champ variable existent déjà et sont utilisés dans d'autres applications dans l'industrie pour supporter des poids lourds et les déplacer précisément sans frottement.
Les problèmes de mise en œuvre de cette technologie dans le monde de l'automobile ne résident donc pas dans l'état de l'art, mais dans les coûts dérivés de son application.
La concrétisation de ce type de technologie de turbocompresseur implique un grand effort d'investissement pour la miniaturisation de composants qui n'existent pas actuellement dans l'industrie. Les fabricants de turbines comme Honeywell, qui possèdent une grande expertise dans ce domaine, devraient voir que leur investissement est judicieux. En d'autres termes, ils peuvent rentabiliser leur investissement.
Et c'est la fin qui n'est peut-être pas si claire. Le développement et la mise en production à grande échelle de tels turbocompresseurs pourraient prendre près d'une décennie, et l'on se demande aujourd'hui si le paradigme industriel automobile sera le même dans dix ans.
Si le client se concentre sur les voitures automatisées, l'idée de voitures électriques à pile à combustible ou à batterie prendra probablement un sens différent. Et avec l'évolution de la technologie vers ce type de produit, le temps de réponse de l'accélérateur ou l'investissement dans les moteurs à combustion interne traditionnels auront peut-être moins d'importance.
Le fait que ce type de turbocompresseur représente l'avenir du moteur à combustion est un fait. En fait (redondance mise à part), je ne serais pas surpris de le voir dans des moteurs de course plus tôt que tard, notamment au Mans. Mais au rythme où les temps changent et où les goûts des consommateurs évoluent, il se peut que cette technologie ne soit pas présente dans les voitures du futur, car elles finiront par être électriques et automatiques.
