Comme il n’y a pratiquement pas de contrainte d’encombrement ni de poids pour cette source, on part sur le principe de l’utilisation d’accumulateurs au plomb-acide à technologie ouverte nécessitant certes un suivi en maintenance plus lourd que ceux sans entretien mais permettant une bien meilleure surveillance en longévité tout en offrant le meilleur rapport qualité/prix. Une alternative moderne pourrait être recherchée auprès des fournisseurs de packs énergétiques pour les véhicules routiers électriques en grande expansion qui offrent des opportunités de rachat de packs de la génération précédente mais, hors les problèmes de prix et de sécurité, la technologie de recharge de ces accus nécessite des chargeurs chers et impose des règles de sécurité encore plus sévères que pour le plomb-acide.

En réunion, on n’a fait qu’effleurer le problème de la longévité des accumulateurs à décharge lente utilisés en décharge profonde : il se trouve qu’en dépit de leur conception prévue pour fonctionner en cycles charge-décharge de 80 % de leur capacité nominale telle qu’indiquée par le constructeur, chaque cycle complet provoque un vieillissement accéléré des éléments électrochimiques internes alors que si on pousse un peu moins la profondeur de décharge, on gagne en longévité dans un processus comparable à celui de l’usure d’une pièce mécanique travaillant plus ou moins près de sa limite de rupture. On a donc intérêt à décharger le moins possible si on recherche la meilleure durée de vie. De plus, si on considère le comportement « naturel » d’un accu utilisé dans les meilleures conditions, on s’aperçoit qu’il perd progressivement de sa capacité à pleine charge dans un processus de vieillissement qui va en s’accélérant : après une centaine de cycles, la capacité de rétention a diminué de quelques Ah que l’on ne pourra plus jamais compenser et après une période d’utilisation correspondant à la durée de vie donnée par le constructeur, on n’obtient plus que 80 % de la charge de départ : on dit alors que l’accumulateur est en fin de vie car si on continue à l’utiliser fût-ce dans les meilleures conditions, les performances vont se dégrader de plus en plus rapidement. La moyenne des accus modernes de ce type a une durée de vie donnée pour 600 à 800 cycles complets, nombre dépendant essentiellement de la technologie des électrodes qui se voient « dopées » par des éléments comme l’antimoine ou le calcium voire l’argent mais aussi et avant tout par le traitement auquel on soumet l’accu en utilisation : en clair, chaque entorse aux règles d’utilisation optimale diminue significativement la durée théorique de vie à laquelle on peut s’attendre.

Ce long et laborieux exposé pour dire que, même en adoptant les paramètres d’utilisation préconisés par le constructeur et en les respectant rigoureusement, on ne peut pratiquement jamais espérer une durée de vie issue du calcul théorique : déjà, le régime auquel on va fonctionner la grande majorité du temps est souvent nettement plus sévère que celui de la définition constructeur qui s’appuie sur la norme très favorable de C/20 qui veut dire que l’on ne récupérera l’énergie calculée que si on décharge au 20^ème de la capacité nominale.

Dans cette application, cela signifierait qu’il faudrait installer 800 Ah nominaux pour fonctionner à 40 ampères moyens ! Rares sont les utilisateurs qui adoptent de pareilles marges. Alors, on fait un compromis sachant que, si l’on fonctionne au double de l’intensité théorique, on ne restitue que 95 % environ de la charge pour aller jusqu’à moins de 50 % si on travaille à C/3. Dans votre cas, une solution raisonnable est d’installer 40 % de plus que le besoin calculé, ce qui tient compte à la fois de la réserve de sécurité, de la perte de 20 % en fin de vie et de la baisse de rendement de 5 % par fonctionnement au-dessus du régime nominal. Dans ces conditions et avec une maintenance soignée, on peut raisonnablement espérer une durée de vie proche de celle donnée dans le manuel de spécifications techniques.

La quantité d’énergie minimale à stocker est directement définie par les contraintes d’utilisation : 4 heures à une moyenne de 2,5 kW par moteur demandent 40 kWh d’énergie utilisable qui exigent une installation d’au moins 55 kWh avec les marges. Cette réserve d’énergie peut être fournie par 4 lignes de 24 éléments de 2 volts-575Wh connectés en série pour obtenir 48 volts mais hors les problèmes d’encombrement, on se heurte à une plus grande complexité de connexion, de manutention et de maintenance qu’avec des éléments de 6 volts d’une trentaine de kilos connectables en série-parallèle, que l’on trouve facilement dans des capacités allant jusqu’à 260 Ah soit 1560 Wh ; 8 éléments de ce type en série nous donnent une ligne de 48 volts pour 12,5 kWh qui couvre presque notre besoin. Si on veut assurer, on peut s’orienter vers le groupement de 16 éléments de 145 Ah appairés et placés en série qui nous donnent les 14 kWh attendus.

Ce sont donc 64 accumulateurs à décharge lente et profonde de 6V-145 Ah à technologie plomb-acide qui constitueront la réserve d’énergie du véhicule. Chaque accu de ce type pèse moins de 25 kilos et mesure à peine plus de 30 cm de hauteur.

Les marques vers lesquelles s’orienter : YUASA, POWER, TROJAN pour les batteries 6V-145 Ah et ENERSYS plus particulièrement pour les éléments de 2V.

Pour la recharge de cet imposant parc, il faut envisager 4 chargeurs totalement automatisés de 2 kW chacun au minimum qui permettront de recharger complètement en une douzaine d’heures avec le temps nécessaire à l’équilibrage final très important pour une bonne longévité de l’ensemble du parc. Il faut prendre soin de respecter les règles de mise en œuvre de ces chargeurs définies par la DRIRE. Enfin, les règles de maintenance de ce parc devront être bien connues et respectées.

3. Installation à bord :

Les moteurs proposés ont tous des dimensions semblables : diamètre extérieur d’une vingtaine de cm pour une épaisseur d’une quinzaine hors transmission et leur boîtier de contrôle est un parallélépipède de 20*15*8 cm. Les deux éléments ne doivent pas être enfermés sans ventilation et le variateur doit être monté sur un refroidisseur métallique de quelques centaines de cm². Une protection contre les projections d’eau et de poussière est indispensable pour le moteur et recommandée pour le variateur.

La transmission doit avoir un rapport permettant l’entraînement des roues d’environ 1,50 m de circonférence à 3,5 tours par seconde lorsque le moteur tourne à sa vitesse maximale d’à peu près 3000 t/mn (50 t/sec) ; le rapport est donc à peu près de 15 à obtenir par le produit de deux réductions dont il paraît commode de réaliser celle x3 de l’arbre moteur par courroies crantées jumelées tandis que celle x5 entraînant l’essieu gagnerait à utiliser des pignons dentés. Sachant que le moteur à puissance nominale peut délivrer un couple de 15 N.m, on pourrait compter sur un couple de 225 N.m sur chaque essieu exerçant une force tangentielle de 100 daN par bogie ; les quatre essieux délivreraient donc 400 daN en traction normale, effort que l’on peut facilement doubler en augmentant l’appel de courant pour de courtes durées au démarrage ou pour franchir les courbes serrées à faible vitesse. La conduite des quatre moteurs peut être réalisée à partir d’une commande unique très simple dans son principe puisque constituée principalement d’un potentiomètre de faible puissance utilisé avec un point milieu pour l’arrêt et les demi-courses basse et haute pour les régimes en avant ou en arrière. Les boîtiers des variateurs pilotés par cette commande potentiométrique unique peuvent être entièrement programmables pour ajuster les différents paramètres (accélération, sens de commande, intensités maximales etc...) et gérer les nombreuses sécurités prévues par construction dans le variateur et totalement paramétrables en fonction des exigences réglementaires ou de gestion de l’énergie. La liaison élémentaire de la commande centralisée (hors programmation) avec les quatre boîtiers des variateurs permet l’utilisation d’un boîtier de faible encombrement et poids qui peut être rendu amovible et connectable en plusieurs postes de conduite par l’utilisation de connecteurs rapides. En revanche, la signalisation d’autonomie restante, si elle est adoptée, ce que je préconise fortement tant pour la sécurité que pour la gestion de la longévité du parc d’accus, doit être installée à poste fixe dans au moins un des postes de conduite car elle est connectée directement et en permanence aux bornes de chaque batterie sans tolérer d’interférences sur le circuit de liaison à faible puissance.

Alain Brunet