LES ENGINS HYBRIDES ONT LA COTE

Le précurseur

En 1996, Volvo présentait à la presse européenne  sur le circuit de F1 de Jerez, en Espagne, trois véhicules expérimentaux adaptés aux exigences de l’après 2000, à savoir : une voiture  familiale  qui avait déjà été exhibée en 1992, un camion et un bus, tous les trois dotés d’un système de motorisation hybride. Pour Volvo, l’objectif était d’acquérir des connaissances qui permettront d’affronter les normes d’efficacité, de sécurité et de dépollution qui seront d’application dans un avenir proche. Volvo  a  été toujours un acteur visionnaire tant  du côté de la sécurité des véhicules que du côté  de la R&D ainsi que de l’environnemental. Aujourd’hui, plusieurs constructeurs d’automobiles  et de véhicules divers utilisent cette technologie.

Les pelles à motorisation hybride

En 2008, le constructeur Komatsu présentait la première pelle hybride au monde  la PC 200 Hybrid conçue et développée dans son usine de Shonan au Japon. Son principe : le moteur hydraulique de rotation de la tourelle est remplacé par un ensemble moteur-générateur électrique qui, à chaque freinage de la tourelle, récupère l’énergie cinétique qui sera alors restituée à la prochaine rotation de la pelle sous forme d’énergie électrique. En  mars 2011 à Conexpo le constructeur japonais présente sa nouvelle pelle hybride HB215LC-1 avec des performances  et une productivité améliorées. Tout comme  la PC200 Hybrid, elle  hérite des mêmes caractéristiques que son ainée. Selon Komatsu, cette pelle hybride permet de réduire la consommation de carburant jusqu’à moins 25% accouplé à des émissions de CO2  réduites,  par rapport à une pelle classique. La pelle HB215LC-1 est propulsée par un moteur diesel Komatsu de 141 CV (104kW). Plus de 2400 machines sont en service de par le monde. Pratiquement tous les autres constructeurs de pelles ont choisi le même système d’énergie électrique comme : Doosan avec un proto de  22t dévoilé à  la Bauma 2010. Sa consommation de carburant et les émissions de CO2 seraient réduites de près de 35% par rapport  à celle de la pelle standard  Doosan DX225,  Hitachi  avec sa ZH 200 Hybrid de 20t équipée  du système TRIAS HX  qui combine un système hybride  couplé au système hydraulique écoénergétique TRIAS avec pour conséquence une diminution des émissions de CO2 et  de carburant  de l’ordre de 20% comparé au modèle standard ZX200-3. Son système hybride comporte : un moteur électrique auxiliaire de 200Volts AC, un condensateur de 180 Volts AC, un moteur de giration de 200 Volts AC et une unité de réglage d’une puissance de 180-330 Volts AC&DC. À noter également Hyundai avec son prototype  220LC Hybrid  présenté à Intermat. Ce matériel n’est resté qu’au stade final  car d’autres R&D sont en cours (la solution globale finale n’est pas encore retenue). Terex –Fuchs  et sa pelle de manutention MHL350E «  Blue Evolution » respectueuse de l’environnement et consommant jusqu’à 30% en moins de carburant par rapport à une machine conventionnelle. Elle reçoit un moteur diesel Deutz intégrant une unité moteur-générateur (IMG) qui remplace le traditionnel volant moteur au cœur de cette machine hybride. La MHL350 E hybride est donc entraînée par le moteur diesel, qui développe 160 kW de puissance, tandis que l'IMG produit de l'électricité dès lors que le moteur tourne  (cette pelle été dévoilée  au dernier salon de la Bauma)  et le chinois Sunward  avec sa pelle SWE230S de 23t  dont la production a débuté fin 2010. À Intermat 2009 Mecalac  proposait aux visiteurs son proto  12 MTX Hybride doté d’un motogénérateur électrique. Cet engin a obtenu «  le prix spécial de l’environnement ».  Quant à  Liebherr  il a exposé  au salon Bauma 2013  sa pelle sur chenilles « R9XX concept » un support technologique pour les entraînements électriques hybride. Il ‘agit d’un exemple des technologies de récupération d’énergie qui pourront être exploitées à l’avenir. La « R9XX concept » possède un moteur Liebherr  d’une puissance  moindre de 160kW/218CV, que celle que l’on trouve sur une pelle de classe équivalente. L’économie   de carburant et le faible niveau de CO2 sont obtenus grâce à l’apport de la puissance de l’entraînement hybride électrique. La principale source d’énergie de la « R9XX concept » est un moteur thermique standard associé à un accumulateur hydraulique  et  un accumulateur électrique.  Les composants utilisés et développés par le constructeur sont : entraînement électrique de rotation,  les accumulateurs électriques appelés Super-condensateurs ainsi que l’unité de commande électronique. L’énergie hydraulique est récupérée grâce à un accumulateur hydraulique et un électrique. La date de son lancement n’est  pas dans l’immédiat. En pelle de manutention portuaire et parcs à ferrailles, épinglons le constructeur Finlandais Mantsinen  qui propose ses modèles Hybridlift  avec un système de stockage d’énergie et de redistribution  qui augmente l’efficacité de l’énergie en recyclant jusqu’à 35% de l’énergie nécessaire pour soulever la flèche principale.  Les grues  Hybridlift  utilisent des moteurs  diesel ou électrique plus petits pour une réduction de carburant  et des bruits.

En ce qui concerne Caterpillar,  son choix s’est porté sur la solution hybride hydraulique, plus fiable dans le temps selon les essais qu’il a réalisé  après avoir testé les deux systèmes ( électrique et hydraulique) avant de lancer son modèle hybride. La pelle s’appuie sur trois technologies distinctes : 1) Une économie du carburant  pouvant atteindre 25% grâce à la gestion de la puissance du moteur garantie par la pompe électronique programmable ( ESP), 2) Optimisation des performances grâce à la gestion des restrictions garantie par la vanne du système breveté de contrôle adapté (ACS, Adaptive Control System) de Cat. Celui-ci gère d’une façon intelligente les restrictions et les flux du système  et 3)  Réutilisation de l'énergie grâce au système de balancement hybride hydraulique, qui capte l'énergie du frein de tourelle de la pelle hydraulique dans les accumulateurs, avant de la libérer pendant l'accélération. Chez Cat toujours notons  également la pelle hybride Cat 6120BH FS la plus grosse pelle hybride du monde d’un poids de 1.270 t !!

Du côté des mini-pelles on n’est pas resté les bras croisés, au contraire. Ainsi, la société Néerlandaise Triton a développé un système hybride pour une mini-pelle Kubota U10-3 destinée au loueur Boels. Celle-ci peut être utilisé soit avec un moteur  diesel électrique  soit en mode électrique uniquement mais relié par une  pompe hydraulique séparée. Lors du salon Intermat 2006, Takeuchi  avait présenté  la TB117E un proto d’une mini  pelle «  Bi-Energie » totalement électrique  dotée d’un moteur électrique fonctionnant en 380 volts. Elle pouvait également fonctionnée en mode diesel. Aujourd’hui, le constructeur japonais propose plusieurs modèles de ce type.

 

Et quelques autres…

Télescopique Merlo

Le constructeur Italien de télescopiques propose son modèle 40.7 Hybrid doté d’un système diesel électro-hydraulique hybride avec pour avantages : Garantie du niveau de prestations  des engins conventionnels, réductions de la consommation de carburant de 30% par rapport aux machines classiques, des émissions sonores quasiment nulles  en mode électrique  et de la pollution réduite grâce à l’utilisation d’un petit moteur à régime constant dans les phases de travaux où la consommation spécifique de carburant est basse. En outre, les batteries se rechargent sur le réseau de l’utilisateur permettant au véhicule de fonctionner en permanence en mode entièrement électrique sans émissions de gaz d’échappement. En considération de l’économie de carburant que le système assure, le retour sur investissement est d’environ deux ans en fonction bien entendu du nombre d’heures d’utilisation et du type d’activité.

Chargeuse Volvo

C’est en  2008, que le constructeur Suédois présentait sa première chargeuse  sur pneus L220F Hybrid avec au cœur de son système  hybride un démarreur à générateur intégré ( ISG) placé entre le moteur et la transmission associé à une batterie ultramoderne considérablement plus puissante qu’une batterie au plomb-acide normal. Le moteur électrique de l’ISG offre, au démarrage, un couple maximal de 700Nm en terme de puissance moteur qui procure immédiatement une gigantesque poussée d’énergie mécanique. La combinaison de ces deux caractéristiques de l’ISG fait que le moteur diesel reste éteint pendant de longues périodes où il tourne au ralenti. Ainsi, le conducteur n’a plus besoin de le faire tourner en survitesse de façon à atteindre un couple suffisant pour travailler, la batterie  se recharge ensuite automatiquement sans diminuer la productivité de la chargeuse, l’ISG agissant comme une dynamo-alternateur.  Les premiers atouts du système hybride permettent des coûts de carburant  réduits importants avec en plus une mécanique moins sollicitée  et une longévité accrue ainsi que des performances améliorées, le  tout en préservant l’environnement comme le niveau sonore.

 

Nacelle Niftylift

Ce constructeur Anglais propose des  nacelles élévatrices 4x4 à alimentation hybride qui offrent des performances maximales tout en respectant l’environnement. Un mode tout électrique permet une marche zéro-émission pour les applications propres ou sensibles au bruit, tandis que le mode Hybride, avec un catalyseur minimise  la consommation en carburant et CO2  grâce au moteur diesel « Re-Gen » à régénération dont elles sont équipées.

 

Grue à câbles Liebherr

Avec sa grue à flèche treillis HS 8300 HD Hybrid, le constructeur a fait sensation à la Bauma 2013 en présentant une machine de plus de 350t. Une des caractéristiques les plus impressionnantes de cette nouvelle grue est son puissant entraînement hybride économe en énergie. Elle est dotée du système Pactronic qui apporte les avantages suivants : 800 kW de force de levage grâce au moteur diesel de 725 kW ainsi qu'une puissance de système de 1250 kW comparables à une transmission conventionnelle, réduction de la consommation de carburant et donc diminution des émissions de CO2,  émissions sonores réduites, force de levage améliorée, force d'abaissement améliorée et  augmentation de la capacité de transbordement avec un groupe de propulsion principal identique.

Système Bosch  hybride pour engins de chantier

À la dernière Bauma, Bosch a présenté un entraînement hybride électrique pour pelle hydraulique  qui permet de récupérer  de l’énergie lors du freinage de la tourelle de rotation.  Pour Bosch,  « l’hybridisation » des engins de  chantier augmente leur efficacité puisque le carburant est le facteur coût le plus important pour ces types de machines. En même temps, les futures émissions standards  motivent l’utilisation de la technologie hybride, grâce à une moindre consommation de carburant (jusqu’à moins 40%) et à  des émissions de CO2  réduites.  Avec une puissance requise de 65kW, le nouvel entraînement ne perd pas sa performance. Pendant un très court instant, jusqu’à 120kW, un couple maximum  de 1000Nm pourra être délivrée.  Le système hybride Bosch se compose  d’une génératrice intégrée, d’une batterie à haute tension, d’un onduleur (avec option un convertisseur de tension DC/DC), d’une unité de contrôle électronique et d’un séparateur moteur/génératrice.

Bouteur Caterpillar

Lancé en 2010, le bull D7E  est un engin avec un groupe motopropulseur à entraînement électrique qui garantit une consommation moindre de carburant  de 10 à 30% avec augmentation du rendement énergétique de 25%. Sa transmission électrique remplace le convertisseur de couple et la boîte de vitesse. Il est, bien entendu, doté d’un moteur C9.3 Cat  associé à la technologie Acert. Celui-ci alimente un alternateur électrique qui convertit efficacement l’énergie mécanique en courant alternatif qui fournit deux moteurs électriques d’entraînements reliés à un circuit de direction différentielle. Cette chaîne électrique compte moins de pièces mobiles par rapport aux versions précédentes avec comme avantage une réduction des coûts d’exploitation, une durée de vie prolongée des composants d’entraînements, des opérations d’entretien et de maintenance plus espacées.

 

© Christian Durieux. Tous droits réservés

Listes des marques et distributeurs 

Caterpillar ( Bergerat Monnoyeur Belgique), Hitachi ( Luyckx), Komatsu ( BIA), Hyundai ( HMB), Liebherr (Van der Spek), Merlo ( De Lille Centrum), Kubota ( Luyckx), Mecalac (Belmaco), Takeuchi (Verhoeven Belgium), Terex-Fuchs (Van der Spek), Volvo (VCM Belgium), Doosan (Interparts), Sunward (Foets), Niftylift ( Robeys-Huet), Liebherr ( SomTP  ),