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La chaleur résiduelle pour propulser les véhicules

Le secteur des transports vise à réduire ses émissions de dioxyde de carbone. Un projet financé par l'UE a mis au point une technique capable d'utiliser la chaleur résiduelle pour la production d'électricité dans les véhicules qui en nécessitent beaucoup.
La chaleur résiduelle pour propulser les véhicules
Environ 60 % de l'énergie se transforme en chaleur résiduelle dans un moteur à combustion interne traditionnel, laquelle est éliminée dans les gaz d'échappement et le système de refroidissement. Le cycle thermodynamique de Rankine pourrait en théorie être utilisé pour améliorer le rendement énergétique de 20 %. Le cycle de Rankine convertit la chaleur en électricité grâce à la vaporisation, l'expansion et la condensation d'un fluide caloporteur en circuit fermé.

Le projet NOWASTE (Engine waste heat recovery and re-use) a mis au point cette technologie pour répondre à la demande du secteur automobile sans compromettre le design et les performances du véhicule. Les avantages sont encore supérieurs lorsqu'ils sont intégrés à un groupe propulseur hybride ou quasi-hybride, puisque l'énergie peut être conservée et utilisée à la demande. Les chercheurs ont utilisé des poids lourds dotés de moteurs auxiliaires électriques, un camion Volvo et un camion Iveco, afin de démontrer le fonctionnement de la technologie. Une augmentation globale du rendement énergétique du véhicule entre 12 et 15 % était attendue.

Les partenaires du projet ont réalisé des progrès considérables en termes de conception, d'approvisionnement et d'intégration des composants en vue des tests sur bancs d'essai. Ils ont mis au point de nouveaux modèles pour les composants et la gestion thermique du véhicule. Ils ont aussi conçu des éléments spécifiques au cycle de Rankine (brûleur, condenseur, expanseur et pompe). Par ailleurs, l'équipe a mieux compris le lien entre le système et son intégration à un véhicule industriel.

Tous les aspects de l'intégration ont été pris en compte, dont la gestion de l’énergie embarquée en vue d'exploiter pleinement le système. NOWASTE s'est distingué par la qualité de l'intégration du système de récupération de chaleur au moteur et au système d'échappement, notamment en régime transitoire et en charge partielle. Les partenaires du projet ont également adopté une nouvelle solution pour améliorer le rejet de chaleur, qui réduit l'impact de la traînée de refroidissement, et mis au point des stratégies de contrôle novatrices.

Par ailleurs, les chercheurs ont réalisé un projet numérique du cycle de Rankine global pour l'installation sur banc d'essai des deux applications. Cela a permis la création du banc d'essai pour l'un des véhicules et d'un prototype intégré pour le second. Des tests ont été effectués pour les deux systèmes. Enfin, l'équipe a réalisé une estimation préliminaire des coûts et de la faisabilité technologique.

La récupération de la chaleur résiduelle émanant de la combustion des carburants fossiles en vue d'une conversion en électricité pour les moteurs auxiliaires ou les groupes de propulsion hybrides pourrait limiter la consommation et les émissions de CO2. Le projet NOWASTE a réussi à créer les composants et les systèmes nécessaires à cette démarche, en vue d'une utilisation écologique et efficace de l'énergie dans le secteur des transports sur route.

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Thèmes

Transport

Mots-clés

Cycle de Rankine, NOWASTE, système de récupération de chaleur, moteur, gestion embarquée de l'énergie, conception assistée par ordinateur, récupération de chaleur, rendement énergétique, réduction CO2