Véhicules hybrides : principes de fonctionnement, structure et avantages et inconvénients à connaître

Qu'est-ce qu'une voiture hybride ?

Les véhicules hybrides sont devenus un choix populaire auprès des acheteurs de voitures grâce à leur économie de carburant et à leurs émissions réduites. La Toyota Prius, bien qu'elle ne soit pas la première hybride, a ouvert la voie à son succès commercial en introduisant un système hybride parallèle à deux moteurs.

Mais comment fonctionnent les différents types de voitures hybrides et qu’est-ce qui les distingue ?

Hybrides parallèles

Les systèmes hybrides parallèles utilisent un moteur à essence et un moteur électrique pour entraîner les roues, fonctionnant ensemble ou séparément. Toyota a introduit ce système pour la première fois sur la Prius au Japon en 1997, avec deux moteurs électriques placés entre le moteur à essence et les roues avant, utilisant une batterie de faible capacité (0,8 à 1,4 kWh).

Le système intègre une fonction de répartition de puissance, combinant les deux sources pour délivrer le couple uniquement aux roues. À basse vitesse ou avec de faibles charges, le véhicule peut fonctionner uniquement en électrique, tandis que le moteur à essence intervient lorsque davantage de puissance est nécessaire.

Le système de freinage régénératif récupère jusqu'à 30 % de l'énergie, ce qui se traduit par une économie de carburant impressionnante : 17 à 23 km/l sur la Toyota Prius ou la Corolla Hybride.

L'efficacité maximale est obtenue en conditions de circulation urbaine, où le véhicule effectue des arrêts et des redémarrages fréquents. La transmission planétaire remplace la boîte de vitesses traditionnelle, permettant un ajustement continu du rapport de démultiplication, optimisant ainsi l'utilisation de l'énergie électrique et réduisant la consommation de carburant.

Hybrides série

Contrairement aux hybrides parallèles, les hybrides série sont plus simples. Le moteur à essence sert uniquement à alimenter un générateur qui charge la batterie, tandis que les roues sont entièrement entraînées par le moteur électrique. Cette configuration est similaire à celle d'une locomotive diesel-électrique et fonctionne plus efficacement à vitesse constante.

Cependant, les véhicules hybrides de série nécessitent des batteries plus puissantes en raison des variations importantes de la demande énergétique lors des déplacements. Aux États-Unis, certains modèles comme la BMW i3 REx, la Fisker Karma ou le futur Ram 1500 Ramcharger utilisent ce système, mais leur nombre reste limité.

Hybrides rechargeables (PHEV)

Un véhicule hybride rechargeable (PHEV) est une version améliorée d'un hybride parallèle, doté d'une batterie plus puissante rechargeable sur le réseau, permettant au véhicule de rouler en 100 % électrique sur une certaine distance (entre 11 et 82 km selon l'EPA 2024). La Chevrolet Volt (2011-2018) a été pionnière, permettant à de nombreux utilisateurs de se déplacer quotidiennement en 100 % électrique.

Les véhicules hybrides rechargeables (PHEV) comme la Toyota Prius Prime, le RAV4 Prime et les modèles Hyundai, Kia et Jeep 4xe sont tous équipés de systèmes hybrides parallèles. Cependant, sans recharge régulière, ces modèles fonctionnent comme des hybrides classiques, mais sont plus lourds et plus chers.

Hybrides doux

Les hybrides légers utilisent un moteur électrique qui n'est pas assez puissant pour entraîner le véhicule seul, généralement situé entre le moteur et la transmission ou intégré au système de démarrage.

Le système utilise une petite batterie pour stocker l'énergie provenant du freinage régénératif ou de l'excès de puissance du moteur, ce qui facilite l'accélération et permet d'économiser du carburant, mais avec une efficacité moindre qu'un hybride complet.

Les systèmes hybrides légers fonctionnent généralement à 48 V, offrant de meilleures performances que les systèmes 12 V conventionnels, mais à un coût inférieur à celui des hybrides complets (280–400 V).