Les Concept-cars Peugeot

Les recherches se poursuivent sans répit dans le domaine de la pile à combustible.

Après les Peugeot Taxi PAC et H2O, une nouvelle voie est explorée qui aboutit à la miniaturisation et à la simplification de cette technologie, tout en garantissant une autonomie confortable.

Pour concrétiser cette évolution, Peugeot a choisi comme nouveau démonstrateur technologique un concept-car inédit, le Quark.

Le Quark est un véhicule à deux places et quatre roues dont la « mécanique » fait partie intégrante de l’esthétique et sur lequel chaque pièce est stylisée pour mettre en avant sa propre fonction.

Il en est ainsi de tous les éléments qui sont en contact avec le corps, comme par exemple les poignées de maintien du passager, les marchepieds, la carrosserie avec laquelle le conducteur fait intimement corps. Le châssis de Quark résulte par exemple d’une collaboration  exemplaire entre stylistes et ingénieurs, l’esthétique et la technique.

Bien que de surface peu importante, la carrosserie permet, sans difficulté, d’identifier l’appartenance de Quark à la Marque. Ainsi, en est-il du dessin de ses projecteurs doubles à diodes électroluminescentes, de celui de son nez supportant le Lion, mais aussi de sa calandre tonique mais souriante. Tout concoure à rendre ce véhicule futuriste mais aussi réaliste.

Comme sur la 307 CC, les feux arrière sont également équipés de diodes électroluminescentes.

La bulle s’assimile à un pare-brise protégeant les passagers qui disposent par ailleurs de rangements dédiés.

A l’avant et à l’arrière, des protections assimilables à des boucliers supportent les plaques de police. A l’arrière, le réservoir d’hydrogène est peint d’une couleur rouge symbolisant ce fluide.

Un moteur électrique anime chacune des quatre roues elles-mêmes reliées au châssis par l’intermédiaire de triangles superposés. Ces roues d’un diamètre de 17’’, véritables pattes d’araignées, donnent de l’amplitude à leur débattement. Elles sont chaussées de pneumatiques Michelin de section volontairement ronde et à la sculpture inédite en écaille pour favoriser l’évacuation d’eau.

Le Quark marie des matières nobles comme l’aluminium et le carbone. La selle est recouverte d’un revêtement anti-dérapant pour le bon maintien latéral des passagers.

Pour utiliser le Quark, le conducteur dispose d’une interface communicante amovible assimilable à une « clef de contact » doublée d’un combiné. Posée sur son support, elle informe du fonctionnement de la chaîne de traction et de la pile à combustible, elle indique la vitesse du véhicule, le guidage par satellite, etc. Protégée par un petit couvercle transparent et étanche, elle autorise le démarrage lorsqu’elle est en place et elle verrouille l’engin dès que le conducteur l’enlève comme une clef de contact qu’il emmène avec lui.

Le Quark, véhicule totalement propre, symbole de liberté, se veut tout à la fois un engin futuriste, ludique, mais aussi crédible par son contenu technologique.

La technologie de Quark :

1. Principe de fonctionnement d’une pile à combustible et stratégie de PSA Peugeot Citroën

Les avantages de la pile à combustible (PAC) sont nombreux. Tout d’abord, cette technologie participe à la réduction des émissions de CO2 et donc à la maîtrise de l’effet de serre. De plus, grâce au silence des véhicules PAC et à la suppression des émissions polluantes locales, la PAC contribue à l’amélioration de la qualité de vie en ville.

– Comment marche une pile à combustible ?

Pour fonctionner, une pile à combustible a besoin d’hydrogène et d’oxygène. L’oxygène est puisé dans l’air alors que l’hydrogène est stocké à bord sous forme gazeuse, liquide ou chimique. L’association de l’hydrogène et de l’oxygène entraîne une réaction électrochimique provoquant un déplacement des électrons qui produit simultanément de l’eau, de la chaleur et surtout de l’électricité.

Dans l’avenir, la pile à combustible et l’hydrogène pourraient représenter un vecteur d’énergie alternative à fort potentiel. PSA Peugeot Citroën a donc engagé une démarche de recherche de solutions pragmatiques et a présenté, ces dernières années, plusieurs démonstrateurs spécifiques : Peugeot Taxi PAC et Peugeot H2O.

Ces deux véhicules fonctionnent en mode « range extender », c’est-à-dire « véhicule électrique à prolongation d’autonomie ». L’énergie issue de l’hydrogène vient ainsi compléter l’énergie électrique des batteries.

Peugeot Taxi PAC est une sorte de « taxi londonien du 21e siècle ». Dans ce démonstrateur, l’hydrogène est stocké sous forme de gaz comprimé (300 bars) dans un rack amovible. Le remplissage (échange d’un rack vide par un rack plein) se fait donc rapidement, ce qui correspond parfaitement à l’usage ciblé : celui des flottes urbaines.

Peugeot H2O, rencontre entre un rêve d’enfant et un rêve d’ingénieur, est un véhicule de pompier conçu pour des interventions urbaines. Il vise à apporter une solution au problème de packaging de l’hydrogène comprimé en fabriquant l’hydrogène à bord, à la demande, à partir d’une solution aqueuse de borohydrure de sodium.

2. « Quark » : poursuivre la démarche pragmatique du Groupe en proposant une chaîne de traction innovante.

Dans la continuité des démonstrateurs Peugeot Taxi PAC et Peugeot H2O, PSA Peugeot Citroën propose un nouveau démonstrateur urbain et péri-urbain pile à combustible : le « Quark ».

En effet, c’est en ville que les principales qualités de la pile à combustible, le silence et l’absence de pollution sur le lieu d’utilisation, sont les plus pertinentes. De plus, dans une utilisation urbaine et péri-urbaine, c’est-à-dire dans un usage qui comporte de très fréquentes phases de décélération, il est possible d’utiliser le moteur électrique de traction du véhicule pour freiner et donc de récupérer gratuitement de l’énergie de décélération. Cela permet de réduire la consommation globale du véhicule.

Le « Quark » illustre donc parfaitement la démarche pragmatique du Groupe en recherchant la meilleure chaîne de traction pour le meilleur usage.

Dans la continuité de ses deux prédécesseurs, le « Quark » fonctionne également en mode « range extender ». La pile à combustible vient ainsi compléter l’énergie électrique fournie par 40 éléments d’une batterie Nickel Métal Hydrure (NiMH). D’une tension unitaire de 7,2 Volts, la batterie permet d’obtenir une tension nominale globale de 288 Volts.

En parallèle, PSA Peugeot Citroën propose de nouvelles solutions pour simplifier et compacter l’intégration de la pile à combustible dans le véhicule. Tout d’abord, la pile à combustible du « Quark » n’est plus refroidie à l’eau mais à l’air. Cela évite d’implanter un volumineux circuit de refroidissement à eau et libère autant d’espace pour d’autres équipements ou pour compacter le volume de la chaîne de traction.

D’autre part, l’absence du circuit de refroidissement à eau lève une des contraintes majeures des piles à combustible : l’incompatibilité eau pure / températures ambiantes négatives. En effet, en gelant, l’eau détériorerait irrémédiablement la pile, et aucun antigel n’est aujourd’hui compatible avec une pile à combustible. Il est donc possible de garer le « Quark » à l’extérieur quelles que soient les conditions climatiques, ce qui correspond bien à l’usage d’un tel véhicule.

Le « Quark » dispose d’une bouteille d’hydrogène de 9 litres sous une pression de 700 bars. Cela permet, dans le même encombrement qu’une bouteille de 350 bars, d’augmenter la quantité d’hydrogène embarqué et donc l’autonomie du véhicule. Sur cycle, celle-ci est d’environ 100 km (jusqu’à 130 km en mode éco).

En outre, comme le Taxi PAC, le « Quark » propose un système de remplissage du véhicule en hydrogène simple et rapide. En effet, le système « plug & drive » permet d’échanger aisément une bouteille vide contre une pleine.

Le « Quark » innove par sa motorisation. La puissance électrique fournie par les batteries et la pile à combustible est ainsi transmise, non pas à un moteur central, mais à quatre moteurs électriques situés dans chacune des roues du véhicule. Chaque moteur procure un couple maximum de 100 Nm, une puissance continue de 2,5 kW et une puissance maximale de 7 kW. Grâce à ses quatre moteurs, le « Quark » dispose donc d’un couple maximum de 400 Nm, d’une puissance nominale de 10 kW et d’une puissance maximale de 28 kW.

La technologie retenue pour les moteurs est dite à aimant permanent. Le courant électrique des batteries est conditionné par un convertisseur qui alimente les enroulements du stator du moteur et produit un champ magnétique tournant. Ce champ tournant entraîne les aimants permanents fixés au rotor lui-même lié directement au moyeu de la roue, laquelle suit donc, en rotation, le mouvement du champ magnétique du moteur.

Cette technologie est favorable à la maîtrise de la taille et de la masse des moteurs ainsi qu’à leur rendement énergétique.

Le carter du moteur (stator) fait fonction de pivot de roue.

De par la présence des quatre moteurs, le véhicule dispose de quatre roues motrices en permanence. Les moteurs sont pilotés indépendamment les uns des autres, par un module électronique, pour fournir un couple adapté à la demande du conducteur (pilotage en courant). Ce module, associé aux quatre moteurs, assure la fonction des différentiels sur un véhicule classique. Au-delà du freinage récupératif, le système est ouvert à des fonctionnalités avancées (non implémentées sur le démonstrateur) telles que ABS, ESP, assistance en virage (à très basse vitesse) afin de réduire le rayon de braquage en provoquant un glissement des roues.

Le système de freinage combine un freinage électrique récupératif et un freinage mécanique à commande hydraulique agissant sur des disques. La commande de freinage gère les deux modes de freinage de telle sorte que l’on utilise prioritairement le freinage électrique (qui assure une décélération d’environ 0,3 g) avant le freinage hydraulique favorisant en cela le bilan énergétique.

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