Electrification of mobility

Electrification of mobility
Vision de la transition

Électrifier les mobilités : un levier clé pour réduire les émissions

La propulsion électrique transforme l'énergie électrique en énergie mécanique pour faire avancer un véhicule. Elle associe notamment un moteur, une électronique de puissance et des stratégies de pilotage, dont les performances conditionnent l'efficacité énergétique du véhicule.

En quelques chiffres :

  • - 90 % d’émissions visées dans les transports en Europe d’ici 2050 (Green deal européen)
  • - 40 % d’émissions en France en 2030 (SNBC)
  • - 30 à - 50 % d’utilisation de terres rares avec des moteurs électriques à aimants ferrites (sans terres rares) ou sans aimants (purement réluctante), tout en maintenant des performances élevées

Améliorer l'efficacité tout en maîtrisant les ressources

Le développement de la mobilité électrique ne repose pas uniquement sur l'électrification des véhicules. Il suppose également d'améliorer l'efficacité des systèmes de propulsion, de maîtriser l'utilisation des matériaux critiques et d'adapter les technologies aux différents usages.

Défis :

  • améliorer l’efficacité énergétique des systèmes
  • maîtriser les ressources et matériaux critiques
  • intégrer des approches d’écoconception
  • garantir la fiabilité et la durée de vie
  • adapter les solutions aux différents usages
     

IFPEN développe des solutions de propulsion électrique pour les véhicules particuliers, les poids lourds, les engins Off-Road et la mobilité légère, l’aéronautique et le maritime, et évalue les technologies pour accompagner les choix industriels et publics.

 
Lire notre Décryptage : le véhicule électrique


Vidéo : Replay de la table-ronde RDV IFPEN - Décarbonation de la mobilité terrestre

 

Solutions & innovations

Des systèmes électriques plus performants et plus sobres

IFPEN développe les différentes briques des systèmes de propulsion électrique, en travaillant à la fois sur leurs performances et sur leur intégration. 

Un bref rappel pour comprendre

Entre la batterie et les roues, la chaîne de traction électrique associe plusieurs technologies dont les performances sont interdépendantes. Leur conception conjointe détermine le rendement, la puissance, la consommation de ressources et l’adaptation du véhicule à ses usages. 

Concevoir des systèmes électriques performants et fiables

Objectif : concevoir conjointement les moteurs électriques, l’électronique de puissance et la gestion thermique pour améliorer leur rendement, maîtriser leurs contraintes de fonctionnement et intégrer l’écoconception.

Des moteurs électriques optimisées en performance et en ressources

Technologies :
  • machines synchro-réluctantes (machines dont le fonctionnement repose sur les propriétés magnétiques du rotor, limitant l’usage d’aimants permanents)
  • machines avec aimants sans terres rares lourdes (ex. aimants en ferrite)
  • machines purement réluctantes (sans aimants)
  • machines à flux axial (architecture compacte avec une forte densité de couple)

  • moteurs roue (architecture compacte avec une forte densité de couple)
Bénéfices :
  • maintenir un haut rendement sur une large plage de fonctionnement
  • réduire l’usage de terres rares
  • adapter les moteurs à différents niveaux de puissance
  • optimiser l’intégration système

Électronique de puissance : réduire les pertes et améliorer l’efficacité des systèmes

Technologies :
  • convertisseurs et onduleurs (dispositifs qui adaptent la tension et le courant pour alimenter le moteur)
  • composants à large bande interdite (SiC, GaN), permettant de fonctionner à plus haute fréquence et température
  • architectures d’onduleurs à forte densité de puissance

Bénéfices :
  • réduire les pertes lors de la conversion d’énergie
  • améliorer la compacité des systèmes
  • faciliter l’intégration dans les véhicules

Gestion thermique : garantir la fiabilité et la durée de vie

Technologies :  
  • refroidissement actif (circulation de fluide caloporteur, systèmes à immersion dans un fluide diélectrique)
  • refroidissement passif (conduction thermique, encapsulation)
  • intégration thermique des moteurs et convertisseurs  
Bénéfices :
  • maintenir les performances dans le temps
  • limiter les risques de dégradation
  • dimensionner les systèmes au plus juste
  • augmenter la densité de puissance
Image
Vue transparente d'une voiture électrique révélant sa batterie et son châssis

Piloter, optimiser et comparer les systèmes pour éclairer les choix

Objectif : optimiser conjointement les technologies de propulsion électrique et comparer les solutions pour les adapter aux usages et éclairer les choix industriels et publics.

Piloter les systèmes pour optimiser leur fonctionnement en conditions réelles

Le contrôle (algorithmes qui pilotent le moteur et l’électronique) conditionne le rendement en conditions réelles, l’adaptation aux usages et le comportement global du système.


Technologies :  
  • lois de commande avancées  
  • optimisation de la répartition des pertes  
  • outils numériques (eDrive Control Suite)

Bénéfices :
  • optimiser le rendement selon les conditions d’usage
  • améliorer le comportement du système
  • adapter les performances aux différents segments
  • convertisseurs multi-niveaux 

Améliorer la performance globale et intégrer l’écoconception des systèmes

L’intégration système (interaction entre moteur, électronique et pilotage) conditionne le rendement global, la cohérence du dimensionnement et la capacité à industrialiser les solutions.


Approches :  
  • modélisation multiphysique (électrique, thermique, mécanique)
  • optimisation conjointe moteur / électronique / contrôle
  • prise en compte de l’intégration véhicule

Bénéfices :
  • améliorer le rendement global
  • garantir la cohérence du dimensionnement
  • faciliter l’industrialisation
Comparer les solutions pour orienter les décisions

IFPEN compare les solutions de propulsion électrique selon leurs performances, leurs coûts et leurs usages afin d’éclairer les choix industriels et publics.


Approches :  
  • analyses de performance et de consommation
  • évaluations multicritères (coût, énergie, usage)
  • comparaison d’architectures
Bénéfices :
  • Eclairer les choix industriels
  • comparer les options selon les usages
  • éclairer les politiques publiques 

Batteries et matériaux critiques : prolonger l’écoconception de la chaîne de traction

Image
Route filant en flou de vitesse, bordée d'arbres verts sous un ciel bleu

Adapter la batterie aux usages et anticiper le devenir de ses matériaux.

La performance environnementale de la propulsion électrique dépend aussi de la batterie, de son dimensionnement et des ressources mobilisées pour sa fabrication.

IFPEN travaille sur les matériaux et composants, le comportement des cellules et leur intégration dans les packs. Il étudie également le diagnostic des batteries après leur premier usage ainsi que le recyclage et la réintroduction de leurs matériaux dans la chaîne de valeur.

Voir la page Batteries

Voir la page Recyclage des batteries

 

Des carburants bas carbone pour compléter l’électrification

Image
Route filant en flou de vitesse, bordée d'arbres verts sous un ciel bleu

Adapter le vecteur énergétique aux contraintes de chaque usage.

L’électrification ne répond pas de la même manière à tous les besoins de mobilité. Pour l’aviation, le maritime, le ferroviaire non électrifié, certains transports routiers lourds et les engins hors route, IFPEN développe également des procédés de production de biocarburants avancés et d’e-fuels.

Voir la page de cette thématique

 

Impacts

Des impacts pour la mobilité électrique

Ressources et circularité — réduire la dépendance aux matériaux critiques

  • 40 % de puissance supplémentaire par kilogramme d’aimant obtenue avec le prototype de moteur synchro-réluctant développé dans MELCHIOR.
  • Machine électrique écoconçue et compatible avec des aimants recyclables développée par IFPEN et le CEA-Liten.
  • Chaîne européenne de recyclage des aimants permanents en développement dans MAGELLAN, avec une démonstration visée à l’échelle TRL

Découvrir les résultats de MELCHIOR

Industrie — transférer et valider les technologies

  • Licence d’un onduleur de 48 V accordée à Solution F pour une motorisation destinée aux véhicules de loisirs et au rétrofit de véhicules urbains.
  • Motorisations développées pour différentes puissances et applications, jusqu’aux architectures de 800 V pour les engins hors route.
  • Stratégies de contrôle expérimentées avec Silicon Mobility pour réduire les pertes du moteur et de l’onduleur. 

  Filière — préparer les propulsions électriques de demain

  • Groupe motopropulseur de 1 200 V en développement dans le projet européen ENLIGHTEN.
  • Moteur, onduleur multiniveau et stratégies de contrôle développés par IFPEN, avec essais et validation sur véhicule prévus.
  • Analyse du cycle de vie et des coûts intégrée au projet pour évaluer la pertinence des technologies développées. 

Découvrir le projet ENLIGHTEN

  Société — adapter l’électrification aux usages

  • Motorisations développées pour plusieurs niveaux de puissance, de 48 V pour les véhicules légers et le rétrofit à 800 V pour certains engins hors route.
  • Solutions étudiées pour différentes mobilités, notamment les véhicules urbains, les véhicules de loisirs, les engins spécialisés et la mobilité légère.
  • Rétrofit accompagné par des technologies transférées à des partenaires industriels, afin d’adapter des véhicules existants à la propulsion électrique. 
Recherche & expertise

Une expertise scientifique pour concevoir et évaluer les systèmes

La recherche combine modélisation, conception et validation expérimentale pour améliorer les performances des systèmes de propulsion électrique.

Projets de recherche collaborative

MITIC
Améliorer le refroidissement des moteurs électriques

  • Refroidissement direct par liquide
  • Modélisation des écoulements et des transferts thermiques

ARCHIMEDES
Evaluer la fiabilité de l’électronique de puissance

  • Composants SiC et GaN
  • Méthodes d’évaluation de leur fiabilité dans les chargeurs et les onduleurs

MAUTIV’8
Maîtriser les convertisseurs à haute tension

  • Écoconception d’un onduleur destiné aux transports routiers
  • Réduction par le contrôle des perturbations liées aux transistors SiC

ENLIGHTEN 
Préparer les chaînes de traction à 1 200 V

  • Développement conjoint du moteur et de l’onduleur GaN
  • Intégration et essais de la chaîne de traction dans un véhicule

Consulter les programmes collaboratifs d’IFPEN

Compétences scientifiques mobilisées

Image
Équipe d'ingénieurs examinant la modélisation 3D d'une voiture électrique et de sa batterie sur un ordinateur portable

Génie électrique et électronique Systèmes d’automatisation et de contrôle Modélisation et simulation des systèmes Mécanique des fluides Thermodynamique / Modélisation moléculaire  Physique du transfert et du transport Méthodes numériques et optimisation Science des données  Modélisation économique   Évaluation des impacts environnementaux & ACV

Accéder à toutes les compétences

Infrastructures

  • bancs moteurs et groupes motopropulseurs 
  • bancs HIL, bancs à rouleaux et bancs véhicules électrifiés 
  • bancs batteries et bancs climatiques
  • bancs dédiés à l’électronique de puissance
  • outils numériques (e-MOD Tools, eDrive Control Suite) 

Mieux suivre le vieillissement des machines électriques pour la mobilité décarbonée

Formation

Former les compétences de la mobilité électrique

La propulsion électrique mobilise des compétences complémentaires qu’IFPEN transmet par l’enseignement, la recherche et la formation professionnelle.

 

Formation académique

IFP School

IFP School

Le programme Powertrain Engineering, désormais consacré aux motorisations électriques, forme à leur conception, leur modélisation, leur simulation, leurs essais et leur calibration.

Découvrir le programme Powertrain Engineering 

 MOOC Tomorrow’s Mobility: Sustainable Technologies for the Automotive Sector

IFP School a également développé ce cours en ligne consacré aux technologies de la mobilité durable, notamment aux motorisations électriques et hybrides, à leur cadre environnemental et aux nouvelles formes de mobilité. 

Découvrir les MOOC d’IFP School

Formation par la recherche

Thèses

Formation par la recherche

Les travaux doctoraux menés à IFPEN portent notamment sur :

  • l’écoconception et l’optimisation des machines électriques
  • les onduleurs et les composants électroniques de puissance
  • le refroidissement des équipements électriques
  • la modélisation des performances, du vieillissement et des défaillances

Consulter les thèses en mobilité et systèmes 

Formation professionnelle

IFP Training

IFP Training

Les formations proposées aux professionnels couvrent notamment :

  • l’architecture des chaînes de traction hybrides et électriques
  • la conception et les essais des machines électriques
  • l’électronique de puissance et les convertisseurs
  • le dimensionnement et le pilotage des entraînements électriques

Découvrir les formations Motorisation et mobilité durable 

Collaborer

Collaborer pour développer les technologies de propulsion électrique

La propulsion électrique mobilise des compétences allant de la conception des machines et de leur électronique au pilotage, aux essais et à l’intégration dans les véhicules. IFPEN travaille avec des organismes de recherche, des PME et des industriels pour faire progresser les technologies de la recherche jusqu’à leur validation et à leur transfert.

Connaissances & outils

Des outils pour concevoir, piloter et valider les systèmes

IFPEN met à disposition des outils pour les acteurs publics et privés :

FAQ

Foire aux questions

Vous trouverez ici les réponses aux questions les plus fréquentes. 
Vous n'avez pas trouvé ce que vous cherchiez ? N'hésitez pas à nous contacter, nous serons ravis de vous aider !

Contact

Gaetano de Paola

Gaetano de Paola

Program manager “Electric Propulsion”