Qu’est-ce qui comblera le fossé entre les moteurs à combustion interne et les moteurs électriques ?

Les véhicules propulsés par des moteurs électriques sont l’avenir. Que ce soit grâce à des batteries, des piles à combustible à hydrogène ou toute autre solution innovante, le résultat est le même : les moteurs à combustion interne (ICE) sont en voie de disparition.

Ce changement ne se produira pas du jour au lendemain. Depuis des décennies, les nations du monde entier ont massivement investi dans le développement d’infrastructures destinées spécifiquement aux carburants liquides tels que l’essence et le diesel. Bien qu’il soit raisonnable de supposer que le potentiel des véhicules à moteur à combustion interne a déjà été exploité, ce n’est pas le cas, et notre compréhension croissante de la science des matériaux ouvre la voie à un avenir où les ICE verront leur durée de vie prolongée pour coexister harmonieusement avec leurs homologues électriques pendant de nombreuses années.

Avec l’industrie des ICE toujours en croissance passant d’environ 55 milliards de dollars en 2021 à environ 70 milliards d’ici 2028, affichant un TCAC de 3,71 %, il existe encore un potentiel d’investissement à exploiter.

Ce qui suit est un aperçu de quelques innovations susceptibles de donner une nouvelle vie aux véhicules à moteur à combustion interne, comblant ainsi le fossé vers la domination inévitable des véhicules électriques.

Fabricants et Innovateurs

Avant d’examiner certaines des nouvelles innovations destinées à prolonger la durée de vie des ICE, assurez-vous de consulter les sociétés cotées suivantes ; chacune joue un rôle actif dans le développement ou la promotion de ces produits.

Porsche (P911)

Parmi les constructeurs automobiles, Porsche est l’un des plus emblématiques. Les efforts de l’entreprise vont au-delà de la création d’œuvres d’art mobiles et sont responsables du développement et de la promotion de nouvelles technologies visant à améliorer à la fois les performances et l’efficacité de ses véhicules (par ex. le carburant synthétique).

Porsche est basée à Stuttgart, en Allemagne. L’entreprise emploie près de 40 000 personnes et a affiché un chiffre d’affaires dépassant 37 milliards de dollars lors du dernier exercice fiscal.

Tesla (TSLA)

Bien que Tesla (TSLA ) puisse s’appuyer sur des tiers pour fabriquer ses packs de batteries, les exigences et les besoins de l’entreprise ont, à elles seules, été responsables d’une grande partie de l’innovation dans le secteur des véhicules électriques au cours des 20 dernières années.

Alors que 2022 a connu une forte baisse du cours de l’action TSLA, la tendance s’est inversée, 2023 marquant un redressement impressionnant de +55,48 % depuis le début de l’année au moment de la rédaction. Malgré une année 2022 difficile, l’entreprise a tout de même pu afficher un chiffre d’affaires de 81,46 milliards de dollars sur cette période.

Tesla est basée au Texas, aux États-Unis.

Intelligence artificielle

La première innovation qui permettra aux véhicules à moteur à combustion interne de devenir plus efficaces et de gagner quelques années supplémentaires avant de devenir obsolètes est la conduite autonome grâce à l’intelligence artificielle (IA).

L’IA possède cette capacité en éliminant les erreurs humaines et les habitudes du processus. Elle permettra la communication entre les véhicules sur la route, réduisant la congestion et le trafic ainsi que les émissions excessives qui en résultent ; l’IA respectera les limites de vitesse et évitera les accélérations inefficaces d’un feu à l’autre ; l’IA pourra maintenir une vitesse constante sans solliciter excessivement l’accélérateur.

Pour chacune des raisons susmentionnées, et bien d’autres, l’IA a le potentiel de permettre aux véhicules traditionnels à moteur à combustion interne de rester aussi compétitifs que possible face aux véhicules électriques le plus longtemps possible.

Carburants synthétiques

Le principal problème des véhicules à moteur à combustion interne est leur dépendance aux combustibles fossiles. Non seulement cette source d’énergie s’épuise, mais son extraction du sol ainsi que son traitement et sa combustion sont néfastes pour l’environnement.

Dans ce contexte, il n’est pas surprenant d’apprendre que l’une des innovations les plus prometteuses pour prolonger la durée de vie des véhicules à moteur à combustion interne est la création de carburants synthétiques ou « eFuel ». En fait, les carburants synthétiques sont si prometteurs que des régions comme l’Europe ont déjà décidé d’accorder des exemptions à leur interdiction des moteurs émettant du CO₂ dans les années à venir pour ceux qui utilisent de l’eFuel.

Alors, quels sont les carburants synthétiques ou « eFuel » ? Il s’agit d’une source d’énergie pouvant remplacer l’essence dérivée des combustibles fossiles pour être utilisée dans les véhicules à moteur à combustion interne classiques. Il existe actuellement deux méthodes principales de création, à savoir :

• Par un processus en plusieurs étapes où l’H₂O est séparé par électrolyse, libérant des molécules d’hydrogène diatomiques qui sont ensuite converties en méthanol en les combinant avec du CO₂ capturé dans l’air. Le méthanol ainsi obtenu est ensuite transformé en eFuel (essence synthétique) à haute température à l’aide de catalyseurs.
• Construire des hydrocarbures, qui constituent les blocs de base de l’essence, à partir de CO₂ et d’H₂

Il convient de noter qu’à l’heure actuelle, les eFuels ne sont en aucun cas une solution parfaite. Les procédés susmentionnés pour créer l’eFuel sont très énergivores. De plus, l’« essence » résultante reste un « émetteur d’échappement ». Ce que le processus peut toutefois offrir, c’est la possibilité de rendre le carburant ainsi produit neutre en carbone en retirant le CO₂ de l’air et en utilisant des sources d’énergie durables lors de sa fabrication.

Alors que Porsche peut promouvoir cette innovation comme un moyen de rendre les véhicules à moteur à combustion interne – qui resteront sur les routes pendant des décennies, quel que soit le taux d’adoption des véhicules électriques – nettement plus écologiques, ce sont des entreprises comme HIF qui travaillent à perfectionner le carburant et les procédés nécessaires à sa création.

Friction – amie ou ennemie ?

En matière de transport terrestre, la friction est à la fois une bénédiction et un inconvénient. Elle est indispensable pour que la puissance soit transmise des pneus du véhicule au sol. C’est ce qui permet aux véhicules de garder le contrôle lors du freinage et des virages. Cependant, elle devient un inconvénient au niveau du groupe motopropulseur, où la friction peut entraîner une perte importante d’énergie mécanique sous forme de chaleur.

Deux solutions pour surmonter la friction comprennent le texturage de surface et l’utilisation de lubrifiants synthétiques.

Des études menées sur le texturage de surface ont montré des résultats prometteurs grâce à l’utilisation de rainures et de cavités à l’intérieur des parois des cylindres des ICE, affichant une diminution notable de la friction et de la chaleur générée.

Les lubrifiants synthétiques ne sont pas nouveaux. Lorsqu’ils ont été introduits il y a plusieurs décennies en remplacement de l’huile moteur traditionnelle, ils offraient une alternative avec une meilleure lubrification, des caractéristiques d’usure améliorées, des viscosités variables, etc. La science derrière ces lubrifiants n’a pas cessé de progresser. Avec notre compréhension toujours croissante des sciences des matériaux, les lubrifiants synthétiques sont devenus plus robustes et efficaces dans leur fonction.

Combinés, l’utilisation du texturage de surface et l’amélioration des lubrifiants synthétiques ont le potentiel d’aider les véhicules à moteur à combustion interne à éliminer une partie importante des pertes mécaniques qui se produisent dans les groupes motopropulseurs. Bien qu’ils ne pourront jamais atteindre l’efficacité élevée des véhicules électriques, qui ne subissent que 5 % de pertes, réduire les près de 50 % de pertes des ICE peut grandement contribuer à prolonger leur durée de vie.

Réinventer le moteur à combustion interne

Ainsi, l’IA peut remplacer le conducteur, les carburants synthétiques peuvent remplacer les sources d’énergie, et les lubrifiants modernes combinés au texturage de surface peuvent réduire les pertes mécaniques du moteur. Tout cela est excellent, mais une entreprise va plus loin en entreprenant une refonte quasi totale du moteur à combustion interne traditionnel.

Avadi Engines, qui a récemment clôturé une campagne de financement participatif sur StartEngine ayant permis à l’entreprise de lever plus de 210 000 $, affirme que grâce à l’élimination d’un arbre à cames traditionnel, son ICE repensé est plus compact, plus léger, plus efficace, polyvalent et constitue une véritable bête de couple.

Le design unique de l’entreprise utilise un piston rotatif avec deux bielles. La rotation du piston permet d’éliminer un arbre à cames traditionnel, en rendant possible l’intégration des soupapes d’admission et d’échappement à la tête du cylindre. Avadi affirme que,

« Selon nos tests internes, notre Avadi MA-250 pèse environ la moitié et délivre le double du couple et de la puissance du moteur concurrent le plus proche, tout en consommant environ 30 % de carburant en moins. »

Bien qu’Avadi indique que son premier modèle, le MA-250, délivre 15 ch et 22 lb‑ft tout en ne pesant que 26 lb, il peut également être adapté à la hausse ou à la baisse pour différentes applications.

Cette capacité d’adaptation est importante car les ICE sont utilisés dans bien plus que le transport terrestre. En fait, l’une des raisons pour lesquelles les ICE resteront répandus pendant des années est leur utilisation généralisée dans de nombreuses applications. Qu’il s’agisse d’un tracteur de jardin, d’un VTT, d’une déchiqueteuse à bois ou d’une autre machine, les ICE se trouvent partout. C’est désormais une problématique abordée par des entreprises comme Avadi et son prototype MA-250.

Mot de la fin

Comme indiqué au début de cet article, le remplacement des ICE par les véhicules électriques n’est qu’une question de temps. Cela ne semble plus vraiment poser de question à ce stade. Ce qui est intéressant, cependant, c’est l’ingéniosité continue des ingénieurs qui permet aux ICE de rester une source d’énergie viable pendant de nombreuses années.

Alors que les véhicules électriques sont déjà présents et approchent la parité avec les véhicules à moteur à combustion interne sur de nombreux critères, il faudra encore du temps avant que les infrastructures mondiales ne les suivent. Dans ce contexte, il reste encore un temps considérable pour que les investisseurs avisés réalisent des placements lucratifs dans le secteur des ICE. Que ce soit via des technologies de transition comme les carburants modernes, les lubrifiants ou les redesigns de moteurs – l’opportunité existe.

Peut‑être dans quelques années, nous assisterons à une époque où des véhicules autonomes seront propulsés par un moteur Avadi, fonctionneront à l’eFuel et afficheront une efficacité exceptionnelle grâce à l’utilisation de lubrifiants de nouvelle génération et du texturage de surface.