SREC

Sommaire :

• I. Histoire et Théorie
  
• II. Différents types de Srec
  
• III. Les systèmes autorisés en Formule 1
  
  
  
  
• 1. Le système Srec mécanique, à volant d'inertie.
  
• 2. Le système Srec électrique, à batteries.
  

• Avant guerre (milieu XIXème..) : Srec à volant d'inertie utilisé.
  - Des tracteurs étaient accompagnés d’immense roue stockant l'énergie lors d'un freinage. (exemple(1))
  - Des centrales électriques étaient équipés d'un énorme volant d'inertie. Les centrales à vapeur étaient irrégulières à sa consommation.
  Afin qu'elle génère une énergie plus ou moins linéaire, le volant d'inertie stocke le surplus et libère son énergie lors du manque. (image(2))
  
• Industrialisation (années 50..) : Srec à air comprimé utilisé.
  - Quelques tramways ou locomotives, se propulsaient à l'air comprimé. Un système de Srec était aussi utilisé.
  
• Jusqu'aux années 2000 : Ce système c'est un peu perdu aux oubliettes. L'inconvénient était que le système encombrait plus qu'il était utile.
  Le retour de se système est surtout poussé par les idées montantes écologiques.
  
  
• 1999 : McLaren instaure un Srec hydraulique sur ses monoplaces en Formule 1. Le système fut refusé par le règlement et abandonné.
  
• 2009 : Premiers Srec autorisés en Formule 1. L'idée n'est pas si bien acceptée.
  En effet, le rapport poids puissance n'était pas intéressant, mais surtout le coût pour rechercher et développer.
  
• 2010 : Porsche 911 GT3, équipée d'un Srec électrique lors du 24h du Nürburgring.
  
• 2012 : Une monoplace, un Srec. La Formule 1 joue sur la récupération d'énergie.
  Et le Srec commence à arriver dans nos voitures, dissimulé sous un système « Stop&Start ».
  
• 2014 : Le règlement de la FIA, en Formule 1, encouragera l’hybride. La pitlane, sera traversé grâce à un moteur électrique.
  

• D'abord pouvoir capter l'énergie cinétique lors du freinage.
  
• Ensuite pouvoir transformer cette énergie en une énergie capable d'être stockée.
  
• Après le stockage vient la libération de l'énergie. On verra que finalement, elle empreinte le même chemin.
  
• Puis enfin il faut pouvoir la restituer mécaniquement, pour propulser les roues..
  

[*]1. Srec à air comprimé :

• Je ne vais pas détailler cette partie, mais juste énumérer trois types de système. D'abord à air comprimé :
  
  
  
• Charge : Au lieu que les freins arrêtent les roues, l'énergie est utilisée pour comprimé l'air en poussant un piston.
  
• Stockage : Le pression de l'air de l'ordre de centaines de bar, dans des cuves.
  
• Décharge : Le piston libère la pression, engendrant des engrenages qui rendent l'énergie sous forme mécanique.
  

• Idéalement, le système est semblable à celui à air comprimé. Si vous voulez plus d'informations voici quelques vidéos :
  
• Camion : Animation en 3D & BMW : Images des pièces
  
  
  
• Charge : Cette fois-ci au lieu d'une pompe pour comprimé l'air, on a une pompé hydraulique.
  
• Stockage : Accumulateur hydraulique.
  
• Décharge : L'énergie libérée, passe à nouveau par cette pompe, agissant comme un moteur.
  

• Enfin, je ne sais plus où j'ai lu cela, Ferrari aurait eu en projet une sorte de Srec magnétique :
  
  
  
• Charge : Grâce à l'utilisation de frein magnétique, le champ est récupérer par des bobines.
  
• Stockage : Le stockage serait, théoriquement, réalisé par des batteries.
  
• Décharge : On aurait alors un moteur électrique pour libérer l'énergie mécaniquement.
  Mais une autre possibilité, serait de renvoyé un champ magnétique grâce aux bobines, comme du triphasé...
  

• Charge : Un variateur toroïdal (CVT), sert d'embrayage entre l'essieu et le volant d'inertie.
  
  
• Stockage : Volant d'inertie (Flywheel). Un volant tourne dans le vide, gardant l'énergie (60 000 tours/minute)
  
• Décharge : L'énergie libérée par le volant d'inertie, repasse par le variateur pour être libérée sur l'essieu qui entraîne les roues.
  


• Utilisé : - Dans le passé, sur d'anciens tracteurs, où une roue les accompagnait pour régénérer l'énergie perdue.
  - Aujourd'hui plusieurs constructeurs s'y intéressent pour récupérer l'énergie du freinage.
  
• Animations : Vidéo simple de Volvo & Explication de la FIA. & Projet Williams 2009
  

• A. Les pièces en détails
  
  
  
• 1. Le volant d'inertie :
  Caractéristiques :
  
  
  
• Tourne à 60 000 rpm, dans le vide.
  
• Poids : 24 à 40 kg pour un stock de 400kJ à 600kJ. (La F1 est limitée à 400kJ.)
  
• Puissance délivrée : 80 à 180ch pour 7sec. ( En F1 : 80ch pour 6,67s , modulable par le pilote.)
  
• Fabricants : Flybrid, Xtrac, Torotrack, SKF …
  
• Principe utilisé : . Vous connaissez nos petites voitures quand nous étions plus jeune ?
  Et en particulier, celle que l'on reculait et lorsqu'on la lâchait elle partait toute seule ? Voici le principe simple sous vos yeux.
  . Sinon un volant d'inertie est aussi utilisé dans nos moteurs thermiques.
  En effet, lorsque le piston remonte pour une nouvelle explosion, il met un certain temps, bien qu'elle soit minime.
  Un volant d'inertie est donc présent, pour « linéariser » la puissance dégagée par le moteur. (Même principe que notre centrale électrique à vapeur.)
  

• B. Avantages
  
  
  
• Rendements très bons: Rendement charge = 70% & Rendement décharge = 90%
  
• Il n'y a aucune conversion d'énergie. Tout est purement mécanique.
  
• Le système agit rapidement et automatiquement grâce à des capteurs distinguant une décélération d'une accélération.
  
• S'il le système est utilisé par une de nos voitures en ville, nous verrons diminuer de 20% notre consommation.
  

• C. Inconvénients
  
  
  
• Plus le volant d'inertie est grand, plus il peut stocker.
  En revanche il devient nettement plus lourd et l'effet gyroscopique plus important.
  L'effet gyroscopique est la conservation du mouvement de rotation s'opposant au mouvement.
  C'est par exemple l'effet de la toupie. Elle tourne sur son axe, mais s'oppose à la force de mouvement : ici la gravité.
  Ainsi, dans un véhicule, si le volant d'inertie est chargé, les virages seront plus difficiles à réaliser. Un poids supplémentaire se ferait ressentir.
  
• Bien que le volant tourne dans le vide, il perd de l'énergie au cours du temps.
  Les frottements dû à l'axe se font tout de même sentir. Le volant perd donc de l'énergie stockée.
  Pour remédier à cela, et la garder au cours du temps, il faut opter pour une solution électrique : la batterie.
  

• Charge : Un moteur électrique permet de convertir l'énergie mécanique reçu en électricité. Le moteur joue le rôle d'une charge.
  
  
• Stockage : Batteries au lithium.
  
• Décharge : L'énergie libérée repasse par le moteur, qui cette fois-ci, joue le rôle de générateur. Il donne un soulagement au moteur principal.
  
• Utilisé : Un peu partout de nos jours. De nos constructeurs jusqu'au sport automobile.
  
• Animations : Vidéo simple de Red-Bull & Explication Auto Moto. & Explication F1
  

• A. Les pièces en détails
  
  
  
• 1. Batterie au lithium :
  Ce stockage, est en réalité, plus chimique qu'électrique. En effet, ce n'est pas une batterie électrique mais chimique, au lithium.
  Plus précisément, c'est une batterie lithium-ion (Li ion) qui est le plus couramment utilisé.
  Caractéristiques :
  
  
  
• Rendement : lors de la décharge : plus de 90%.
  
• Principe utilisé : Pour illustrer un peu le système, je vous ai affiché une image que j'ai trouvé sur internet. Si vous avez fait un peu de chimie...
  Le lithium est un atome. Jusque là, ça va. Sauf que dans l'électrolyse, qui est schématisé ci-dessus, ce sont des ions qui réagissent: Li+.
  Pour faire très simple, dans une électrolyse, on fait balader le Li+, qui est chargé positivement, entre une borne – et une borne +.
  Les ions se baladent et créent un courant électrique. Pour une batterie, c'est le courant électrique, qui met en marche l'électrolyse.
  En fonction du courant reçu, plus ou moins d'ions (Li+) circulent. Et si vous connaissez ce système, il y a toujours un dépôt.
  Vous commencez donc à comprendre globalement et très simplement ce système de 'batterie chimique'.
  Ce n'est qu'une pile de lithium (sous forme d'ions), qui est illustré. Sachez qu'une batterie entière, et surtout en F1, doit cacher beaucoup de choses.
  

• Tourne à 36 000 rpm, dans le vide.
  
• Principe utilisé : Lors de la charge : il est comme charge face au moteur. Il s'oppose au mouvement de la monoplace.
  Lors de de la décharge : le moteur génère la puissance mécanique. Il devient générateur et soulage le moteur principal.
  

• B. Avantages
  
  
  
• L'énergie ne se perd pas lors du stockage. Seul, environ, 5% de l'énergie accumulée se perd en un mois, pour un grand-prix il ne devrait pas avoir de soucis.
  De plus, pour comparer au volant d'inertie : l'énergie perdue se compte en jours, voir en heures.
  
• L'énergie peut-être donc conservée sur une longue période.
  

• C. Inconvénients
  
  
  
• Haut voltage et forte intensité. Possibilité d'électrocution.
  La puissance délivrée pour propulser rapidement le véhicule est si grand, qu'elle engendre des grands nombres sur le courant ( P = UI).
  
• Les batteries prennent de la place pour un stockage médiocre. Le poids est toujours l'ennemi numéro 1.
  Mais on arrive à réduire leur encombrement comme sur une Ferrari ici.
  
• Il faut introduire un moteur électrique (36 000 tours/minutes). De nos jours on arrive à réduire celui-ci pour une puissance correcte.
  

• 3 secondes : P = 116 kW (ou kJ par seconde)
  
• 10 secondes : P = 34,8 kW (= 348 000 / 10)
  

• v(1) = 300 km/h = 83,3 m/s & v(2) = 50 km/h = 27,8 m/s
  
• Ec(1) = ½mv² = ½*650*(83,3²) & Ec(2) = ½*650*(27,8²)
  
• ΔEc = Ec(2) – Ec(1) = 325*(27,8²-83,3²) = - 2 000 000 J. Energie perdue = 2 000 kJ (c'est tout ? ^^ ..)
  
• P = 2 000 000 / 3 = 667 kW
  

• 1. Avantages en Formule 1 :
  
  
  
• Favoriser les dépassements, ou au contraire, éviter de se faire doubler. Un vrai 'boost' existe.
  
• Économie, bien qu'elle soit minime, d'essence. 1,47 litres par Grand-Prix, au maximum !