KERS , le Retour !

(Moteur RS 27 2011)

Disparu pendant la saison 2010, le KERS réapparait en 2011. En fait, il n’avait pas réellement été banni par les règlements, mais un accord entre les équipes avait conduit à sa mise en réserve pour un an. Il fait son retour en tant qu’élément de développement hybride à coût maitrisé, reprenant l’histoire où elle s’était interrompue fin 2009.

Pourquoi ce retour du KERS ?
S’il était considéré inutile en 2010, pourquoi les équipes se montrent-elles si impatientes de l’utiliser en 2011 ? Parce que les choses ont pas mal évolué en un an. Et il est maintenant démontré que cet élément peut être réinstallé sur les voitures à un coût acceptable. Egalement, compte tenu du lien évident que cette technologie possède avec le développement des modèles hybrides et électriques de série, il est logique de voir la Formule 1 continuer son rôle de pionnière en matière de développement, en poussant vers plus de légèreté et d’efficacité.

Sera-t-il le même qu’en 2009 ?
La réglementation technique limite la taille du moteur électrique et la durée de son utilisation sur un tour donné. Limites qui restent strictement identiques à celles définies en 2009. Le KERS ne doit pas produire plus de 60 KW, c’est-à-dire environ 80 chevaux, quand le pilote presse le bouton sur son volant. Il ne peut pas utiliser plus de 400 Kj par tour, ce qui représente environ 6 secondes d’usage.

En quoi le KERS de la Lotus-Renault de 2011 sera-t-il différent de celui de 2009 ?
La base est fournie par le système de 2009, mais il a été entièrement révisé pour apporter plus de compétitivité. Aussi, tous les aspects ont été optimisés, y compris son intégration dans la F1. Cela se matérialise par un gain de poids et un package repensé de façon à assurer un montage et un démontage très faciles. Par rapport à 2009, le système de cette année pèse 10 kg de moins.

Rappel : Qu'est-ce que le KERS ? (Notre Article de 2009)

Commençons par une définition. Le SREC (plus communément appelé le KERS – en anglais) - Système de récupération d'énergie cinétique – a été autorisé par la FIA afin de pousser la communauté des ingénieurs de Formule 1 à développer des solutions technologiques plus écologiques dans le futur. L'énergie cinétique est liée au mouvement et son intensité peut être envisagée comme la force requise pour stopper ce mouvement. Par exemple, arrêter une bicyclette, une voiture ou un train nécessite l'enlèvement de l'énergie cinétique. De manière générale l'énergie cinétique est éliminée par friction des freins, transformant l'énergie cinétique en chaleur contribuant un peu plus au réchauffement de la planète. Avec le KERS, cette énergie n'est pas perdue mais stockée afin d'être utilisée pour propulser la voiture – ce stockage peut être effectué dans une batterie (énergie chimique), dans un volant (moteur) en rotation haute vitesse (mécanique), dans un accumulateur (hydraulique) et de beaucoup d'autre manières. L'énergie ainsi stockée peut être réutilisée afin de fournir de la puissance supplémentaire au moteur thermique. Le règlement stipule que le KERS ne doit pas dépasser 60kW à chaque entrée en action (soit 80 chevaux) et ne pas libérer plus de 400kJ d'énergie à chaque tour. Cela équivaut à un boost en puissance d'environ 6 secondes à chaque tour.

Pourquoi Renault ont-ils choisi la solution de la batterie ?

Au début du projet KERS, toutes les solutions de stockage d'énergie ont été étudiées. Il a été difficile de faire un choix entre la batterie et la solution mécanique utilisant le volant moteur en rotation sous vide. Il est finalement apparu que la solution offerte par le système de batteries serait plus efficace et offrait plus de potentiel de développement en termes de transfert de technologies pour les voitures de route Renault dans les prochaines dix années. Le système KERS de Renault utilise donc des batteries ion-Lithium de l'entreprise SAFT pour le stockage de l'énergie. Cette société Française est reconnue pour ses innovations dans le domaine des batteries dernière génération.

Que se passe-t-il ensuite ?

Pour compléter le système, le KERS n'a pas uniquement besoin d'un stockage d'énergie – il a également besoin d'éléments techniques capables de convertir différents types d'énergie : cinétique, électrique et chimique. Cette ‘traduction' se fait à l'aide d'un moteur électrique (MGU : Motor Generator Unit) dont le rôle est de transformer l'énergie cinétique de la voiture libérée en freinage en énergie électrique et vice versa. Ce type de système pèse environ 50kg et prend beaucoup de place : deux facteurs que les ingénieurs de Formule 1 essaient d'éviter. Il est donc absolument nécessaire que le MGU soit le plus léger possible. C'est là qu'est intervenu Magneti Marelli. En travaillant en partenariat avec ING Renault F1 Team, un système compact et léger, répondant aux critères très particuliers, a été mis au point. Le résultat est le suivant : le MGU est très petit et n'est actif que lors du freinage et durant les six secondes d'accélération. Le reste du temps il est au repos et dissipe la chaleur générée lors de son utilisation. Le système mis au point par Renault permet ainsi d'atteindre une efficacité de 70% sur le processus global de récupération de la chaleur générée par le train arrière de la voiture, de conversion de cette énergie en électricité, de stockage dans des batteries, puis de libération de l'énergie via le groupe motopropulseur.

-1) Récupération d'énergie cinétique par volant d'inertie.

On connait depuis peu la décision de la Fédération internationale de l'automobile (FIA) de porter l'écologie au centre de la Formule 1 en instaurant différentes restrictions (consommation, rejets, rendement énergétique) dans les compétitions officielles d'ici 2009. Ces dispositions mises en place suite à la pression des écolos ont permis l'introduction, notamment, du projet KERS (pour Kinetic Energy Recovery System) dans le milieu de la F1. Baptisé en France SREC (Système de récupération de l'énergie cinétique), ce système a pour but la récupération de l'énergie dissipée dans les freinages pour relancer les voitures à l'accélération (c'est le cas pour des véhicules hybrides). Les systèmes à volant d'inertie, conçus pour récupérer, stocker et utiliser plus tard l'énergie cinétique du véhicule sont au cœur du développement de ce nouveau programme. Torotrak et Xtrac ont signé un agrément de licence qui permettra au concepteur et fabricant de boîtes de vitesses de compétition Xtrac de développer un variateur (CVT) toroïdal accouplant un volant d'inertie à la transmission de la future Formule 1. Breveté par Torotrak, le CVT est un élément central des systèmes mécaniques à volant d'inertie. Il fournit une transmission de rapport variable de façon continue entre le volant et la transmission du véhicule et assure un système de stockage d'énergie très efficace et compact. Cette solution de variateur-volant s'avère aussi plus légère et écologique que l'alternative des systèmes hybrides électriques. Xtrac et Torotrak considèrent que ce système pourrait être appliqué aux véhicules d'usage quotidien, évitant le recours aux architectures hybrides électriques. Annonçant un rendement énergétique de 90%, cette alliance risque bien d'enterrer les systèmes hybrides plafonnant à seulement 36%.
La puissance du système pourrait être doublée de 60kW à 120kW pour 2011 et augmentée jusqu'à 200kW en 2013, ce qui permettrait aux pilotes de disposer, à chaque tour de circuit, d'un "push-to-pass" d'une puissance supplémentaire 4 fois plus importante qu' en 2009.



Système KERS:restitution de l'énergie par un moteur électrique.



Sur ce montage on peut voir un moyen de restituer l'énergie génèrée par le freinage : le villebrequin (1) est "boosté" par un moteur électrique (3) lui même alimenté par une batterie au lithium et elle même rechargée par l'énergie récupérée lors des freinages. On estime la puissance restituée à 80 cv qui seront ajoutés au moteur selon les besoins.