Une différence de plus de 25% d'autonomie est fréquemment observée pour un même véhicule électrique (VE) entre un trajet urbain et un parcours autoroutier. Cette disparité, source de préoccupation pour les utilisateurs de véhicules électriques, met en lumière l'importance de comprendre en profondeur les facteurs qui influencent l'autonomie réelle d'un véhicule électrique. Les chiffres d'autonomie annoncés par les constructeurs automobiles, issus des protocoles d'homologation WLTP ou EPA, offrent une indication théorique, mais divergent souvent de la réalité de l'utilisation quotidienne. Des éléments déterminants comme le style de conduite, les conditions climatiques, la topographie du trajet et le niveau de charge embarquée jouent un rôle prépondérant dans la consommation énergétique et, par conséquent, dans la distance que l'on peut parcourir avant de nécessiter une recharge électrique.
Cette problématique de l'autonomie réelle est particulièrement cruciale pour les véhicules électriques, mais elle concerne également les véhicules hybrides rechargeables (PHEV) et non rechargeables (HEV), voire même les véhicules thermiques optimisés grâce à des technologies comme le downsizing de moteur ou la micro-hybridation. En effet, la consommation de carburant ou d'énergie électrique varie considérablement en fonction de l'environnement de conduite. L'objectif principal de cet article est d'analyser de manière détaillée les causes de ces écarts d'autonomie entre la conduite en milieu urbain et sur autoroute, en fournissant aux lecteurs des informations précises, des données chiffrées et des conseils pratiques pour optimiser leur consommation énergétique, adopter des techniques d'éco-conduite et planifier leurs itinéraires de manière plus éclairée.
La ville : un terrain favorable à l'autonomie (ou pas...)
La conduite en environnement urbain présente des caractéristiques spécifiques qui peuvent, en théorie, favoriser une meilleure autonomie pour certains types de véhicules, en particulier les véhicules électriques et les véhicules hybrides. Cependant, la complexité de la circulation urbaine introduit des facteurs qui peuvent impacter négativement l'autonomie. Il est donc primordial d'analyser les avantages et les inconvénients de la conduite en ville pour optimiser l'efficacité énergétique.
Les avantages de la conduite urbaine pour l'autonomie (en théorie)
Un atout majeur de la conduite urbaine pour les véhicules électriques et hybrides réside dans le système de récupération d'énergie au freinage, souvent appelé freinage régénératif. Ce dispositif ingénieux convertit l'énergie cinétique du véhicule en électricité lors des phases de décélération et de freinage. L'électricité ainsi produite est réinjectée dans la batterie de traction, contribuant à améliorer l'autonomie globale. L'efficacité de ce système varie selon le type de motorisation, les véhicules électriques offrant généralement une capacité de récupération plus conséquente que les modèles hybrides.
Les vitesses réduites et les accélérations modérées, typiques de la conduite en zone urbaine, favorisent une diminution de la consommation d'énergie. Une vitesse de croisière stabilisée et plus faible limite la force de traînée aérodynamique, laquelle augmente de façon exponentielle avec la vitesse. De même, des phases d'accélération progressives permettent d'éviter des pics de consommation, optimisant l'utilisation de la batterie ou du carburant. L'adoption d'une conduite souple influe positivement sur l'estimation de la distance que l'on peut parcourir avec une charge complète ou un réservoir plein.
Dans certaines configurations, le trafic dense et les arrêts fréquents peuvent paradoxalement améliorer l'autonomie. Les phases de décélération et de freinage sont plus nombreuses dans un trafic congestionné, maximisant la récupération d'énergie grâce au freinage régénératif. Toutefois, il est important de noter que les embouteillages chroniques, caractérisés par de longues périodes d'immobilisation avec les systèmes de confort activés, peuvent contrebalancer cet avantage.
Les pièges de la conduite urbaine
Malgré ses bénéfices potentiels, la conduite en ville recèle des pièges qui peuvent nuire significativement à l'autonomie d'un véhicule électrique. Les embouteillages, la circulation sur des reliefs variés, un style de conduite nerveux et une utilisation excessive des équipements énergivores sont autant de facteurs qui peuvent entraîner une surconsommation d'énergie et une diminution de la distance maximale réalisable. Il est donc crucial d'adopter une conduite adéquate et d'optimiser l'utilisation des systèmes embarqués.
Les embouteillages prolongés, surtout avec l'utilisation intensive de la climatisation ou du chauffage, peuvent entraîner une décharge rapide de la batterie d'un véhicule électrique ou hybride, ou augmenter la consommation de carburant d'un véhicule thermique. En effet, le groupe motopropulseur continue de fonctionner pour alimenter les différents systèmes du véhicule, même à l'arrêt. Il est donc recommandé de modérer l'usage de la climatisation ou du chauffage, en privilégiant la ventilation naturelle lorsque les conditions le permettent. Les véhicules équipés de pompes à chaleur sont moins énergivores.
La circulation sur des routes avec des dénivelés importants peut également avoir un impact non négligeable sur la consommation d'énergie. En montée, le moteur électrique ou thermique doit fournir un effort supplémentaire pour contrer la force gravitationnelle, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation. En descente, le freinage régénératif peut permettre de récupérer de l'énergie, mais son efficacité peut être limitée, en particulier pour les véhicules dont le système est moins performant. Certains véhicules peuvent même consommer davantage en descente qu'en montée, en raison de la gestion de l'énergie et du maintien d'une vitesse constante.
- Un style de conduite agressif, caractérisé par des accélérations franches et des freinages tardifs, peut augmenter la consommation énergétique jusqu'à 25%.
- L'utilisation continue de la climatisation peut réduire l'autonomie d'un véhicule électrique entre 12 et 18%, selon les modèles et les conditions ambiantes.
- Le chauffage, particulièrement les systèmes à résistance, peut consommer jusqu'à 3 kW en continu, ce qui diminue considérablement l'autonomie, surtout par temps froid.
- Des pneumatiques sous-gonflés peuvent augmenter la consommation de carburant jusqu'à 4%.
De plus, l'utilisation concomitante de nombreux accessoires énergivores, comme la climatisation, le chauffage, le dégivrage, les phares, le système audio et le système de navigation, peut significativement impacter l'autonomie d'un véhicule. Chaque équipement sollicite de l'énergie, ce qui réduit la distance que l'on peut parcourir. Il est donc conseillé d'utiliser ces équipements avec parcimonie, en optant pour des alternatives moins énergivores lorsque cela est possible.
Études de cas
Des tests réalisés en conditions réelles sur une Renault Zoé, un véhicule électrique citadin populaire, ont révélé une autonomie moyenne d'environ 270 kilomètres en été, contre seulement 190 kilomètres en hiver. Cette différence significative s'explique principalement par l'utilisation accrue du chauffage et du dégivrage pendant les mois les plus froids. Une Toyota Prius, un modèle hybride réputé pour son efficacité, a enregistré une consommation moyenne de 4,6 litres aux 100 kilomètres en cycle urbain, comparé à 5,4 litres sur autoroute.
La consommation d'une Peugeot 208 équipée d'un moteur essence 1.2 PureTech, bénéficiant d'optimisations visant à réduire la consommation, a été mesurée à 5,1 litres aux 100 kilomètres en ville, contre 4,7 litres sur autoroute. Ce résultat, qui peut sembler contre-intuitif, illustre le fait que le moteur fonctionne de manière plus efficiente à régime stabilisé sur autoroute, tandis qu'en ville, les démarrages et arrêts répétés augmentent la demande énergétique. La qualité de l'infrastructure routière urbaine, le respect du code de la route et la fluidité du trafic sont autant de facteurs qui peuvent influencer ces résultats.
L'autoroute : l'ennemi juré de l'autonomie ?
L'autoroute est souvent perçue comme l'environnement le moins favorable à l'autonomie des véhicules, particulièrement pour les modèles électriques et hybrides. La combinaison d'une vitesse de croisière élevée, de l'absence de phases de récupération d'énergie et d'autres facteurs spécifiques contribue à une augmentation de la consommation énergétique, ce qui réduit la distance que l'on peut parcourir avant de devoir recharger ou refaire le plein. Néanmoins, il est possible d'atténuer cet impact en adoptant des techniques de conduite adaptées et en planifiant ses trajets avec soin.
Les facteurs défavorables à l'autonomie sur autoroute
Le principal facteur qui explique la diminution de l'autonomie sur autoroute est la combinaison d'une vitesse de croisière élevée et relativement constante. La résistance aérodynamique, qui s'oppose à la progression du véhicule, augmente de façon exponentielle avec la vitesse. Il en résulte une nécessité d'appliquer une puissance accrue pour maintenir une vitesse soutenue, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation, que le véhicule soit propulsé par un moteur thermique ou électrique.
L'absence ou la rareté des phases de freinage sur autoroute limite, voire annule, la possibilité de récupération d'énergie, ce qui est particulièrement préjudiciable pour les véhicules électriques et hybrides. Contrairement à la conduite en ville, où les décélérations et les arrêts sont fréquents, les trajets sur autoroute se caractérisent par une vitesse relativement constante et un nombre limité de freinages. Il est donc difficile de profiter du freinage régénératif pour recharger la batterie.
- La résistance à l'air représente environ 60% de l'énergie consommée par un véhicule roulant à 130 km/h.
- Une augmentation de la vitesse de 10 km/h au-delà de 110 km/h peut entraîner une surconsommation de 15 à 20%.
- Les véhicules électriques peuvent perdre entre 25 et 35% de leur autonomie nominale lors d'un trajet autoroutier.
- Un véhicule mal entretenu peut consommer jusqu'à 10% de carburant en plus.
L'utilisation accrue des aides à la conduite, comme le régulateur de vitesse adaptatif (ACC) et le système de maintien de la trajectoire, peut également exercer une influence sur la consommation d'énergie. Ces dispositifs peuvent optimiser la consommation en stabilisant la vitesse et en minimisant les variations de régime moteur. Cependant, ils peuvent aussi augmenter la consommation s'ils engendrent des accélérations et des freinages intempestifs pour s'adapter aux fluctuations du trafic.
Les conditions météorologiques, notamment la présence de vent et de précipitations, peuvent augmenter significativement la résistance à l'air et, par conséquent, la consommation énergétique. Un vent de face, même modéré, peut exiger une puissance supplémentaire du moteur pour maintenir la vitesse de croisière, entraînant une consommation accrue. La pluie et la neige augmentent également la résistance au roulement, ce qui contribue à réduire l'autonomie.
La topographie du parcours autoroutier, particulièrement la présence de montées prolongées, peut impacter significativement la consommation d'énergie. En phase d'ascension, le moteur ou la batterie doit fournir un effort supplémentaire pour vaincre la force de gravité, ce qui augmente la consommation. Pour les véhicules électriques, la récupération d'énergie lors des descentes peut ne pas compenser la consommation en montée, surtout si la pente est moins importante ou si la distance de descente est plus courte.
Stratégies d'optimisation de l'autonomie sur autoroute
Bien que l'autoroute présente des défis en termes d'autonomie, il est possible d'améliorer la consommation en adoptant des techniques de conduite adaptées et en planifiant méticuleusement ses déplacements. Adapter sa vitesse, optimiser l'utilisation des assistances à la conduite, prévoir les arrêts de recharge (pour les véhicules électriques et hybrides rechargeables), surveiller la pression des pneumatiques, réduire le poids embarqué et limiter l'utilisation des équipements énergivores sont autant de mesures qui peuvent contribuer à améliorer la performance énergétique.
L'adaptation de la vitesse est une des stratégies les plus efficaces pour maximiser l'autonomie sur autoroute. Il est généralement conseillé de rouler à une vitesse inférieure à la limite autorisée, particulièrement pour les véhicules électriques et hybrides. Une réduction de la vitesse de 130 km/h à 110 km/h peut entraîner une économie d'énergie de l'ordre de 15 à 20%.
L'optimisation de l'utilisation des aides à la conduite, notamment le régulateur de vitesse adaptatif et le système de maintien de la trajectoire, peut également contribuer à réduire la consommation. Il est préférable de paramétrer ces systèmes pour favoriser une vitesse constante et éviter les accélérations et les freinages brusques. Il est également important de rester vigilant et de désactiver ces assistances si les conditions de circulation sont difficiles ou si les conditions météorologiques sont défavorables.
- Surveiller régulièrement la pression des pneumatiques, car un sous-gonflage peut accroître la résistance au roulement et, par conséquent, la consommation.
- Minimiser le poids des bagages et des équipements transportés, car chaque kilogramme supplémentaire sollicite davantage le moteur.
- Modérer l'utilisation des accessoires énergivores, comme la climatisation, le chauffage, les sièges chauffants et le système de divertissement.
- Privilégier les pneumatiques à faible résistance au roulement pour optimiser l'efficacité énergétique.
Pour les propriétaires de véhicules électriques et hybrides rechargeables, la planification des arrêts de recharge est primordiale pour un trajet serein. Il est conseillé d'utiliser des applications de navigation spécialisées qui intègrent les informations sur les bornes de recharge disponibles, leur puissance et leur disponibilité en temps réel. Il est également préférable de choisir des bornes de recharge rapide ou ultra-rapide pour minimiser le temps d'immobilisation.
Études de cas
Des tests réalisés sur une Tesla Model 3 Long Range lors de trajets autoroutiers ont révélé une autonomie réelle d'environ 380 kilomètres à une vitesse de 130 km/h, contre une autonomie annoncée de 560 kilomètres en cycle WLTP. Ces résultats soulignent l'importance de prendre en compte l'impact de la vitesse sur l'autonomie des véhicules électriques. Une BMW i4, testée dans les mêmes conditions, a enregistré une consommation moyenne de 23 kWh aux 100 kilomètres à 130 km/h, contre 19 kWh en cycle WLTP.
La consommation d'une Peugeot 308 diesel sur autoroute a été mesurée à 4,3 litres aux 100 kilomètres à une vitesse stabilisée de 130 km/h, contre 3,9 litres annoncés en cycle WLTP. Cette différence s'explique par le fait que la traînée aérodynamique augmente considérablement avec la vitesse, exigeant une puissance plus importante du moteur. L'état de la motorisation, la qualité du carburant utilisé et la charge à bord du véhicule sont d'autres facteurs qui peuvent influencer la consommation.
Facteurs communs impactant l'autonomie en ville et sur autoroute
Au-delà des spécificités de la conduite en ville et sur autoroute, certains facteurs partagés influencent l'autonomie de tous les types de véhicules, quel que soit l'environnement de conduite. Le style de conduite, les conditions météorologiques, l'entretien du véhicule et la topographie du parcours sont autant d'éléments qui peuvent moduler la consommation d'énergie et, par conséquent, la distance réalisable avec un plein ou une charge.
Le style de conduite
Le style de conduite est l'un des facteurs les plus déterminants en matière d'autonomie. Une conduite souple et anticipative, qui minimise les accélérations et les freinages brusques, permet d'optimiser la consommation d'énergie et de maximiser la distance que l'on peut parcourir. L'éco-conduite, qui regroupe un ensemble de pratiques visant à réduire la consommation de carburant ou d'électricité, peut générer des économies substantielles.
A contrario, une conduite agressive, avec des accélérations et des freinages intempestifs, peut augmenter la consommation d'énergie de manière significative. Chaque phase d'accélération requiert une puissance importante, qui se traduit par une consommation accrue de carburant ou d'énergie électrique. De même, les freinages dissipent l'énergie cinétique du véhicule, qui ne peut être récupérée (sauf sur les modèles équipés d'un système de freinage régénératif performant).
Les conditions météorologiques
Les conditions météorologiques, particulièrement la température ambiante, peuvent exercer une influence considérable sur l'autonomie d'un véhicule. Les températures extrêmes, qu'elles soient basses ou élevées, affectent les performances des batteries lithium-ion des véhicules électriques et hybrides, et augmentent la consommation des modèles thermiques en raison de l'utilisation accrue de la climatisation ou du chauffage. Il est donc crucial d'adapter sa conduite et de planifier ses itinéraires en fonction des prévisions météorologiques.
Par temps froid, la résistance interne des batteries augmente, ce qui réduit leur capacité à fournir de l'énergie. La diminution de la pression des pneus due au froid augmente la résistance au roulement. De plus, le chauffage consomme une quantité importante d'énergie pour maintenir une température confortable dans l'habitacle, ce qui contribue à réduire l'autonomie.
- Anticiper les ralentissements et les arrêts pour éviter les freinages brusques.
- Maintenir une vitesse constante et modérée, en évitant les accélérations inutiles.
- Couper le moteur lors des arrêts prolongés, comme aux feux rouges ou dans les embouteillages.
- Une température ambiante de 0°C peut réduire l'autonomie d'un véhicule électrique jusqu'à 35%.
- Des précipitations importantes peuvent augmenter la résistance au roulement jusqu'à 20%.
- Un vent de face soutenu peut entraîner une surconsommation de carburant de 25%.
- Une pression de pneus inférieure de 0,5 bar à la recommandation peut augmenter la consommation de 2%.
La pluie et la neige augmentent la résistance au roulement des pneumatiques et réduisent l'adhérence, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation d'énergie. Il est donc impératif de réduire sa vitesse et d'accroître les distances de sécurité par temps de pluie ou de neige, afin d'éviter les freinages brusques et de privilégier une conduite souple et progressive.
L'entretien du véhicule
Un entretien régulier du véhicule est fondamental pour garantir une consommation d'énergie optimale et préserver l'autonomie. La pression des pneumatiques, l'état des filtres (à air et à carburant) et la qualité des fluides (huile moteur, liquide de refroidissement) sont autant d'éléments qui peuvent influencer la consommation. Il est donc essentiel de contrôler régulièrement ces points et de procéder aux opérations d'entretien préconisées par le constructeur.
Une pression de pneus inadéquate peut accroître la résistance au roulement et, par conséquent, la consommation d'énergie. Il est donc indispensable de contrôler régulièrement la pression et de la maintenir à la valeur recommandée par le fabricant. Un sous-gonflage peut également entraîner une usure prématurée des pneus et compromettre la tenue de route.
La topographie
La topographie du terrain, en particulier la présence de reliefs montagneux et de dénivelés importants, peut impacter significativement la consommation d'énergie. En phase de montée, le groupe motopropulseur doit fournir un effort supplémentaire pour compenser la force gravitationnelle, ce qui engendre une augmentation de la consommation. En descente, la récupération d'énergie (si le véhicule en est équipé) peut compenser une partie de la consommation en montée, mais cette compensation dépend de l'inclinaison et de la longueur de la pente.
- Vérifier le bon fonctionnement du système de freinage régénératif pour maximiser la récupération d'énergie.
- Adopter une conduite anticipative pour limiter les accélérations et les freinages inutiles.
- Entretenir régulièrement la batterie pour prolonger sa durée de vie et optimiser ses performances.
Nouvelles technologies et perspectives d'avenir pour l'autonomie
Les constructeurs automobiles et les équipementiers investissent massivement dans la recherche et le développement de nouvelles technologies visant à améliorer l'autonomie des véhicules, notamment les modèles électriques et hybrides. L'amélioration des performances des batteries, l'optimisation de l'aérodynamisme, le développement de motorisations plus efficientes et le déploiement d'une infrastructure de recharge intelligente sont autant de pistes explorées.
Amélioration des batteries (véhicules électriques et hybrides)
L'amélioration des batteries constitue un axe de recherche prioritaire pour accroître l'autonomie des véhicules électriques et hybrides. Les avancées dans le domaine de la densité énergétique (Wh/kg), de la chimie des matériaux d'électrode (cathode et anode) et de la gestion thermique permettent d'augmenter la capacité de stockage sans accroître le poids ou le volume, et d'améliorer la durabilité et la sécurité.
L'accroissement de la densité énergétique des batteries est un facteur déterminant pour l'autonomie. Une densité énergétique plus élevée signifie que la batterie peut stocker plus d'énergie pour un poids et un volume donné. Les batteries de nouvelle génération, basées sur des technologies comme le lithium-soufre ou le lithium-métal, promettent des gains significatifs en termes d'autonomie.
Amélioration de l'aérodynamisme des véhicules
L'optimisation de l'aérodynamisme est un autre levier important pour réduire la résistance à l'air et améliorer l'autonomie, en particulier sur autoroute. Un design de carrosserie optimisé, l'intégration de systèmes actifs (ailerons, volets) et l'utilisation de matériaux légers peuvent contribuer à diminuer la consommation.
- Un design aérodynamique optimisé peut réduire le coefficient de traînée (Cx) du véhicule de 10 à 15%.
- L'utilisation d'alliages d'aluminium et de composites de carbone peut réduire le poids du véhicule de 10 à 20%.
- Les batteries à électrolyte solide pourraient offrir une densité énergétique 50% supérieure aux batteries lithium-ion actuelles.
Nouvelles motorisations et technologies d'hybridation
Le développement de nouvelles générations de moteurs, plus performants et moins polluants, est un enjeu majeur pour minimiser la consommation et améliorer l'autonomie des véhicules thermiques et hybrides. Le downsizing (réduction de la cylindrée), la micro-hybridation (système 48V), l'hybridation légère (MHEV) et l'hybridation complète (HEV) sont autant de solutions technologiques explorées.
Infrastructure de recharge intelligente
Le déploiement d'une infrastructure de recharge intelligente et étendue, avec un nombre croissant de bornes de recharge rapide et ultra-rapide, est indispensable pour faciliter l'adoption massive des véhicules électriques et simplifier les déplacements longue distance. La recharge par induction (sans fil) et le smart charging (gestion intelligente de la recharge) sont également des pistes prometteuses.
L'augmentation de la densité de bornes de recharge rapide et ultra-rapide réduit le temps d'immobilisation et facilite les trajets longue distance. Les bornes ultra-rapides, capables de délivrer une puissance de 350 kW ou plus, permettent de recharger une partie significative de la batterie en quelques minutes. La densité est toutefois très inégale, les zones rurales étant moins bien loties.