Comment les ingénieurs civils développent un prototype innovant d'autoroute de recharge pour véhicules électriques

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Et si les routes pouvaient recharger sans fil nos véhicules électriques pendant que nous les empruntons ?

Des travaux de construction débuteront le 1er mai sur un tronçon d'un quart de mile d'autoroute qui servira à tester le transfert d'énergie sans fil vers un camion électrique lourd. Des travaux de construction débuteront le 1er mai sur un tronçon d'autoroute d'un quart de mile qui servira à tester le transfert d'énergie sans fil vers un camion électrique lourd. (Image : Université Purdue/Greta Bell)

C'est exactement la question à laquelle répond une équipe d'ingénieurs civils et de scientifiques de l'Université Purdue dans l'Indiana, aux États-Unis, dans le cadre de l'initiative Advancing Sustainability through Power Infrastructure for Road Electrification Initiative (ASPIRE) de la National Science Foundation américaine, qui fait partie du programme du Centre de recherche en ingénierie du groupe.

L'idée est simple : construire un système de recharge électrique sur autoroute qui maintient sans fil la charge de la batterie d'un véhicule électrique pour des véhicules jusqu'à la taille d'un semi-remorque.

Appelé projet Dynamic Wireless Power Transfer (DWPT), il s'agit d'un produit qui existe déjà sous une forme stationnaire pour les utilisateurs finaux.

John Haddock, professeur de génie civil à Purdue, qui dirige le rôle de l'école dans le projet, explique : « Vous pouvez acheter la technologie pour la charge stationnaire ; vous pourriez en installer une dans votre garage de sorte que lorsque vous tirez votre housse dessus, elle chargerait votre voiture et vous n'auriez rien à brancher. »

Haddock a déclaré que son équipe reprend ce concept et le rend dynamique en l'intégrant dans les routes afin que des véhicules aussi gros que des semi-remorques - roulant à 65 miles par heure (105 km/h) - puissent maintenir une charge.

« Cela signifie que les voitures, lorsqu'elles roulent sur la route, pourraient se recharger grâce au système », explique-t-il, en précisant que ce dernier utilise un champ magnétique pour transférer l'énergie électrique. « Le système est un système inductif. »

Haddock précise que la technologie ne serait probablement pas assez puissante pour augmenter la charge du véhicule, mais empêcherait une décharge lors de l'utilisation de la route électrique.

John Haddock, professeur à l'université Purdue (à gauche), et Oscar Moncada, étudiant diplômé, examinent une dalle de béton avec une technologie de transfert d'énergie sans fil. La machine à l'arrière a été conçue pour imiter la moitié d'un essieu de semi-remorque afin de tester la fonctionnalité du prototype. John Haddock, professeur à l'université Purdue, à gauche, et Oscar Moncada, étudiant diplômé, examinent une dalle de béton avec une technologie de transfert d'énergie sans fil. La machine à l'arrière a été conçue pour imiter la moitié d'un essieu de semi-remorque afin de tester la fonctionnalité du prototype. (Image : fournie par Consensus Digital Media)

« Le système [pourrait] charger la batterie dans des véhicules plus petits », spécule Haddock, affirmant qu'un camion comme le Ford F-150 Lightning pourrait en fait augmenter son autonomie tout en conduisant sur des autoroutes de recharge.

Purdue, le fabricant américain de moteurs et de groupes électrogènes Cummins, le ministère des Transports de l'Indiana (InDOT), la société américaine de conseil en infrastructures AECOM, les ingénieurs PC Krause and Associates et l'entrepreneur White Construction ont collaboré sur le projet, dont la construction a commencé le 1er avril. Une fois la construction du prototype terminée, des essais seront effectués jusqu'à l'automne 2024.

Utilisant la même science que celle utilisée par les smartphones pour se charger sans fil lorsqu'ils sont placés sur une piste d'atterrissage, le prototype est situé sur un petit tronçon de route sur les autoroutes américaines 231 et 52 à West Lafayette, Indiana, États-Unis.

La technologie de recharge a été conçue pour pouvoir être adaptée aux réseaux routiers existants.

Selon Purdue, l'InDOT prévoit de construire un banc d'essai d'un quart de mile (0,4 km) de long pour tester spécifiquement la capacité du béton à charger des camions lourds de 200 kW et plus. L'évaluation ne sera toutefois pas destinée aux utilisateurs publics, car la charge ne sera activée que pendant les périodes de test.

Viabilité économique « spéculative »

Bien qu'il soit trop tôt pour suggérer que les routes de recharge pour véhicules électriques seront un élément essentiel de l'avenir de l'Amérique, le projet DWPT présente un avantage considérable si une entité ou une municipalité peut en comprendre les aspects économiques.

« Cette technologie fonctionnera », déclare John Kresse, directeur des technologies hybrides et d'électrification chez Cummins, « mais la viabilité économique est hautement spéculative. »

Cummins fournit le camion électrique à batterie qui sera utilisé pour tester le DWPT. Le véhicule sera intégré au système de charge de Purdue pour mieux surveiller les capacités de charge.

Dans le cadre d'un projet pilote dont le démarrage est prévu en 2025, les bobines noires au premier plan de cette photo seront utilisées pour transférer de l'énergie au camion électrique robuste Cummins en arrière-plan. Dans le cadre d'un projet pilote qui devrait démarrer en 2025, les bobines noires au premier plan de cette photo seront utilisées pour transférer l'énergie au camion électrique Cummins à usage intensif en arrière-plan. (Image : Université Purdue/Greta Bell)

Haddock de Purdue a suggéré qu'un modèle similaire à celui des autoroutes ou des péages pourrait déterminer les coûts : les conducteurs paient pour accéder à la capacité de recharge et sont facturés à chaque utilisation.

Au début, il y a cependant (naturellement) plus de questions que de réponses.

« Est-il possible de déployer cette technologie de manière rentable et est-ce qu'elle permettra de récupérer ces coûts ? Le « coût du transfert d'énergie » pour les opérateurs de flotte peut-il être rendu relativement comparable à celui de la recharge par fil ? », s'interroge Kresse.

Si une valeur peut être obtenue, « cela peut fournir un avantage considérable en permettant à un camion électrique à batterie d'atteindre une grande autonomie, [d'éliminer ou de réduire] les temps d'arrêt associés à la charge et [de réduire] la taille de la batterie », répond-il.

Selon Haddock, le concept DWPT serait mieux utilisé sur les autoroutes à fort trafic, en particulier celles qui connaissent un trafic de marchandises et de cross-country considérable.

« Ce n’est pas nécessaire pour toutes les routes », explique Haddock. « La seule façon de rendre ce système rentable est de le concevoir pour les poids lourds, et ce ne sont pas toutes les chaussées qui en ont besoin, pas sur toute leur longueur. »

Haddock ajoute qu'à l'avenir, il serait judicieux qu'un ministère des Transports d'État échelonne la technologie.

« Peut-être que vous l'avez pendant 16 km, puis vous n'en avez plus pendant 32 km », a proposé Haddock.

Kresse fait référence à des recherches suggérant que seulement 20 % des autoroutes inter-États américaines auraient besoin de cette technologie pour avoir un impact.

« L'industrie n'exigera pas que 100 % des autoroutes soient dotées d'un transfert d'énergie sans fil dynamique », confirme-t-il, notant que cela reste une entreprise coûteuse à 20 %.

Quel que soit le prix que cela pourrait coûter dans une décennie ou plus, cela ne diminue pas le potentiel, et le DOT de l'Indiana attend avec impatience un avenir de routes sans fil auto-rechargeables.

« En cas de succès, la fenêtre d'opportunité est grande ouverte pour de nouvelles innovations, qui seront discutées à l'issue du projet pilote », déclare InDOT.

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