Le démo-car familial roulant Renault Emblème tend vers le net zéro carbone

Face aux enjeux du changement climatique et de la préservation des ressources, l'industrie automobile s'est engagée dans une transformation d'envergure vers la décarbonation.

Le démo-car familial roulant Renault Emblème revendique un niveau élevé de décarbonation.

Aucun constituant de la décarbonation ne doit être traité isolément dans l'industrie automobile. Ce qui implique de travailler sur l'intégralité du cycle de vie «from cradle to grave » ou « du berceau à la tombe » d'un véhicule.

La décarbonation de l'industrie automobile s'effectue autour de cinq axes : conception, ressources, fabrication, usage et fin de vie.

Le démo-car roulant Renault Emblème, développé par Ampere, est le fruit de cette démarche. Le véhicule familial bas carbone du début à la fin émet sur l'intégralité de son cycle de vie 90 % de gaz à effet de serre (CO2e) par rapport à la référence 2019.

Un cahier des charges strict visant à maximiser la décarbonation du démo-car roulant a dicté chacun des choix techniques, technologiques et stylistiques. Le démo-car Renault Emblème explore des combinaisons crédibles et viables en termes de ressources, de matériaux, de fabrication, d'usage et de valorisation en fin de vie.

A la clé, une diminution de 70 % de l'empreinte carbone sur la production des composants, l'intégration de 50 % de matières recyclées tandis que la quasi-totalité des matériaux utilisés sont recyclables en fin de vie.

Les Ingénieurs et les designers ont recherché les meilleures solutions d'aérodynamisme et d'efficacité énergétique.

Le résultat est un break de chasse roulant de 4,80 mètres de long qui soigne son style extérieur, son intérieur et son empreinte carbone.

Logée sous le plancher arrière, la motorisation électrique biénergie alimentée en électricité et en hydrogène offre une combinaison pour des trajets décarbonés aussi bien sur courtes que longues distances.

UNE MÉTHODOLOGIE BASÉE SUR L'ANALYSE DU CYCLE DE VIE DU VÉHICULE

L'analyse du cycle de vie ou ACV est un outil scientifique qui permet l'évaluation quantitative des impacts environnementaux d'un véhicule tout au long de sa vie (du berceau à la tombe), de l'extraction des matières premières, à la production des composants, en passant par l'assemblage, le transport, l'utilisation du véhicule, son entretien et, enfin, son recyclage. Il s'agit d'un outil multicritère international et utilisé par Renault. Il permet de calculer le potentiel de réchauffement climatique lié aux émissions de gaz à effet de serre mesurées en CO2 équivalent (CO2e) par véhicule.

Renault a choisi comme base de calcul les consommations réelles de ses véhicules sur 200 000 km et 15 ans.

Le résultat de l'analyse du cycle de vie d'une Renault Mégane E-Tech electric est de 25 tonnes. Ce chiffre, deux fois moins élevé que celui d'un modèle équivalent carburant à l'énergie fossile (50 tonnes de CO2e pour un Captur essence de 2019) montre qu'en termes de CO2e, la mobilité électrique est plus vertueuse. Sur cette base de calcul, le projet Emblème atteint 5 tonnes de CO2e du berceau à la tombe. Soit une réduction de près de 90 %.

Le chiffre de 5 tonnes de CO2e du berceau à la tombe émis par Renault Emblème a été calculé et audité par les experts indépendants de l'IFPEN (Institut Français du Pétrole et Energies Nouvelles).

La stratégie de décarbonation (= réduction des émissions de gaz à effet de serre = réduction de l'empreinte carbone) de Renault prend en compte l'ensemble du cycle de vie du véhicule. Les émissions en tonnes de CO2e par véhicule sont calculées selon une méthodologie éprouvée qui intègre chaque étape :

1. Approvisionnement en matières premières et pièces
2. Fabrication du véhicule (usines)
3. Usage (quand la voiture roule)
4. Fin de vie (recyclage/recyclabilité du véhicule).

Les leviers de la décarbonation dans chacune de ces phases sont :

1. L'efficacité énergétique
2. L'utilisation d'énergie renouvelable
3. L'économie circulaire

UNE DÉMARCHE GLOBALE D'ÉCO-CONCEPTION

Pour atteindre 5 tonnes de CO2e du berceau à la tombe, Renault Emblème est le résultat d'une démarche d'éco-conception menée sur l'intégralité de ses éléments depuis le premier coup de crayon des designers. La chasse au CO2e a été opérée du dessin de sa silhouette, au procédé de confection des matériaux intérieurs jusqu'à la conception du groupe motopropulseur.

La masse, un critère de poids

La masse d'un véhicule impacte ses émissions à de nombreux niveaux : l'extraction des matières, la production, le transport, le poids du véhicule en mouvement influant sa consommation d'énergie et le recyclage. Pour limiter le poids du véhicule (1 800 kilos), les concepteurs ont chassé les kilogrammes à tous les niveaux tout en préservant les prestations de confort et de sécurité.

Moins 70 % d'empreinte carbone sur la production des matières

Dans l'automobile, sept matières et composants représentent 90 % de l'empreinte carbone : la batterie, l'acier, l'aluminium, les polymères, les composants électroniques, les pneus, la pile à combustible et son réservoir.

La collaboration d'industriels partenaires tels que AKWEL, Autoneum, ArcelorMittal, CEA (Commissariat à l'énergie atomique), Constellium, Dicastal, Forvia, Forvia / Hella, Michelin, OPmobility, STMicroelectronics, Valeo et Verkor, dans l'éco-conception du démo-car Renault Emblème a permis d'optimiser dès le début du projet le choix et la diversité des matériaux utilisés.

L'intégralité de la composition du véhicule a été définie à travers un cahier des charges draconien pour atteindre une réduction de 70 % de l'empreinte carbone sur la production des matières : acier, aluminium, plastiques, pneus, électronique, etc.

Un projet impliquant l'écosystème automobile

Plus d'une vingtaine de partenaires, experts dans leur domaine, ont contribué au projet de démo-car, chacun apportant sa brique technologique ou de savoir-faire, dans un souci d'optimisation de la décarbonation, sans compromis sur les prestations de confort et de sécurité. Ils ont chacun à leur niveau cherché les solutions les plus pertinentes en faveur de l'efficacité énergétique, en intégrant l'utilisation d'énergie bas carbone et en mettant en place une économie circulaire, afin d'atteindre un niveau élevé de décarbonation :

Les poignées de porte – Akwel

Les poignées de porte « sensitives » ont été conçues selon une démarche d'éco-design. Favorable pour l'aérodynamisme, leur conception optimisée a permis une réduction du poids global de la pièce finie de 60 %. La simplification du mécanisme a permis d'enlever 50 composants, tout en offrant une réactivité d'activation de l'ouverture de 0,1 seconde. Les pièces, faites d'un seul matériau, contiennent 65 % de matières recyclées, contribuant à une diminution de 88 % des émissions de carbone.

Les éléments de caisse – ArcelorMittal

Grâce à l'utilisation d'aciers avancés à haute résistance (AHSS) et d'aciers emboutis à chaud (PHS), ArcelorMittal a réduit de 8% le poids d'acier nécessaire pour la caisse en blanc, améliorant ainsi l'efficacité énergétique et l'empreinte carbone. Les aciers ArcelorMittal XCarb de sources recyclées et renouvelables sont utilisés, notamment pour le montant de porte (pied B) qui est fabriqué avec un contenu circulaire élevé (minimum 75 %) et de l'électricité renouvelable, permettant une réduction de 69 % des émissions de CO2e.

Des isolants thermiques et acoustiques mono-matériau – Autoneum

Autoneum a conçu 32 pièces aux propriétés thermiques et/ou acoustiques, utilisées à l'intérieur et à l'extérieur du véhicule, telles que le carénage sous caisse, les tapis de sol, les garnitures de coffre, les pièces acoustiques, les absorbeurs de compartiment moteur et le rangement avant. Ces pièces ont été fabriquées à partir de fibres polyester mono-matériau, extrêmement légères et facilitant un recyclage à 100%. Lors de la production, l'utilisation d'électricité renouvelable et le recyclage des chutes ont été maximisés. Grâce à ces économies de poids (25%), à un contenu recyclé élevé, à un processus de production sans déchets et à une excellente recyclabilité des matériaux en fin de vie, Autoneum a pu réduire l'empreinte carbone globale de ses composants de 70 %.

Jantes en alliage – Dicastal

Les jantes ont été dessinées dans un souci d'éco-conception, avec un design proche de la roue pleine, propice à l'aérodynamisme. Fines et légères (roue 16,5 kg et addon 0,88 kg), ils sont fabriqués à partir d'aluminium issu à 70 % de l'économie circulaire.

Les pneumatiques – Michelin

Le rôle des pneus est crucial dans un projet de véhicule décarboné, car ils sont responsables d'environ 20 % de la consommation d'énergie d'un véhicule. Le pneu Michelin Primacy optimisé a été spécialement conçu pour le modèle avec une taille de 215/45-R22. Optimisés pour l'aérodynamisme, les pneus développés par Michelin repoussent les seuils de la résistance au roulement. Le Slimline a une résistance au roulement de 4,5 kg/T, sans compromettre les autres performances, comparé à 5,5 kg/T pour les pneus classiques.

Réservoir à hydrogène – OPMobility

Pour réduire le poids et l'empreinte carbone, le réservoir à hydrogène est fabriqué en fibres de carbone grâce à une énergie bas carbone

Intérieur – Forvia

Les revêtements utilisés par Forvia pour l'intérieur, en particulier la planche de bord, sont fabriqués à partir de matières recyclées ou naturelles (lin, ananas), qui présentent l'avantage d'être des puits de carbone, c'est-à-dire capables de stocker le CO2. Les zones de contact sur les panneaux de portes et la console centrale sont garnies de peaux à base de fibres d'ananas, une alternative au cuir animal, plus légère et plus durable. La planche de bord est habillée de lin produit en Normandie (France). Un procédé permet d'ajouter aux qualités esthétiques de ce matériau des propriétés structurelles tout en éliminant totalement les chutes de matière. Sur les médaillons de porte et le bandeau de planche de bord, le procédé d'assemblage a été optimisé grâce à des solutions sans soudure ni collage, facilitant le recyclage.

Projecteurs – Forvia Hella

Les projecteurs développés par Forvia Hella permettent de réduire de moitié les émissions de CO2e sur leur cycle de vie par rapport aux projecteurs conventionnels. Ils utilisent des lentilles de fresnel, nécessitant 80 % moins de matériaux. La conception optimisée, l'usage d'un process d'injection, ainsi que l'usage de matériaux recyclés et bio-sourcés, contribuent pour la moitié de la réduction de l'empreinte carbone. La fabrication du produit dans des usines neutres en émission carbone dès la fin 2025 contribue elle à hauteur de 30%. Enfin, le contrôle adaptatif de l'intensité lumineuse réduit la consommation d'énergie à-60% en centre-ville.

Les portes en aluminium – Constellium

Un avantage clé de l'aluminium est qu'il peut être recyclé un nombre infini de fois sans perte de ses propriétés. L'élaboration de l'aluminium de récupération en produits de tôle pour carrosserie automobile nécessite très peu d'énergie (5% de l'énergie nécessaire pour produire du métal primaire) et émet peu de CO2e. Pour les portes d'Emblème, Constellium intègre de l'aluminium primaire, élaboré par électrolyse avec de l'électricité bas carbone, et de l'aluminium recyclé, issu de l'économie circulaire.

Composants électroniques – STMicroelectronics

Le démo-car Emblème utilise la technologie SiC de STMicroelectronics pour l'onduleur de traction afin de convertir l'énergie de la batterie du véhicule électrique pour entraîner le moteur. Le SiC est une technologie qui vient en complément du silicium dans l'électronique de puissance. Il est essentiel pour gérer les flux d'énergie, l'autonomie et la recharge des véhicules. Il est plus robuste que le silicium pour les véhicules électriques haute performance et plus respectueux de l'environnement car il réduit les pertes d'énergie, gère des niveaux de puissance et de tension plus élevés tout en offrant de meilleures performances énergétiques et thermiques.

Système complet d'essuie-glace – Valeo

Le système d'essuyage Valeo est composé d'un moteur sans balais, d'essuie-glaces Nanojet Aquablade et des pièces polymères imprimées en 3D, permettant une réduction totale des émissions de CO2e de 60 %. Le Nanojet Aquablade permet une réduction de l'ordre de 60% des émissions de CO2e grâce à sa fabrication à partir de matériaux recyclés et sa technologie Nanojet, qui se caractérise par un plus grand nombre d'orifices de projection de liquide le long de la lame, d'un diamètre plus petit que sur un AquaBlade classique. La conception offre des performances de nettoyage améliorées tout en nécessitant moins de cycles pour maintenir la même qualité d'essuyage. La quantité de solution de nettoyage nécessaire est réduite, ce qui contribue à la réduction de la taille et du poids du réservoir. Les pièces polymères imprimées en 3D permettent une économie de 50 % des émissions de CO2e. Le moteur brushless, plus léger et plus efficace, permet une réduction de 70% des émissions de CO2e.

Batterie électrique – Verkor

Conçue par Verkor avec une projection de production à l'horizon 2035, la batterie électrique du démo-car Renault Emblème affiche une réduction de 72 % des émissions de carbone par rapport à une batterie traditionnelle équivalente. Cette performance est obtenue grâce à des processus de fabrication optimisés, une usine alimentée en électricité bas-carbone, des fournisseurs locaux et une optimisation du recyclage des déchets et des batteries en fin de vie.

Un polyester tissé pour les tissus des sièges

Utilisé sous forme tissée pour les sièges, le polyester a été thermoformé pour revêtir les sols. Toutes les couleurs du polyester tissé, recyclé et recyclable, qui habille une grande partie de l'habitacle du démo-car Renault Emblème, sont obtenues par le tissage de 4 fils de couleurs différentes (cyan, magenta, jaune et noir). Rendant inutile l'utilisation de colorant, le procédé appelé « synthèse additive » émet moins de CO2e et permet d'obtenir jusqu'à 62 nuances de coloris.

LA DÉCARBONATION SANS COMPROMIS SUR LES PRESTATIONS : UNE VOITURE FAMILIALE, SÛRE ET HIGH-TECH

L'ambition du projet Renault Emblème était d'atteindre une décarbonation élevée en concevant une voiture attractive, familiale, habitable, confortable, high-tech et polyvalente à l'usage.

Une ligne fluide

Toute en galbes, la ligne du démo-car Renault Emblème combine les caractéristiques d'un break à large empattement (2,90 mètres) à celles d'un coupé avec une hauteur contenue (1,52 mètre) et une ligne de toit fuyante. La longueur de 4,80 mètres du « shooting brake » (break de chasse) permet d'envisager des voyages familiaux confortables avec passagers et bagages, grâce au coffre de 556 litres et au coffre avant de 74 litres.

La signature lumineuse se veut à la fois « tech » et identitaire.

Un aérodynamisme optimisé

Le design extérieur est le fruit d'une optimisation pointilleuse de l'aérodynamisme.

Le dessin de la ligne générale comme de celui de chaque élément de carrosserie a été dicté par l'optimisation de la pénétration dans l'air et la maitrise des flux aérodynamiques.

Le Cx a été affûté grâce à la technologie du jumeau numérique et à du matériel de simulation numérique de pointe utilisé par l'écurie BWT Alpine F1 Team. Les itérations en soufflerie numérique ont permis d'optimiser l'aérodynamisme passif et actif sans réaliser de maquette. Avant son existence physique, les ingénieurs ont pu vérifier que la voiture avait un sCx de 0,60 et un Cx de 0,25.

Afin de fluidifier la ligne, le Renault Emblème est dépourvu de rétroviseur, remplacés par deux caméras intégrées dans les arches de roues, là où elles génèrent le moins de perturbations aérodynamiques. Les essuie-glaces avant sont cachés sous le capot et les poignées de porte sensitives sont creusées dans la carrosserie.

Des attributs aérodynamiques actifs concilient discrétion et efficacité au quotidien.

• En bas du bouclier avant, des ailettes s'ouvrent ou se ferment selon les besoins de refroidissement des composants mécaniques.
• Le fond plat inspiré de la Formule 1 est agrémenté, sous le bouclier arrière, d'un diffuseur actif, basculant autour d'un axe horizontal avec un angle de 5° et sortant pour équilibrer le flux d'air haut et le flux d'air bas afin de minimiser la trainée aérodynamique.
• Les pneus de format « tall and narrow » (hauts et étroits) de 22 pouces sont à faible résistance au roulement.

Un intérieur qui invite au voyage

Le textile coloré recouvrant la planche de bord, le haut des panneaux de porte et le haut du dossier de la banquette arrière forment un anneau graphique affichant de grandes étendues naturelles et des espaces citadins. Par un jeu de net et de flou, ces paysages divers semblent être traversés comme celui, bien réel, qui pourrait défiler derrière les vitres.

La banquette arrière, dotée d'un dossier de place centrale inclinable, peut recevoir trois passagers.

Reculé par rapport au reste de la banquette, la place du milieu offre une vision panoramique de l'habitacle et de la route. Le design de la console centrale avant offre un espace pour les pieds permettant au passager arrière assis sur la place du milieu d'étendre ses jambes. Lorsque les places latérales ne sont pas occupées, deux accoudoirs peuvent s'escamoter de leurs dossiers afin d'améliorer le confort du passager central.

Un habitacle high-tech

L'écran incurvé openR panorama s'étire sur toute la longueur de la planche de bord. Sa taille de 1,2 mètre de long et de 12 centimètres de haut (affichage en qualité 8K sur 48 pouces de diagonale) offre une expérience multimédia qui permet au conducteur comme au passager de bénéficier d'informations à la fois communes et dédiées.

L'utilisation des fonctions du système multimédia s'opère via un second écran tactile situé sur la console centrale et via une molette rotative complétée par quelques commandes sur le volant.

De nombreux composants sont remplacés par des commandes digitales et vocales.

LA DÉCARBONATION AU CŒUR DE L'USAGE

Une motorisation électrique combinant polyvalence et décarbonation

Comme le montre l'analyse du cycle de vie, une voiture électrique émet deux fois moins de CO2e qu'une voiture thermique similaire. Pour une mobilité plus décarbonée, l'électrique s'impose à l'heure actuelle comme une solution incontournable. Des progrès ont été effectués ces dernières années sur la densité énergétique des batteries des voitures électriques mais ce n'est pas suffisant pour égaler les véhicules thermiques en termes d'autonomie et de durée de trajet.

Les ingénieurs d'Emblème ont exploré les possibilités offertes par l'hydrogène. Inodore, incolore et non corrosif, l'hydrogène est un gaz pouvant produire de l'électricité en étant brulé dans un moteur à combustion ou oxydé dans une pile à combustible, tout en ne rejetant que de l'eau. Son stockage et sa production sont maitrisés et le temps de recharge à une pompe d'hydrogène est rapide : un kilogramme par minute (et encore plus demain).

L'association de la pile à combustible à une batterie, toutes deux d'une puissance équilibrée suffisante pour assurer le roulage du véhicule permet de concilier les avantages des deux technologies et offrir une autonomie majorée.

Pour parcourir le même nombre de kilomètres, la motorisation électrique bi-énergie du déma-car Renault Emblème embarque une batterie deux fois plus petite qu'une batterie « grande autonomie » d'une voiture électrique actuelle. Ce choix technologique est moins émetteur de CO2e.

Lors des trajets quotidiens, le véhicule fonctionne comme une voiture électrique classique dont la batterie se charge via le freinage régénératif, grâce aux cellules photovoltaïques sur le toit et sur une prise ou sur une borne de recharge. L'autonomie de plusieurs centaines de kilomètres est largement suffisante pour les trajets du quotidien.

Pour les longs trajets, l'utilisation de la pile à combustible est privilégiée afin de réduire les temps de recharge grâce à l'hydrogène. Sans aucune émission de CO2 à l'échappement, le démo-car Renault Emblème peut effectuer un trajet jusqu'à 1 000 km dans un temps équivalent à celui d'un véhicule thermique : sans recharge électrique, avec simplement deux pleins d'hydrogène, réalisés en moins de cinq minutes, fournissant 350 kilomètres d'autonomie chacun. A noter que le réseau de distribution actuel de l'hydrogène est très peu développé.

Le démo-car Renault Emblème est équipé d'un moteur électrique à rotor bobiné – dépourvu de terres rares – de 160 kW alimenté de deux manières : par une batterie NMC (Nickel Manganèse Cobalt) de 40 kWh logée sous le plancher et par une pile à combustible PEMFC de 30 kW alimentée en hydrogène via un réservoir d'une contenance de 2,8 kilos placé sous le capot avant.

L'architecture propulsion sur base de la plateforme AmpR Medium accueille les différents éléments du groupe motopropulseur (moteur électrique, batterie, pile à combustible et réservoir à hydrogène) en conservant un centre de gravité au plus bas et une répartition des masses équilibrée afin de favoriser performance et efficience.

Sur un voyage type entre Paris et Marseille, 75 % de l'électricité consommée par le véhicule est produite par la pile à combustible, sans autre rejet que de l'eau.

Un « route planner » embarqué dans le système multimédia calcule la part de puissance qui sera prise en charge par la pile à combustible, de façon à optimiser l'usage de la batterie voire à préserver sa charge.

Conciliant toutes les qualités de l'électricité et de l'hydrogène, la bi-énergie conserve tous les bienfaits de la conduite électrique (accélération instantanée, silence de roulement, absence de vibration) et se présente comme une alternative attractive à la motorisation électrique pure, tout en étant à ce jour au stade exploratoire.

UNE PRODUCTION RESPONSABLE DANS DES SITES NET ZERO CARBONE

Le groupe motopropulseur du démo-car Renault Emblème est entièrement fabriqué en France, au sein du pôle Ampere ElectriCity. Le moteur électrique synchrone à rotor bobiné, qui n'utilise aucune terre rare, est fabriqué par la Manufacture Ampere de Cléon (France). La batterie est produite par Verkor en France. Le bac qui accueille les batteries est fabriqué à la Manufacture Ampere de Ruitz.

RECYCLABILITÉ EN FIN DE VIE

Le démo-car Renault Emblème est conçu avec au moins 50 % de matières recyclées, post consommation, notamment extraites des véhicules en fin de vie, et post industrielles, en provenance des chutes de production, grâce aux expertises de la filiale The Future Is Neutral, spécialisée dans l'économie circulaire automobile.

Le démo-car Renault Emblème est recyclable à plus de 90 %, ce qui permet de récupérer ses matériaux en fin de vie pour les réincorporer dans le cycle de production, sous forme de matières recyclées.

Photos: Copyright Yann Lefebvre-DPPI