Freinage par friction et freinage régénératif : comment les véhicules modernes récupèrent l'énergie

Conventionnellement, le frein automobile a un unique but : arrêter le véhicule. Il comprend de multiples pièces, ce qui rend son fonctionnement relativement complexe, même si l'actionnement se résume à appuyer sur une pédale. Ce système recèle un potentiel majeur en efficacité énergétique, d'où l'émergence du freinage régénératif.

Bien que le terme ne soit pas une invention récente — il est courant sur les véhicules hybrides et électriques pour contrôler et récupérer l'énergie perdue — son principe reste simple. Continuez votre lecture pour tous les détails.

Aujourd'hui, nous aborderons les différents types de systèmes de freinage et le freinage régénératif, ainsi que les différences entre le freinage conventionnel et le freinage régénératif.

Système de freinage conventionnel

Le système de freinage conventionnel englobe les freins hydrauliques, pneumatiques et mécaniques, aussi appelés freins à friction. Ce terme désigne le fait que le freinage s'effectue par le frottement de deux surfaces. Le dispositif est conçu pour freiner le mouvement en absorbant l'énergie d'un système mobile, généralement par friction. Sur la plupart des véhicules, le ralentissement ou l'arrêt est obtenu par un fluide hydraulique, qui doit être purgé pour obtenir les meilleures performances. Le freinage hydraulique a été détaillé dans un autre article.

Le circuit de freinage hydraulique comprend un maître-cylindre rempli de fluide hydraulique, relié à des cylindres esclaves distincts. La pédale de frein actionne le piston du maître-cylindre, ce qui propulse le fluide à travers les canalisations vers les cylindres esclaves à chaque roue, forçant leurs pistons à actionner les freins.

Système de freinage régénératif

Le freinage régénératif, ou freinage électromagnétique, équipe les véhicules hybrides et électriques. Comme mentionné, il récupère l'énergie perdue. Son fonctionnement est simple : l'énergie dissipée au freinage est récupérée et convertie en énergie électrique pour la batterie de grande capacité. La différence fondamentale avec le freinage conventionnel est la création d'énergie.

Dans un article précédent, j'ai expliqué comment les freins à disque et à tambour conventionnels ralentissent et arrêtent le véhicule par friction. L'avantage supplémentaire du freinage régénératif — la recharge des batteries — explique son adoption sur les véhicules hybrides et électriques.

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Les véhicules à freinage régénératif actionnent le moteur en mode inverse. Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, le moteur électrique passe automatiquement en mode inverse, ce qui fait tourner les roues en sens inverse. Ce principe ne se contente pas de ralentir le véhicule : il génère aussi de l'électricité grâce au mouvement inverse induit par l'appui sur la pédale.

Ces véhicules conservent aussi des freins à friction pour assister le freinage régénératif lorsque celui-ci perd en puissance ou ne fournit pas assez de force pour arrêter le véhicule. L'électronique embarquée et l'ordinateur de bord déterminent quand le freinage frictionnel conventionnel doit intervenir, gérant simultanément l'engagement du mode inverse. Une légère réduction de l'élan du véhicule, proportionnelle à la force exercée sur la pédale, déclenche l'engagement des freins régénératifs et l'inversion du moteur.

Schéma du freinage régénératif :

(Schéma non inclus dans le texte source)

Le freinage conventionnel intervient lors d'un arrêt d'urgence pour éviter une collision. Le freinage régénératif est géré par un contrôleur de frein, un dispositif électronique qui détermine le début et la fin du freinage, ainsi que la vitesse d'application, à la manière d'un contrôleur ABS qui surveille la vitesse de rotation des roues. Ce système calcule le couple disponible pour générer de l'électricité et surveille la vitesse des roues.

Le contrôleur envoie l'électricité récupérée vers le condensateur pendant le freinage, assurant une délivrance optimale et évitant la surcharge des batteries ou condensateurs. Enfin, il choisit le système de freinage à utiliser : le frein frictionnel conventionnel (secours) ou le freinage régénératif. Si la force de freinage requise dépasse les capacités du système régénératif, le contrôleur active les freins à friction pour un arrêt rapide, évitant ainsi d'éventuels accidents.

La différence entre freinage par friction et freinage régénératif réside dans leur mode d'action. Les freins régénératifs sont efficaces à des vitesses spécifiques, surtout en conduite urbaine (arrêts et redémarrages). L'énergie perdue par chaleur due à la friction représente environ 80 %. Le freinage régénératif peut récupérer la moitié de cette énergie et réduire la consommation de carburant de 10 à 25 %.

Regardez la vidéo pour en savoir plus sur le fonctionnement du freinage régénératif :

(Vidéo non incluse)

En conclusion, la différence entre le freinage par friction conventionnel et le freinage régénératif est nette. Le système régénératif récupère de l'énergie pour alimenter la batterie, mais ralentit le véhicule plus progressivement. Le freinage frictionnel conventionnel utilise le fluide hydraulique ou un processus mécanique pour appliquer le frein. Un bon frein frictionnel mord dès que la pédale est actionnée.

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