14 Octobre 2019  |  Véhicules électriques
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 08/2019

La Haute école spécialisée bernoise au Swiss E-Prix 2019

Elsbeth Heinzelmann*

Qu’il s’agisse de développement durable, de mobilité, de stockage d’énergie ou d’infrastructure, ces thèmes sont des défis pour notre avenir. Lors du Swiss E-Prix 2019, des étudiants de la Haute école spécialisée bernoise ont montré, dans la vieille ville de Berne, comment une réflexion novatrice, de la créativité et de l’initiative personnelle concernant le thème des «voitures électriques», permettent de développer des stratégies nouvelles pour le futur.

«Un tiers du total des besoins suisses en énergie est à imputer à la circulation. Cela vaut donc la peine d’investir dans une mobilité économe en énergie», explique Peter Affolter, professeur d’électrotechnique et d’électronique du véhicule à la Haute école spécialisée bernoise (BFH)à Vauffelin et directeur de l’Institut pour la recherche sur l’énergie et la mobilité (IEM). Nous connaissons son nom grâce au camion-benne «E-Dumper» – le plus grand véhicule électrique au monde, mis au point par l’École technique supérieure de Buchs (NTB) et l’Empa –, qui a transporté à partir d’avril 2018 dans la carrière de Péry, dans le Jura bernois, du calcaire et des roches marneuses.
 
Le projet sh@ttle est le résultat d’un travail de bachelor. Une Renault Twizy équipée des composants nécessaires pour un fonctionnement électrique, automatisé et interconnecté, sert de plate-forme d’apprentissage et de recherche pour les étudiants. (Photos: Haute école spécialisée bernoise BFH)
 

sh@ttle – booster la conduite automatique
C’est sous la direction du professeur Affolter, que des étudiants de la BFH ont écrit un mémoire de bachelor sur la transformation d’un petit véhicule, le sh@ttle, qui sert de plate-forme de recherche sur les nouvelles technologies d’automatisation des véhicules. Ils ont équipé une Renault Twizy de tous les composants nécessaires au fonctionnement électrique, automatisé et en réseau, pour tester des projets de recherche pertinents pour l’industrie.
«Nous testons depuis des décennies la mobilité électrique à l’IEM», déclare Peter Affolter, directeur de l’institut. «Nous sommes en contact avec l’Université de technologie de Varsovie et l’Université chinoise Sun-Yat-sen pour mettre au point une alimentation électrique durable», ajoute-t-il. Un certain nombre de retombées ont suivi les projets de recherche, comme la création de la société evolaris aviation gmbh à Nidau, par exemple.
 
Les travaux de bachelor de deux étudiants de la BFH ont abouti à la création de la société evolaris aviation gmbh. Il s’agit d’un avion de haute voltige muni d’un moteur électrique, qui effectue pour la première fois des pirouettes au firmament, sans bruit ni gaz d’échappement.
 
 
Nous volons grâce à un moteur électrique
Tout a commencé lorsque Patrick Wälti et Steven Dünki ont réfléchi à leur mémoire de bachelor en génie électrique, en rêvant de naviguer dans les airs avec moins de bruit et de gaz d’échappement, grâce à la propulsion électrique. «Nous avions l’idée d’offrir à l’aviation de plaisance une alternative», se rappelle Steven Dünki. «Les moteurs actuels sont pour la plupart obsolètes, vu qu’ils n’ont pratiquement pas été améliorés depuis 50 ans. Mais des voitures comme la Tesla et la BMW i3 à moteur électrique prouvent qu’elles peuvent s’affirmer sur le marché !», poursuit-il.
Urs Muntwyler, le professeur superviseur, se laissa convaincre, rejoint par le professeur Andrea Vezzini, si bien que la société d’essaimage evolaris aviation gmbh prit forme. Il se trouva que l’avion électrique VOTEC EVOLARIS de MSW Aviation, associé au moteur électrique haute performance evo220, était particulièrement approprié. «Ce faisant, nous avons non seulement réduit le bruit et les émissions de gaz d’échappement, mais également considérablement diminué les coûts d’énergie et d’exploitation», déclare Steven Dünki, l’actuel PDG. Et il ajoute: «Nous avons mis au point un chargeur, le Supercharger, d’une puissance maximale de 44 kW. Cet appareil peut être branché sur une prise murale avec des adaptateurs CEE conventionnels de 16, 32 et 63 A. Par ailleurs, on peut aussi recharger toutes les voitures électriques avec des connexions CCS.»
L’aventure continue, car cette équipe souhaite également faire fonctionner des moteurs d’avions électriques d’une puissance allant de 80 à 400 CV, aussi bien pour de nouvelles constructions d’aéronefs, que pour convertir des moteurs à combustion existants.
 
Grâce à leur association «Bern Formula Student» créée en 2014, les étudiants de la BFH ont lié des relations au niveau international. On a pu admirer leur création dans la vieille ville de Berne, lors de la saison 2016/2017: la voiture de course électrique BIENNA de 217 kg.
 

Du nouveau pour les «surfeurs de l’asphalte»
Non, la planche à roulettes n’est pas essentielle à l’existence, mais c’est un mode de vie. Après tout, il s’agit de transférer le sentiment de surfer sur les vagues à la rue. À la fin des années soixante, le Californien Larry Stevenson a inventé le Kicktail (extrémités d’une planche à roulettes courbées vers le haut), l’Américain Frank Nasworthy a expérimenté l’utilisation de roues en uréthane et le New-yorkais Alan Gelfand a inventé l’ollie, la plus grande figure de skateboard jamais réalisée.
Et en 2019 ? Des étudiants bernois du Département génie électrique et technologies de l'information nous catapultent dans le futur: ils lancent une planche à roulettes à alimentation électrique qui, en plus d’un système de gestion de batterie sans fil, utilise également des semi-conducteurs en gallium. «Le système de gestion de batterie sans fil augmente la fiabilité», déclare le professeur superviseur Martin Kucera de la BFH. «Un skateboard électrique se compose d’un moteur à courant continu sans balai et de beaucoup d’électronique. Les puissantes cellules de batterie intégrées dans la planche à roulettes, nécessitent une surveillance constante et doivent être chargées selon une procédure définie avec précision», poursuit-il.
Bien entendu, le système de contrôle de la batterie ne nécessite aucun câble, car ceux-ci ne sont pas fiables à long terme, en raison des contraintes mécaniques répétées. Le système de gestion de batterie sans fil, qui contrôle l’état de charge, est plus facile à fabriquer et est beaucoup plus fiable. La commande du moteur sans balai dans le skateboard prend en charge une électronique complexe, qui doit gérer des courants de 50 A, tout en ayant de faibles pertes. «Pour limiter les pertes de commutation, nous misons sur des semi-conducteurs en nitrure de gallium, qui se passent des dissipateurs thermiques habituels», affirme le professeur. Enfin, malgré de nombreuses technologies, on l’évoque à nouveau: la glisse urbaine est un mode de vie et un skateboard électrique est très amusant !
 
Les étudiants de la BFH entreprennent des recherches en électronique du futur. Ils développent une planche à roulettes d’un genre nouveau, misant pour cela sur des semi-conducteurs au nitrure de gallium ainsi que sur un système de gestion de batterie sans fil. Des passants intéressés se font expliquer cette innovation sur le stand.
 
 
Le «bolide» à conscience écologique
Ce sont la passion et la motivation qui ont, de toute évidence, servi d’inspiration à Luca Placi et à Yoann Loetscher, lorsqu’ils décidèrent en 2014, alors qu’ils étaient étudiants à la BFH, de fonder l’association «Bern Formula Student». À cette époque, une idée les hantait: celle de construire une voiture qui se hisserait sur la plus haute marche du podium à Hockenheim. On raconte qu’ils voulaient tirer parti du succès du moment lorsque, en 1987, la BFH fit la une de la presse internationale, leur «Spirit of Biel» montant sur le podium du premier World Solar Challenge, en tant que pionnier de la technologie des véhicules solaires.
Aussitôt dit, aussitôt fait. Et partant de là, l’équipe construisit chaque année un véhicule à moteur électrique axé sur la sécurité, la performance et la durabilité écologique. L’objectif étant de promouvoir les technologies durables et de donner aux futurs ingénieurs l’occasion d’utiliser leur savoir-faire dans le cadre d’un projet passionnant.
Pour la saison 2018/2019, l’équipe a créé la voiture de course électrique «AROLA» – nom latin de l’Aar – pesant 210 kg, dont la vitesse de pointe est de de 103 km/h. La propulsion arrière est assurée par deux moteurs électriques synchrones sur moyeu, d’une puissance totale de 70 kW, avec vecteur de couple. La gestion de la batterie est sans fil, le châssis comporte un cadre tubulaire de 40 kg. L’aérodynamique comporte un «Aero-Package» simulé et développé avec un CFD et une prise de force de 1400 N à 80 km/h.
Depuis, quatre voitures de course électriques ont vu le jour, mais ce qui est intéressant, c’est que l’équipe bernoise et ses collègues des hautes écoles du monde entier se mesurent dans des compétitions internationales d’ingénieurs de la Formula Student. Cela signifie que les étudiants de différents pays s’affrontent sur des voitures de course qu’ils ont eux-mêmes construites. Ils acquièrent ainsi, dans le cadre d’une compétition sportive, une expérience pratique pour des projets exigeants.
«Grâce à ces échanges mondiaux, les étudiants peuvent approfondir leurs connaissances techniques en électromobilité et améliorer leurs compétences en gestion de projet et en conduite» a déclaré, Adrian Joss, le PDG. «Ce travail promeut la pensée visionnaire ainsi que la capacité à trouver les meilleures solutions possibles à partir des moyens à leur disposition». Et il ajoute: «Le sens et le but consistent également à former les diplômés de manière pratique et interdisciplinaire, avec des connaissances complémentaires en matière de systèmes de propulsions alternatifs.» Les nombreux sponsors issus de l’économie rendent ce projet possible; ils fournissent non seulement du matériel et des heures de travail pour la construction du véhicule, mais apportent aussi leur soutien grâce à de généreux moyens financiers.
Le championnat de Formule E, qui s’est déroulé le 22 juin 2019 à Berne, est la compétition la plus prestigieuse au monde pour les voitures de course électriques; elle a été diffusée dans le monde entier. Grâce au développement et à l’utilisation de voitures de course électriques, la Formule E promeut la mobilité durable en aidant à lutter contre la pollution de l’air et le changement climatique.
 
Bachelor of Science en technique automobile
DE: bfh.ch/automobile
FR: bfh.ch/auto
 
Bachelor of Science en électrotechnique et informatique
DE: bfh.ch/elektro
FR: bfh.ch/electro
 

*Journaliste science + technologie


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