MANIABLE ET ECONOMIQUE.

La conception des véhicules électriques aujourd'hui s'inspire plus ou moins du design des voitures actuelles. Hormis la motorisation, Il n'y a pas tellement de différences si ce n'est le souci permanent de miniaturisation et d'allégement de ces voitures afin d'obtenir des engins plus légers. Malgré tout, la voiture électrique actuelle reste lourde par rapport au mode de propulsion qui lui est destiné. Elle a donc des performances limitées en termes d'autonomie et de prix de revient. C'est une des principales raisons de la stagnation de son marché. Ces engins étant lourds, ils sont donc gourmands en matières premières naturelles, en énergie de transformation et en main-d'œuvre.

Lourds, signifie aussi qu'ils sont énergivores durant leur fonctionnement, ce qui explique leur autonomie limitée, en moyenne 100 à 150 Km, ce qui est bien en deçà des attentes du consommateur. Pour augmenter l'autonomie de leurs voitures, les constructeurs surdirnentionnent le jeu de batteries, ce qui a pour conséquences d'alourdir encore plus le véhicule d'une part, donc d'augmenter sa consommation horaire et d'autre part d'augmenter son prix de revient. Un jeu de batteries d'accumulateurs actuel coûte au moins le tiers du prix du véhicule.

Cette faiblesse de l'autonomie est un facteur limitant des ventes de voitures électriques. Il y a un autre plus difficile à combattre, c'est le prix de revient. Il découle d'un nombre important de composants et pièces détachées nécessaires au montage de ces voitures telles qu'elles sont conçues actuellement. Cette multitude de composants augmente le prix de revient de façon exponentielle : elle nécessite des investissements lourds en infrastructure de chaînes de fabrication, d'usinage et de montage. Par conséquent, l'assemblage de ces voitures demande plus de temps et de main-d'œuvre qualifiée par rapport à la conception défendue dans ce mémoire.

Sur le plan de l'utilisation, la maniabilité de ces engins reste élémentaire dans les encombrements urbains malheureusement de plus en plus fréquents et complexes. Les retards cumulés durant ces encombrements aggravent encore plus une consommation électrique qui réduit d'autant plus leur autonomie.

L'ensemble de ces arguments explique pourquoi les voitures électriques actuelles sont proposées à la vente à des prix élevés, explique aussi pourquoi elles se vendent si peu.

Le but de cette invention est de démontrer de nouvelles techniques dans la conception et la fabrication des voitures électriques de façon à remédier aux défauts que nous venons d'énumérer. Elle concerne une voiture électrique qui prétend avoir une autonomie et une maniabilité importantes, ainsi qu'un faible prix de revient.

Légende des différents composants décrits ci-dessous :

1 Habitacle sous forme cylindrique, 2 roue droite, 3 roue gauche, 4 armatures du cylindre, 5 anneau de soutien principal droit, 6 anneau de soutien principal gauche, 7 amortisseurs, 8 roues libres, 9 gorge centrale sur roue libre, 10 couronne dentée droite, 11 couronne dentée gauche, 12 pignon d'entraînement droit, 13 pignon d' entraînement gauche, \_ 14 support du moteur droit, 15 support du moteur gauche,

16 moteur électrique droit, 17 moteur électrique gauche, 18 jante droite, 19 jante gauche, 20 pneu droit, 21 pneu gauche, 22 réceptacle des châssis porte-x, 23 portière droite, 24 portière gauche, 25 film souple de cellules photovoltaïques, 26 plancher, 27 pédale de frein droit, 28 pédale de frein gauche, 29 siège, 30 conteneur de jeu de batteries et sa rampe de chargement, 31 coffre à bagages, 32 accoudoir -boîtier de commandes électriques droit, 33 accoudoir-boitier de commandes électriques gauche, 34 roue auxiliaire avant, 35 roue auxiliaire arrière, 36 pare-brise, 37 groupe électrogène.

L'idée maîtresse de cette invention est de créer un véhicule routier à propulsion électrique, éventuellement à propulsion hybride, léger et maniable dont l'habitacle 1 réduit à sa plus simple expression aura une forme cylindrique (dans sa variante principale) et sera logé à la fois dans et sur les roues 2 et 3. Pour répondre à cette contrainte, ses roues auront un diamètre interne légèrement supérieur à celui de l'habitacle 1 de telle manière qu'il puisse s'encastrer dans ses roues tel que représenté sur la figure A. Celle-ci représente une coupe transversale du véhicule faite sur le coté gauche. Dorénavant, on appelle coté droit, le coté du véhicule qui est à la droite du chauffeur lorsqu'il est assis sur son siège, et le coté gauche le coté du véhicule qui est à la gauche du chauffeur lorsqu'il est assis sur son siège.

Les roues 1 et 2 sont actionnées respectivement par deux moteurs électriques à courant continu 16 et 17, par le biais de pignons d'entraînement 12 et 13. Selon un autre mode de motorisation, les moteurs 16 et 17 sont contenus dans les roues 2 et 3.

Selon une forme de réalisation parmi d'autres, deux anneaux de soutien principal 5 et 6 sont agencés autour de l'habitacle 1 par l'intermédiaire d'amortisseurs 7 au niveau des armatures du plancher. Des oreillettes métalliques percées et soudées sur ces armatures et sur 5 et 6 sont les pièces pour fixer les amortisseurs entre le cylindre 1 et les anneaux de soutien 5-6.

Les couronnes (10 et 1 1) dentées sur leur périmètre interne tournent sur des roues libres 8, elles aussi dentées et fixées sur un support à réglages soudé sur les anneaux 5 et 6, à raison de

4 roues libres par anneau. Donc sur chaque anneau 5-6, on dispose de 4 supports à réglages qui accueillent 4 roues libres 8. Un minimum de trois roues libres peut convenir.

D'autre part, il faut souligner l'importance de l'existence d'une gorge centrale 9 (non schématisée) aménagée de part et d'autre des dents de chaque roue libre et destinée à guider les couronnes 10 et 11 et ainsi maintenir leur rotation sur un plan rectiligne vertical.

De façon avantageuse, la rotation de ces couronnes dentées 10-1 1 se fait pas l'intermédiaire respectivement des pignons d'entraînement 12 et 13, ayant bien entendu le même type de dents que celles des couronnes 10-1 1.

L'avantage de cette méthode de transmission de l'énergie entre le moteur et les roues, est qu'il n'y a pas de pièces intermédiaires tournant inutilement. D'où l'avantage d'un gain d'énergie considérable, gain de masse également.

Lorsque les moteurs sont alimentés, les pignons 12 et 13 tournent et entraînent les couronnes 10-1 1 , lesquelles par solidarité entraînent à leur tour les roues 1 et 2.

Grâce à ce procédé technique selon lequel les roues 1 et 2 de ce véhicule tournent sur des roues libres 8, qui sont en fait une interface entre un habitacle fixe et des roues tournantes, cette voiture électrique peut se déplacer sans que l'habitacle ne tourne avec les roues. Sauf en cas de freinage brusque, l'habitacle pourrait se retourner sous l'effet de son énergie cinétique, c'est pour cette raison qu'il est prévu d'installer une ou deux roues auxiliaires 34 à l'avant du véhicule.

Il est important de rappeler que les moteurs sont fixés sur des châssis 14 et 15, eux-mêmes fixés sur les anneaux 5-6. L'habitacle est simple à réaliser : sans entrer dans les détails, à l'aide d'une enrouleuse, faire 4 cercles de fer à U de façon à obtenir quatre anneaux 4 au diamètre souhaité de l'habitacle. (En général entre 120 cm et 160 cm selon la taille et la puissance du véhicule souhaitée). Ce sont ces anneaux qui vont jouer le rôle d'armatures du cylindre 1.

Deux autres anneaux plus rigides sont également confectionnés, ce sont les anneaux de soutien principal 5-6 qui porteront les moteurs 16 et 17 ainsi que tout ce qui concerne la transmission du mouvement de rotation de ceux-ci vers les roues. Ils sont de véritables structures portantes intermédiaires qui tiennent à la fois le cylindre-habitacle d'un coté et les roues de l'autre coté.

Espacer les anneaux 4 parallèlement de 40 cm de telle façon à obtenir un cylindre de 160 cm de longueur. Ensuite, il n'y a plus qu'à couvrir les anneaux de l'intérieur avec une tôle en la soudant sur ceux-ci. A l'avant du véhicule, prévoir une fenêtre vide de 75 cm de haut pour accueillir le pare-brise 36. Selon un mode de réalisation avantageux, pour améliorer la sécurité et le confort des passagers par rapport à l'état de l'art actuel, la tôle est recouverte de l'intérieur par une couche de polystyrène prise en sandwich par deux couches de résine polyester. D'autres matériaux et d'autres techniques sont envisageables pour améliorer l'isolation et le renforcement de l'habitacle.

Voici un autre avantage technique qui découle automatiquement de ce nouveau concept-car, c'est la sécurité des passagers : elle est augmentée au second degré grâce à la présence des roues et leur pneu qui encerclent l'habitacle 1 et constituent de cette façon de véritables airbags externes en cas d'accidents.

Une (ou 2) roue auxiliaire 34 (genre roue de scooter) est placée à l'avant du véhicule, fixée sur un châssis lui-même solidaire à l'habitacle pour l'empêcher de se retourner en cas de freinage brusque. Voici brièvement décrite une façon avantageuse de concevoir le réceptacle porte-x 22 d'un châssis supportant cette roue de telle sorte qu'il puisse être facilement démontable. Deux morceaux de tubes carrés disposés parallèlement avec un espace de 100 cm environ entre eux sont soudés juste sous le plancher 26 de telle façon que leurs extrémités restent ouvertes à l'avant et à l'arrière du véhicule, conformément à la Figure B. Ces extrémités sont destinées à être le réceptacle des deux extrémités du châssis qui portera la roue auxiliaire 34 à l'avant du véhicule, (ou du châssis porte-coffre à bagages à l'arrière), et auront des dimensions internes légèrement supérieures aux dimensions externes du châssis, de telle façon que ces extrémités pénètrent parfaitement les unes dans les autres. Des trous percés sur les morceaux de tube carré ainsi qu'un jeu de goupilles serviront à maintenir les châssis dans leur position, et à pouvoir les monter ou démonter d'une façon rapide et simple. L'accent est mis sur le caractère amovible de ces châssis puisse qu'ils ne sont mis en place qu'en cas de besoin, sauf le cas du châssis avant qui est fixé en permanence. Le réceptacle 22 a été nommé porte-x, x pouvant désigner soit le groupe électrogène 37, soit un climatiseur, soit un porte-bagages, soit une extension du volume de l'habitacle, soit le jeu de batteries, soit une partie ou l'ensemble de ces composants. ^ Par exemple, pour le châssis porte-bagages, il n'est placé que lorsqu'il faut transporter des bagages, sinon on le retire pour alléger au maximum le véhicule, partant du principe selon lequel il n'y a pas que le poids qui augmente la consommation, il y a aussi le volume. Un excès de volume de l'habitat d'un véhicule signifie une consommation d'énergie supplémentaire nécessaire au véhicule pour déplacer le volume d'air correspondant à l'excès du volume de l'habitat lors de son déplacement.

En règle générale, ce véhicule est essentiellement destiné à une utilisation à propulsion électrique. Sous certaines conditions particulières (trajets lointains par exemple), rien n'empêche le conducteur d'utiliser ce véhicule sous une propulsion hybride. Dans ce cas précisément, le conducteur fixe un groupe électrogène 37 sur le châssis avant qui supporte la roue auxiliaire 34. Lorsqu'il n'en a plus besoin (circuits urbains courts) il suffit de dévisser 4 boulons pour retirer le groupe 37. Quant au réceptacle porte-x arrière 22, il peut recevoir soit un châssis suspendu qui supporte un coffre à bagages, ( non mentionné sur les figures) soit carrément une extension de l'habitacle 1 de façon à pouvoir transporter plus de 3 passagers, plus un coffre à bagages volumineux 31, conformément à la figure C représentant une variante de cette invention. Dans ce cas, il est nécessaire de fixer une roue auxiliaire arrière 35 sous l'extension de l'habitacle 1.

On a mentionné le cas de trajets lointains, on peut aussi évoquer le cas de trajets durant les saisons froide ou chaude, dans ce cas, il est possible de placer un mini climatiseur soit sur le châssis de la roue 34 ou sur celui qui porte le coffre à bagages à l'arrière.

A la conception cylindrique de ce nouveau concept-car, vient s'ajouter une autre originalité, celle d'un véhicule en 'semi-kit' qu'on peut configurer selon le besoin de l'utilisateur, partant d'un principe fondamental qui régit cette invention : ne transporter ni masse, ni volume si ceux-ci ne sont pas utiles. Par exemple, on peut imaginer qu'un client célibataire achète un tel véhicule dans sa forme cylindrique simple, tandis qu'un père de famille achètera la formule totale c'est-à-dire le cylindre + porte-bagages + extension de l'habitacle pour pouvoir le mettre en place le week-end et ainsi promener ses enfants, alors que durant la semaine il se rend au travail avec la version simple du cylindre. Toutes ces opérations se feront dans de nouvelles stations services dotées de nombreuses fonctions, dont celle-ci. Les autres fonctions de ces stations services, ayant rapport avec la production d'électricité renouvelable, seront décrites dans les pages suivantes et représentent le second volet de cette invention.

A présent, voila notre habitacle 1 à l'état brut prêt à recevoir les anneaux 5 et 6 qui lui seront attachés par le biais des amortisseurs 7 qui seront fixés soit au niveau des armatures du planché comme représenté sur la Figure A, soit fixés au niveau des armatures 4 du cylindre, mode opératoire désigné par le mot sous-variante. L'avantage de cette sous-variante est qu'elle libère de l'espace sous le plancher 26. Pour cela, il faut prévoir un diamètre des anneaux 5-6 suffisamment dimensionné de façon à intercaler des amortisseurs entre le périmètre externe de l'habitacle et les anneaux 5 et 6, selon une disposition en étoile. En général, le nombre des amortisseurs 7 (identiques à ceux d'une moto grosse cylindrée) entre les anneaux 5-6 et l'habitacle est variable selon leur coefficient de raideur.

Les roues libres 8 qui consistent en deux roulements recouverts par une bague en acier qui supporte un pignon denté épaulé de chaque coté par une bague constituant ainsi une gorge de profondeur environ 15 mm et de largeur légèrement supérieure à l'épaisseur des couronnes 10-11 pour que le périmètre interne de celles-ci puisse coulisser sur les roues libres. La gorge 9 (non schématisée) sert de guide aux couronnes. Avec l'usage, l'engrenage qui se trouve au fond de la gorge va s'user, c'est pour cette raison qu'il est prévu sur chaque support de roue libre un réglage (fentes latérales) destiné à faire coulisser les roues 8 de telle manière qu'elles restent toujours en contact avec la couronne dentée.

Les couronnes 10-1 1 ont un second rôle est d'être un disque de freinage pour chaque roue. En effet, il est prévu un jeu de plaquettes à freins disposées de part et d'autre de ces couronnes dentées pour que celles-ci s'arrêtent de tourner lorsque le conducteur appuie sur les pédales de freins 27 ou 28.

Selon la conception préconisée, chaque couronne 10-1 1 joue 3 rôles : disque de frein, engrenage d'entraînement des roues et support des roues. Un composant, trois fonctions voila un mode opératoire qui prouve la réussite dans la recherche permanente de la légèreté et de l'économie de matériaux et de composants qui veille à l'élaboration de cette invention.

Les 2 couronnes 10-1 1 sont des pièces maîtresses dans la conception de ce véhicule. Une attention toute particulière leur ait accordée lors de leur confection par découpe au laser. Non seulement une rotondité parfaite de leur périmètre externe est nécessaire, mais il faut prévoir la découpe des dents sur leur périmètre interne ainsi que les 8 trous destinés à solidariser celles-ci avec les jantes 18 et 19 dans lesquelles des trous ayant les mêmes cotes ont aussi été aménagés pour serrer les goujons.

Les pignons d'entraînement 12 et 13 qui sont fixés sur les arbres des moteurs 16 et 17 seront également découpés sur la même tôle que celle des couronnes. Généralement leur diamètre sera de 1/5 ème de celui des couronnes 10-1 1. Autrement dit, la vitesse des moteurs 16 et 17 sera réduite 5 fois avant d'arriver aux roues 2 et 3.

Selon cette forme de réalisation préférée, le fait de diminuer cinq fois l'effort que doivent fournir les moteurs représente pratiquement autant de fois que doit être diminuée la puissance nécessaire pour faire tourner les roues. (Cf. principe du treuil manuel). En vitesse de croisière, celles-ci tournerons cinq fois moins vite que la vitesse de rotation du moteur (25 tr/s), c'est-à-dire 5 tr/s. Cela est suffisant ~ vu le diamètre, donc le développé des roues qui est de 5,5 mètres— pour que le véhicule atteigne la vitesse de 100 km/heure.

D'autre part, cette conception de la transmission directe de puissance du moteur à la roue diminue l'appétit électrique de ce véhicule en limitant la puissance des moteurs strictement au travail à fournir. La motorisation selon laquelle le moteur est contenu dans la roue a un rendement encore meilleur puisse que les pignons dentés 12 et 13 ne seront plus nécessaires.

Deux techniques sont prévues concernant la motorisation. Soit utiliser des moteurs électriques classiques à courant continu disponibles dans le commerce, soit confectionner au cœur de la roue un nouveau moteur électrique. Selon ce mode opératoire, le stator du moteur sera agencé directement sur les anneaux 5 et 6, alors que le rotor sera fixé sur les couronnes 10 ou 1 1 qui n'auront plus besoin d'engrenage. En fait, cette dernière solution est optimale parce qu'on gagne sur trois plans : celui de la légèreté, celui de la facilité de montage et gains d'espace et de matériaux. Donc à grande échelle de fabrication, c'est la technique qui sera préférée. Sur ce descriptif, on ne parlera ici que de moteurs classiques disponibles dans le commerce.

Pour chaque moteur, un support 14 ou 15 (avec réglage) sera confectionné et soudé sur chaque anneau de soutien principal 5-6 de telle façon que les dents du pignon d'entraînement 12 ou 13 viennent s'emboîter directement sur les dents de la couronne dentée 10 ou 1 1.

Revenons à l'intérieur de l'habitacle 1. Le plancher 26 est fixé à une hauteur d'environ 30 cm du fond du cylindre. Sous celui-ci se trouve le conteneur de jeu de batteries 30. Il est équipé de rails qui se poursuivent sur la rampe de chargement rabattable vers P arrière, jouant également le rôle de portière de ce conteneur. Le jeu de batteries est assemblé dans un cadre en aluminium muni de roulettes. Celui-ci va coulisser sur les rails placés dans le conteneur 30 à l'arrière du véhicule de façon à rendre l'exécution du changement de jeux de batteries rapide et sans trop d'efforts physiques. Selon une autre version, le jeu de batteries est placé sur un châssis porte-x, ce qui a pour conséquences une simplification extrême du changement de celui-ci (pour le conducteur pressé), ainsi que la libération de l'espace dans l'habitacle.

Une application pratique de cette invention pourrait être les taxis. Pour ceux-ci, il est facile d'imaginer deux jeux de batteries pour chaque véhicule, lorsque l'un travaille, l'autre est en charge. Le changement de jeux de batteries peut se faire soit par le conducteur lui-même, soit dans un des ateliers de la nouvelle génération de stations services.

Ce véhicule est caractérisé par l'inexistence de volant, le changement de direction étant assuré de deux manières : soit par l'usage singulier des pédales des freins 27 et 28, soit par l'inversement des moteurs 16 ou 17 en génératrices. Par exemple, si le conducteur veut tourner à droite, il appuie sur le bouton d'arrêt à portée de sa main droite qui transforme automatiquement le moteur 16 en génératrice. Ceci a pour effet de diminuer la vitesse de rotation du moteur droit par rapport au moteur gauche, par conséquent le véhicule va se déporter vers la droite. Et inversement si le conducteur veut tourner à gauche. Le véhicule change de direction parce que les forces mécaniques apposées sur les roues ne sont plus symétriques, l'une ralentie parce qu'elle fournit un Travail. Du coup l'autre tourne plus vite, et c'est tout le véhicule qui vire soit à droite, soit à gauche.

Selon une conception préférable, la position du conducteur sera au centre de l'habitacle de façon à ne pas être gêné visuellement par la position des roues 2 et 3. A portée des mains du conducteur deux accoudoirs encastrables 32 et 33 jouent également le rôle de tableau de commandes de ce véhicule : l'accoudoir 32 contient le bouton droit de démarrage et d'arrêt du moteur droit 16, c'est aussi le bouton qui le transforme en génératrice de CC, un bouton de variateur de vitesse qui commande les deux moteurs simultanément (joue le rôle d'accélérateur), un bouton de commande d'essuie-glace..., tandis que le 33 contient le bouton de démarrage et d'arrêt du moteur gauche 17, un bouton de signal orange de changement de directions, celui des feux de positions,....Etc.

Pour plus de clarté, les portières 23 et 24 ne sont pas schématisées. Trois options s'offrent au fabricant quant au mode de fonctionnement de celles-ci : elles peuvent s'ouvrir soit vers l'avant (mode classique), soit vers le haut, soit coulissantes vers l'arrière.

Sur le plancher 26, il n'y a que 2 pédales de freins 27 et 28. En fait, pour le chauffeur expérimenté, il aura rarement l'occasion d'utiliser ces pédales, sauf en cas d'urgence. Le frein moteur— ou plutôt le frein génératrice ~ sera préféré pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule et ainsi recharger ses batteries. C'est une technique qui existe déjà sur certains véhicules électriques actuels, ce qui n'enlève rien au caractère ingénieux de celle-ci.

Par contre, ce qui n'existe pas encore, c'est cette conception selon laquelle, qu'à chaque fois que le véhicule change de direction, il charge un peu ses batteries grâce à la récupération d'une fraction de l'énergie cinétique de celui-ci. Cet avantage technique ne manquera pas de rallonger l'autonomie journalière de cette voiture. Ê> L'architecture de ce véhicule selon laquelle il est contenu dans ses 2 roues, lui confère une maniabilité d'un niveau jusque là inégalé. Il pourrait même être considéré comme étant un peu trop agile. Pour cette raison la roue 34 placée à l'avant n'est pas pivotante pour stabiliser et empêcher le véhicule de virer subitement à droite ou à gauche.

Selon cette forme de _. réalisation prometteuse, le véhicule à l'arrêt peut déjà tourner sur lui- même, manipulation impossible à réaliser avec les voitures électriques actuelles. A lui seul, cet avantage technique permet d'imaginer avec quelle facilité il sera désormais possible de stationner : quelques secondes suffisent à ce véhicule pour faire demi-tour ou pour stationner.

Cette architecture cylindrique le dispense également de nombreux équipements : pas besoin de volant, ni d'un mécanisme de direction hydraulique, ni de boite à vitesses, ni d'embrayage, ni de cardans, ni de différentiel, ni de moyeux etc. Rien de tout cela, et de bien d'autres composants qu'il est inutile de s'attarder à énumérer ici.

D'autre part, vu l'encombrement réduit de ce véhicule, sur une surface de parking donnée il est désormais possible de faire stationner deux fois plus de véhicules tels que décrits dans cette invention que les voitures électriques telles qu'elles sont conçues actuellement, ayant toutes un volume habitable identique.

Concernant le mode de conduite, la facilité de conduite est bien perceptible puisse que les mains et les pieds du conducteur sont peu sollicités, à tel point qu'avec une seule main (joystick) il est possible de maîtriser totalement la conduite de ce véhicule, à condition de situer tous les boutons de commandes sur un seul coté. Ce mode opératoire est parfaitement bien indiqué pour les personnes qui présentent un handicap moteur. D'ailleurs une version spéciale de ce véhicule pour handicapés est imaginée, conçue et planifiée, celle-ci permet à la personne handicapée de monter dans ce véhicule sans avoir à quitter son fauteuil roulant, et à redescendre tout en y restant.

Techniquement, il suffit de baisser la garde au sol du véhicule (pas plus de 15 cm de hauteur du plancher 26 au sol), pour cela déporter le compartiment 30 vers le coté droit du véhicule. Ensuite prévoir une rampe de chargement encastrable (manuelle ou électrique) sur le coté gauche du véhicule, juste sous le plancher 26. Avec un tel véhicule, l'handicapé bénéficie d'une indépendance et d'une liberté totales : de chez lui, il peut aller ou il veut et y revenir seul.

Un véhicule à propulsion électrique doit être le plus léger possible. Pour cette raison le choix sera naturellement porté sur des matériaux modernes tels que l'aluminium, ou la fibre carbone en fonction du porte-monnaie du client. L'important est de souligner ici que quelque soit le matériau choisi, considérant le design cylindrique appliqué à l'habitacle 1, il n'en sera consommé qu'une quantité minime par rapport à celle qu'on pourrait utiliser pour faire le châssis et la carrosserie d'une voiture électrique actuelle ayant le même volume intérieur.

Selon cette forme de réalisation préconisée, il est légitime d'affirmer que la forme cylindrique de l'habitacle 1 telle que décrite dans ce descriptif est celle qui utilise le nrinimum de matières 1ères pour obtenir le maximum de volume tout en donnant à ce volume le maximum de résistance mécanique possible. (Pour mieux comprendre cette dernière affirmation, se reporter aux études concernant la résistance d'un réservoir d'eau qui a une forme cylindrique par rapport à un autre qui a une forme carrée ou rectangle). ^¾ A travers ce nouveau concept-car l'auteur revendique une nouvelle façon pour fabriquer des véhicules électriques propres qui respectent l'environnement avant, pendant et après leur durée de vie:

Avant : en puisant un minimum de matières 1ères dans les ressources naturelles, donc préservation de celles-ci ce qui a aussi pour conséquence une faible consommation d'énergie fossile pour extraire et transformer ces matières leres.

Pendant : ces véhicules étant légers, ils consomment peu d'électricité qu'elle soit d'origine fossile ou d'origine renouvelable, quelque soit le cas, ils polluent infiniment moins qu'une voiture classique

Après : la simplicité extrême de ce concept-car telle que démontrée au fil des pages précédentes permet de construire un véhicule électrique avec un minimum de composants, simples à fabriquer, mais aussi simples à recycler. C'est une autre forme de respect à l'environnement et aux générations futures : Aussi, même après avoir cessé de fonctionner, ce véhicule continuera à respecter l'environnement car il est simple à recycler, il est aussi 100% recyclable.

Lorsqu'il s'agira de produire cet engin à grande échelle, le mode opératoire de fabrication est différent par rapport à celui que nous avons décrit ci-dessus. Concernant l'habitacle par exemple, il sortira directement moulé avec un des matériaux cités précédemment. Selon un modèle de variante préféré et qui semble bien intéressant, la surface externe du cylindre sort du moule sous une forme ondulée pour bénéficier de deux avantages importants : d'abord augmenter la résistance de la paroi du cylindrel (Cf. tôle ondulée des toits), ensuite augmenter la surface susceptible de recevoir des cellules photovoltaïques souples.

Ce nouveau concept-car se prête à une intensification de la production à la chaîne : il y a peu de composants et la plupart sont produits à grande échelle par la technique de moulage. On aurait donc des usines essentiellement de moulages, puis assemblage. Peu de pièces sont produites par usinage. Dans cette perspective, la cadence de production d'une usine telle qu'imaginée par l'auteur pourrait se chiffrer en plusieurs dizaines de véhicules par minute alors que jusqu'à présent la production est évaluée à quelques dizaines par heure sur les meilleures chaînes de montage actuelles.

Calcul des puissances :

Pour mieux chiffrer les avantages techniques qui découlent de cette invention, on se basera sur quelques données du prototype fabriqué par l'auteur avec un diamètre interne de l'habitacle de 120 cm et une longueur de 160 cm, ce qui nous donne un volume interne habitable de 1.8 m ³ pour une masse de 154 kg, hors jeu de batteries. (Fabriqué pourtant avec du métal ferreux). Une voiture électrique actuelle de même volume pèserait au moins le double de cette masse. Evaluons sa masse totale roulante. A la masse à vide, il faut ajouter en moyenne 170 kg de batteries (les batteries pèsent plus lourd que le poids à vide). A cela il faut ajouter la masse moyenne d'un passager soit 80 kg. Pour ce véhicule, on obtient un poids total en marche de 404 kg. C'est sur cette masse qu'on se basera pour le calcul des puissances nécessaires pour déplacer ce véhicule à différentes vitesses, 20, 40, 60 et 100 km/heure.

La puissance de n'importe quel véhicule automobile, autrement dit sa consommation énergétique dépend principalement de 2 facteurs : la traînée Cx, résistance de l'air au déplacement et k qui est la résistance au roulement, c'est-à-dire en particulier les forces de frottements des roues sur la chaussée, celles-ci dépendant de la masse totale du véhicule.

> Selon les diverses explications faites ci-dessus, ces deux notions sont nettement améliorées dans le cadre de cette invention : la forme arrondie de l'habitacle 1 représente une architecture aérodynamique par excellence, particulièrement le cas de la variante schématisée sur la Fig. C, véhicule ayant un profil similaire à celui d'une aile d'avion, donc susceptible de bénéficier d'un effet de portance, donc d'un effet d'allégement de la masse. De même pour k, le coefficient qui indique la résistance au roulement des roues : 2 roues représentent moins de résistance au roulement que les 3 ou 4 roues employées dans l'état de l'art actuel, d'autant plus qu'elles n'ont pas besoin de tourner aussi vite que les roues des voitures actuelles pour que le véhicule roule à la vitesse souhaitée.

A titre d'exemple, pour une vitesse de 100 km/h, la roue de ce véhicule tourne à 5 tours/s pour un développé de 5,5 m, alors que pour une roue de voiture classique celle-ci tourne à 12,6 tours/s pour un développé de 2,2 mètres.

La puissance nécessaire à l'avancement sur sol plat à vitesse constante est directement proportionnelle à la masse et à l'aérodynamique du véhicule selon la formule :

P = Ps + Pa (le résultat exprimé en Watt)

Ps est la puissance nécessaire pour vaincre la résistance au roulement, en rapport direct avec la masse. Ps = m.g.k.v

m = masse du véhicule en Kg g = gravité 9.81 m/s2 k = coefficient de résistance au roulement (frottement du pneu sur la route). v = vitesse en m/s

Cette valeur k dépend du revêtement de la chaussée, de la vitesse de rotation et de la largeur du pneu, de la composition du caoutchouc, de sa pression de gonflage etc. k dépend étroitement de la masse.

Pour notre exemple, nous prendront une valeur moyenne de 0,013. Généralement les constructeurs adoptent une valeur de 0,012.

Pa est la puissance nécessaire pour vaincre la résistance aérodynamique de l'air au déplacement. Pa =l/2.p.S.Cx.v ³

p = masse volumique de l'air, à 20° elle est de 1,204 kg/m3

SCx = rapport entre la surface frontale d'un véhicule (S= longueur X hauteur du véhicule) et sa résistance à l'écoulement de l'air (Cx). Prenons une valeur moyenne de 0.6583 obtenue de la façon suivante :

Surface frontale de notre prototype : S = 1.6 m X 1.4 m = 2.24 m2

Le coefficient de traînée qui va être adopté est de 0,27. Les meilleurs sont de l'ordre de 0,17. {exemple : Daihatsu UFE 3 avec un Cx de 0, 17)

On obtient SCx = 2.44 X 0.27 = 0.6583

Démonstration des faibles puissances nécessaires pour déplacer ce véhicule électrique à divers niveaux de vitesses :

Nous allons prendre comme exemple ce véhicule de masse 400 kg qui a un SCx de 0,6583 Roulant à 20 km/h soit 5.5 m/s.

P= Ps +Pa = (m.g.kv) + A.p.S.Cx.y ³ )

P = (400 x 9,81 0,013 x 5.55) + (0,5x 1,204 x 0,6583 x 5.55 ³ ) P = 283 + 67.8 P = 350.8 Watts

Pour plus de précision il faut diviser ce chiffre par un coefficient de 0.9 pour tenir compte de la perte de rendement des moteurs électriques.

Soit P = 350,8/0,9 = 390 Watts

C'est donc la puissance totale nécessaire à notre véhicule de 400 kg pour se déplacer à une vitesse maximale de 20 km/h. Chaque moteur doit avoir une puissance de :390/2 = 195 Watts

Roulant à 40 Km/h soit 11,11 m/s

P = (400x9,81 x0,013 x 1 1.1 1) + (0,5x 1,204 x 0,6583 x 1 1. I l ³ )

P= 566.8 + 543.5 P= 1110 Watts

/0.9 = 1233 W d'où Puissance par moteur : 1233/2 = 616 W

Remarque : Lorsque la vitesse double, la puissance nécessaire représente plus du triple.

Roulant à 60 Km h soit 16,66 m/s :

P = (400x9,81 x0,013 x 16.66) + (0,5x 1 ,204 x 0,6583 x 16.66 ³ )

= 850.2 + 1832.5 = 2682.7 W

P/0.9 = 2980 W Puissance / moteur = 2980/2 = 1490 Watts

Roulant à 100 Km/h soit 27,27 m/s :

P = (400x9,81 x0,013 x 27.77) + (0,5x 1 ,204 x 0,6583 x 27.77 ³ )

= 1417 + 8486.8 = 9903.8 Watts

/0.9 = 11000W = 11 Kw donc Puissance/ Moteur = 11000/2 = _^ 5500 W = 5.5 Kw

Remarque:

On constate qu'en passant de 20 à 60 km/heure, la puissance nécessaire pour vaincre la résistance au roulement augmente 3 fois (850/283) et celle pour vaincre la traînée aérodynamique augmente 27 fois (1832/68). Alors que lorsqu'on passe de 20 à 100 km/h, la puissance nécessaire pour vaincre la résistance au roulement augmente 5 fois (1417/282), et celle pour vaincre la traînée aérodynamique augmente 125 fois (8487/68). C'est dire l'importance de aérodynamisme dans la conception des voitures électriques.

Calcul de l'autonomie A permise par un plein électrique :

A = Y7P x (W x 0.9) en km

Ou V est la vitesse en Km/h P la puissance en KW W la quantité d'énergie stockée dans le jeu de batteries en KWh. Cette dernière est calculée en fonction de la capacité du jeu de batteries et leur tension en Volts d'après la formule W= Ca x U Données arbitraires : Ca = 1000 Ah et U = 24 V (10 batteries de 200 Ah chacune, 12 V) Elles sont branchées en deux séries de 2x5 batteries pour avoir la tension souhaitée de 24 V. 5 200 Ah = 1000 Ah

On obtient W = 24 000 Wh = 24 Kwh

Calcul de autonomie A pour V= 40 km/h et P= 1 ,24 Kw

A = (40/1.24) x 24 x 0,9 = 32.25 x 24 x 0.9 = 696 km

Calcul de Γ autonomie pour V= 60 km h et P = 3 Kw

A = (60/3) X 24 X 0.9 = 432 Km Calcul de autonomie pour V= 100 km/h et P = 11 Kw

A = (100/11) X 24 X 0.9 = 196 Km

Ces chiffres seront nettement améliorés selon les techniques qui consistent à : 17 couvrir la surface externe de l'habitacle par un film souple de cellules photovoltaïques25, qu'il soit stationné ou en mouvement, le véhicule auto-charge ses batteries avec une puissance photovoltaïque importante eu égard à l'importance de sa surface extérieure, notamment si celle-ci est de forme ondulée. 2°/ récupérer l'énergie cinétique du véhicule lors des freinages et des changements de direction.

Selon une forme de réalisation différente par rapport à ce qui a été démontré jusqu'à présent et conformément aux dessins de la Figure D, il s'agit d'une application pratique de cette invention destinée au transport de marchandises : chaque véhicule est assimilé au wagon d'un train, placés les uns derrière les autres, ceux-ci sont électriquement reliés entre eux, et seul celui de l'avant contient un chauffeur. Chaque commande électrique de ce dernier est transmise à l'identique aux wagons qui suivent. Un des principaux avantages de ce mode opératoire, est qu'il est économique sur le plan de la consommation électrique : la résistance de l'air à peu d'emprise sur les véhicules qui suivent le premier. Dans ce cas de figure, l'habitacle 1 n'est plus cylindrique, mais plutôt paralepipèdique ou cubique pour ne pas avoir d'espace mort lors du chargement de la marchandise. Par rapport aux camions actuels, l'un des avantages est qu'il suffit d'un seul chauffeur pour conduire plusieurs camions en même temps. L'autre atout de ce véhicule est qu'il possède un angle de braquage faible donc peut se faufiler dans des rues étroites. Entre deux véhicules, un train de tiges articulé permet cette performance d'avoir un rayon de courbure faible. A titre d'exemple, un seul wagon peut contenir 30 m ³ (2 x 5 x 3 mètres, lxLxH ) soit le chargement d'un camion semi-remorque actuel. Une autre application bien prometteuse est celle de la collecte des ordures ménagères, chaque wagon étant destiné à un type de déchet. La mécanisation des chargements et déchargements pourrait se faire avec un seul opérateur.

Pour revenir à l'objet principal de cette invention, celle-ci ne sera vraiment parfaite que si son utilisateur charge les batteries de son véhicule avec une électricité dont la provenance est 100% renouvelable, c'est-à-dire principalement d'origine solaire et/ou éolienne, éventuellement d'origines marémotrice et/ou hydrolienne, selon les énergies disponibles dans l'endroit destiné à accueillir une telle station (biomasse, géomermie....etc). Pour cette raison, la création de stations services d'un nouveau genre, destinées à la production et distribution de courant électrique d'origine renouvelable, est le second volet de cette invention.

Légende de la Figure E :

1 rez-de-chaussée de la tour, 2 rotor, 3 nacelle, 4 rails de pivotement, 5 roues de pivotement, 6 porte d'entrée de l'immeuble, 7 fenêtre d'un étage, 8 gouvernail, 9 axe de pivotement.

Bien entendu, les voitures électriques objet de cette invention sont chargées la nuit chez soi, mais lorsque l'usager voyage ou se déplace beaucoup, il est obligé de recharger ses batteries pendant la journée. Dans ce cas, lorsqu'il arrive à la station, le courant peut-être soit injecté directement dans son jeu de batteries, ce qui prend environ ½ heure, soit acheté déjà stocké dans un jeu de batteries, dans ce cas l'usager échange son jeu vide par un autre chargé, cette dernière option permet de faire le plein rapidement pour l'usager pressé de partir. De façon avantageuse, ces stations services verront le jour autour des agglomérations et sur les bords, des routes nationales et autoroutes, là où des énergies renouvelables sont disponibles. Elles pourraient avoir la forme d'aire de repos ou de nombreux autres services sont proposés : cafétéria, parcs de j eux, restaurants, hôtels ... etc .

Techniquement, elles consistent à mettre en place des parcs solaires et/ou des aérogénérateurs destinés principalement à recharger un nombre importants de jeux de batteries d'accumulateurs. Au cas où des excédents d'électricité sont produits, ils sont vendus à l'opérateur national qui est dans l'obligation de les acheter selon les nouvelles lois adoptées dans de nombreux pays.

Dans la forme de réalisation préférée, les bâtiments abritant les services de ces stations sont orientés vers le Sud et leurs toits sont complètement couverts par des panneaux PV. Parmi ces services, citons la recharge des jeux batteries, le montage ou démontage des châssis porte-x, le lavage, l'entretien etc. Ces bâtiments peuvent également abriter des hôtels écologiques, parcs de jeux, restaurants.... etc. Nous avons ici un toit pour deux fonctions : toit proprement dit et support de panneaux solaires.

Conformément aux dessins de la Figure E, dans les régions ventées les pylônes supportant les rotors auront des formes de tours circulaires en béton, légèrement coniques, au-dessus desquelles seront implantés les rotors 2 des aérogénérateurs. Celles-ci hautes de plusieurs dizaines d'étages pourraient abriter des bureaux, administrations, écoles,....etc. Comme pour les bâtiments aux toits solaires, cette façon de procéder permet de réduire le montant des investissements, de telle sorte qu'une seule infrastructure ait deux fonctions : une tour = un immeuble + un pylône.

Sur le toit de cette tour 1, deux cercles concentriques de rails 4 permettent à l'ensemble Rotor 2+ nacelle 3 + gouvernail 8 de pivoter en fonction de la direction du vent. Ce pivotement se fait autour d'un axe central creux 9 qui permet aussi l'évacuation de l'électricité par le biais de câbles qui descendent vers le bas de l'immeuble. Sans entrer dans le détail des mesures sécuritaires, le gouvernail 8 a cette capacité technique de pivoter autour d'un axe de façon à mettre en drapeau le rotor et ainsi réguler sa vitesse de rotation, voire même complètement l'arrêter en cas de vents forts.

Plus ces stations services seront nombreuses, plus le consommateur sera tenté par l'achat d'une voiture électrique, puisse que l'autonomie de celle-ci ne sera plus obligée d'être importante comme c'est le cas aujourd'hui.