A découvrir... la nouvelle TOYOTA Mirai à pile à combustible (hydrogène), déjà commercialisée

• Deuxième génération de berline électrique à pile à combustible zéro émission : la révolution de Toyota
  
• Une nouvelle Mirai construite sur la plateforme modulaire GA-L de Toyota qui permet d'optimiser l'aménagement des systèmes et offre désormais cinq sièges au sein d'un habitacle plus spacieux
• La nouvelle plateforme accueille un réservoir à hydrogène supplémentaire (troisième) qui contribue à accroître de 30 % l'autonomie de ce modèle et d'atteindre près de 650 km
• Une Mirai à l'attrait émotionnel particulièrement soigné au travers d'une esthétique et d'un plaisir de conduire améliorés, associés à de grandes qualités écologiques
• Un système de pile à combustible entièrement revisité et une réduction significative des dimensions et du poids des principaux composants
• L'installation d'une nouvelle motorisation électrique à pile à combustible sur la plateforme de véhicule GA-L permet d'atteindre l'équilibre idéal de 50:50 pour le châssis
• Toyota ambitionne de multiplier par dix les ventes de Mirai à l'échelle mondiale

Toyota a débuté le développement d'un véhicule électrique à pile à hydrogène en 1992, en introduisant avec succès la berline Mirai sur les marchés mondiaux en 2014. Cette authentique révolution a tiré parti de l'expertise de calibre mondial de la société en matière de technologie hybride, celle-là même que l'on retrouve au cœur d'un vaste éventail de motorisations destinées aux véhicules électriques.

Le concept de base de l'énergie hybride a été brillamment adapté afin de produire des véhicules hybrides électriques (HEV), des véhicules hybrides rechargeables (PHEV), des véhicules électriques à batterie (BEV) et, avec en tête la Mirai, des véhicules électriques à pile à combustible (FCEV). Chacun possède des qualités adaptées à différents besoins en termes de mobilité : par exemple, les véhicules électriques à batterie conviennent aux trajets domicile-travail plus courts et à la conduite en ville, les modèles hybrides électriques et hybrides rechargeables s'adaptent aux principaux déplacements privés et aux plus longues distances, tandis que les véhicules électriques à pile à combustible sont destinés aux plus grands modèles de voitures particulières, aux utilitaires lourds et aux transports publics.

Un pouvoir de séduction chargé d'émotions

L'un des principaux objectifs de la conception de la nouvelle Mirai était de lui conférer un attrait émotionnel plus marqué et d'en faire une voiture que les clients apprécieraient tout autant pour son esthétique et sa conduite que pour ses qualités écologiques. La nouvelle plateforme GA-L et les avancées réalisées par Toyota en matière de technologies FCEV ont permis à la société de concrétiser cette ambition.

Plateforme GA-L

Avec l'adoption de la plateforme GA-L, il a été possible de réaménager les composants de la pile à combustible et de la transmission et d'exploiter l'espace avec davantage d'efficacité. Le résultat ? Un habitacle à cinq sièges plus spacieux et un équilibre optimal au niveau du châssis. Peut-être plus important encore, cette plateforme permet d'installer trois réservoirs à hydrogène haute-pression et d'accroître ainsi la capacité du carburant et l'autonomie du véhicule de 30 %.

Nouvelle pile à combustible

La nouvelle pile à combustible et le convertisseur d'énergie (FCPC) ont été spécifiquement conçus pour être utilisés avec la plateforme GA-L. Les designers ont été en mesure de rassembler tous les éléments au sein du châssis de la pile (y compris les pompes à eau, l'échangeur, la climatisation et les compresseurs, ainsi que la pompe de recirculation d'hydrogène), le volume et le poids de chaque pièce ayant été réduits, tandis que la performance de l'ensemble a été améliorée. Le carter de la pile se fait lui-même plus compact grâce à la technologie de soudage par friction qui permet de réduire l'espace entre la pile et son boîtier.

Comme celle de la Mirai actuelle, la pile à combustible emploie un polymère solide, mais sa taille a été réduite, tout comme le nombre de ses cellules (330 au lieu de 370). Néanmoins, elle parvient à établir un nouveau record en termes de densité de puissance spécifique, avec 5,4 kW/l (plaques terminales exclues). La puissance maximale progresse ainsi de 114 kW à 128 kW. La performance par temps froid s'améliore également, avec un démarrage désormais possible à une température de jusqu'à -30˚.

En regroupant les connexions du système au sein du carter, il est possible de recourir à un nombre moins élevé de composants et, là encore, d'économiser de l'espace tout en limitant le poids de l'ensemble.

L'attention accordée à l'innovation et à l'amélioration de chacun des composants a permis d'obtenir une réduction du poids de 50 %, tout en augmentant la puissance de 12 %. Les nouvelles mesures mises en œuvre incluent le repositionnement du collecteur, qui permet de réduire la taille et le poids de la cellule, l'optimisation de la forme du séparateur de gaz et l'utilisation de matériaux novateurs au niveau des électrodes.

Même si l'unité intègre également un nouveau convertisseur CC-CC de pile à combustible (FDC) et des pièces haute tension modulaires, sa taille est en réalité réduite de 21 % par rapport au système actuel. Le poids baisse quant à lui de 2,9 kg, pour atteindre 25,5 kg. Des technologies avancées contribuent également aux économies d'espace, avec notamment l'utilisation pour la première fois par Toyota d'un matériau semi-conducteur en carbure de silicium de nouvelle génération au sein des transistors du module de puissance intelligent (IPM) La puissance s'en trouve augmentée, la consommation d'énergie est réduite, tandis que le recours à un nombre moins élevé de transistors permet de rendre le FCPC encore plus compact.

Cette même approche visant à réduire la taille et le poids des composants a été appliquée à d'autres éléments de la pile à combustible. L'admission d'air est conçue pour réduire les pertes de charge et adopte un matériau insonorisant qui rend le bruit généré par les entrées d'air indétectable au sein de l'habitacle. L'échappement, pour lequel un tuyau en résine est utilisé, est conçu pour évacuer une plus grande quantité d'air et d'eau ; un silencieux de plus grande capacité contribue quant à lui à préserver le calme au sein de l'habitacle. La taille du système d'air complet a été diminuée de près de 30 % par rapport à la Mirai actuelle, tandis que son poids a été réduit de plus d'un tiers (34,4 %).

Batterie lithium-ion

La nouvelle Mirai embarque une batterie haute tension lithium-ion en lieu et place de l'unité hybride nickel-métal du modèle actuel. Tout en étant plus compacte, elle présente une densité énergétique supérieure et offre une puissance accrue et de meilleures performances environnementales. Dotée de 84 cellules, elle affiche une tension nominale de 310,8 et une capacité de 6,5 Ah, contre 244,8 et 4,0 Ah, respectivement, pour le modèle précédent Le poids total s'abaisse pour passer de 46,9 à 44,6 kg. La puissance s'améliore quant à elle, passant de 25,5 kW x 10 secondes à 31,5 kW x 10 secondes.

Les dimensions plus compactes de la batterie permettent de la positionner derrière les sièges arrière, ce qui évite toute intrusion dans l'espace de chargement. Un circuit de refroidissement de l'air optimisé a été spécifiquement conçu pour ce modèle. Il intègre de discrètes entrées d'air de chaque côté des sièges arrière.

Performance dynamique

Grâce à l'adoption de la plateforme GA-L, la nouvelle Mirai bénéficie des avantages majeurs que lui confèrent un centre de gravité abaissé, des capacités d'inertie améliorées et une rigidité de carrosserie accrue, qui tous contribuent à ses performances dynamiques supérieures.

En déplaçant la pile à combustible du dessous du plancher du véhicule au compartiment avant et en positionnant la batterie et le moteur électrique à l'arrière, il est possible d'obtenir une répartition du poids à 50:50 entre l'avant et l'arrière et, dès lors, de donner à ce modèle la stabilité fondamentale d'une voiture avec moteur à l'avant.

La rigidité de la caisse a été renforcée au moyen de renforts ajoutés dans des zones stratégiques, de l'emploi d'une plus grande quantité de colle pour la carrosserie et du recours à la technologie de soudure au laser.

La nouvelle plateforme accueille également une nouvelle suspension avant et arrière multibras, au lieu de l'ancienne configuration jambe de force MacPherson à l'avant et poutre de torsion à l'arrière. Cette configuration assure un niveau élevé de stabilité, de maniabilité et de confort de conduite. Des barres stabilisatrices plus épaisses, un positionnement optimal des rotules supérieures et inférieures et la rigidité élevée de l'ensemble de la suspension renforcent encore la réactivité et la stabilité de ce modèle.

Des roues et des pneumatiques plus larges apportent eux aussi d'autres avantages à la nouvelle Mirai. Les roues de 19 et 20 pouces sont équipées de pneumatiques 235/55 R19 et 245/45 R20, respectivement. Ils offrent une faible résistance au roulement et un fonctionnement silencieux, contribuent à l'efficacité énergétique, à la maniabilité et à la stabilité du véhicule et préservent le calme au sein de l'habitacle. L'utilisation de roues et de pneumatiques de plus grand diamètre contribue également à préserver l'espace requis pour accueillir les trois nouveaux réservoirs à hydrogène.

Les caractéristiques aérodynamiques renforcées de cette voiture, notamment sa ligne de toit abaissée, son carénage complet et son coefficient de pénétration dans l'air réduit, jouent également leur rôle pour accroître les qualités de ce modèle en termes de maniabilité et de stabilité, et lui conférer une autonomie étendue.
La nouvelle Mirai profite aussi de caractéristiques de conduite améliorées. Le supplément de puissance assuré par la nouvelle pile à combustible et la batterie est idéalement exploité pour offrir un démarrage doux et linéaire, tandis que l'accélérateur répond avec une grande précision aux interventions du conducteur. La conduite sur autoroute se fait relaxante et la réactivité demeure excellente, quelle que soit la vitesse du véhicule. Lors de la conduite sur des routes sinueuses, la nouvelle Mirai ne manque pas d'offrir une puissante accélération en sortie de virage.

Purifiez l'air en conduisant

Le bénéfice pour l'environnement de la conduite d'une Toyota Mirai dépasse l'objectif de « zéro émission » pour atteindre le stade des « émissions négatives », puisque la voiture purifie effectivement l'air lorsqu'elle se déplace.

Autre innovation de Toyota, un filtre de type catalyseur est intégré à l'admission d'air. Au fur et à mesure que l'air pénètre dans le véhicule pour alimenter la pile à combustible, une charge électrique sur le filtre en tissu non tissé capture les particules microscopiques de substances nocives, notamment le dioxyde de souffre (SO2), l'oxyde d'azote (NOx) et les particules fines PM 2,5. Cette technologie élimine efficacement 90 à 100 % des particules de 0 à 2,5 microns de diamètre présentes dans l'air qui circule dans le système de pile à combustible.

La volonté de multiplier les ventes par dix

Avec l'introduction de la nouvelle Mirai, Toyota ambitionne de parvenir à une plus grande pénétration du marché et de multiplier par 10 le volume des ventes. Cette croissance sera soutenue par la performance accrue de ce modèle et par son attrait commercial renforcé, notamment grâce à un prix de vente plus abordable, réduit de près de 20 %.

Il sera par ailleurs de plus en plus facile de se tourner vers un véhicule à pile à hydrogène au fur et à mesure que les différents marchés améliorent leur infrastructure hydrogène, que le nombre de stations de remplissage augmente et que les gouvernements et les autorités locales introduisent de nouvelles mesures incitatives et de nouvelles réglementations en faveur d'une mobilité plus propre.

Source : Toyota Belux

Photos : Toyota Belux

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