KERS

Un système de récupération d'énergie cinétique (KERS) est un appareil embarqué qui récupère l'énergie normalement perdue pendant la décélération, la stocke temporairement et la déploie pour faciliter l'accélération. En Formule 1, où il est apparu vers 2009, une unité KERS convertit l'énergie de rotation des roues pendant le freinage en courant électrique, charge une batterie ou un volant d'inertie, et libère cette puissance stockée via un moteur électrique couplé à la transmission, donnant ainsi au pilote une brève poussée de puissance supplémentaire sur demande.

Deux architectures de stockage ont dominé les conceptions KERS en course. Les systèmes basés sur des batteries (packs lithium-ion pesant environ 25 kg) sont plus simples et plus contrôlables, mais posent des défis de gestion thermique à des taux de décharge élevés. Les systèmes à volant d'inertie stockent l'énergie mécaniquement dans un rotor en rotation suspendu dans une chambre à vide, offrant des cycles de charge et de décharge plus rapides, mais nécessitant une ingénierie précise des roulements et une gestion de l'effet gyroscopique en virage. La réglementation actuelle de la F1 favorise le stockage sur batterie combiné à la récupération d'énergie de l'essieu arrière (friction de freinage conventionnelle) et de l'échappement du turbocompresseur (énergie thermique), créant ainsi une architecture de récupération hybride.

Déploiement en course et au-delà

Un pilote de Formule 1 gagne généralement 160 chevaux grâce au KERS pendant environ 6,67 secondes par tour, déployés stratégiquement dans les lignes droites où le boost électrique l'emporte sur la pénalité de poids du système. Le système ajoute environ 35 à 50 kg à la voiture, de sorte que l'énergie récupérée doit justifier l'augmentation de masse. En dehors de la course, les agences de transport ont testé des systèmes de freinage régénératif de type KERS sur les bus et les tramways dans les années 2010, réalisant des économies de carburant de 10 à 15 % sur les itinéraires urbains avec des cycles d'arrêts fréquents. Cependant, le coût d'investissement et la complexité du matériel KERS ont limité son adoption dans les véhicules commerciaux jusqu'à ce que les plateformes hybrides et entièrement électriques deviennent la norme.

Le principal défi d'ingénierie du KERS est le taux de transfert de puissance, mesuré en kilowatts. Un KERS de course doit accepter un courant électrique à des taux dépassant 300 kW lors d'un freinage intense tout en fournissant simultanément 160 kW de puissance lors de l'accélération, ce qui exige un câblage à très faible résistance, une électronique de commutation rapide et une conception thermique robuste. La gestion de la température de la batterie ou du volant d'inertie pendant les cycles répétés affecte directement la fiabilité du système et la capacité énergétique utilisable. Les inefficacités du cycle de conversion (mécanique vers électrique, stockage, électrique vers mécanique) consomment généralement 15 à 25 % de l'énergie récupérée sous forme de chaleur.

Le nom reflète la fonction littérale : l'énergie cinétique, l'énergie du mouvement, est récupérée avant qu'elle ne se dissipe sous forme de chaleur dans le système de freinage, puis restituée sous forme de travail utile. Le KERS représente une approche en boucle fermée de l'efficacité énergétique qui n'est devenue réalisable que lorsque le stockage électrique, l'électronique de puissance et les commandes moteur ont atteint une vitesse et une fiabilité suffisantes. Le système reste pertinent dans toute application où des cycles de freinage fréquents se produisent, du sport automobile aux transports en commun, bien que le coût et la complexité accrue limitent encore son déploiement aux véhicules critiques en termes de performances ou optimisés pour la récupération d'énergie.