L’avenir déjà en route

Il est rare qu’une nouvelle génération de modèle fasse table rase du passé. Et pourtant, la nouvelle Toyota Mirai ne conserve rien de son aïeule, hormis le nom.

Visuellement, la nouvelle Toyota Mirai de seconde génération prend ses distances face à son aïeule, première du nom. Avec son design controversé, la première du nom cherchait à convaincre un public anticonformiste, tout comme la Prius en son temps. 

Aujourd’hui, la technologie à hydrogène ne demande qu’à plaire au plus grand nombre, et la Mirai ressemble à une «vraie» voiture. Le design est plus consensuel et la Toyota affiche de nouvelles proportions, avec un capot avant qui s’est allongé et une face arrière qui se termine franchement. 

En outre, la hauteur a été réduite de 65 mm (à 1470 mm), mais la largeur a augmenté de 70 mm (à 1885 mm). On note aussi un accroissement de 140 mm de l’empattement (à 2920 mm), pour une longueur totale de 4975 mm. Les deux rangées de sièges ont été réaménagées, mais la garde au toit reste limitée à l’arrière, en raison de la silhouette en forme de coupé. 

Toyota a donné la parole à ses clients pour élaborer cette deuxième génération: «Ils souhaitaient une plus grande autonomie, davantage d’espace pour les jambes et, à l’arrière, cinq vraies places», explique Yoshikazu Tanaka, le responsable du développement de ce projet.

Nouvelle plateforme de Lexus

Ces souhaits ont été exaucés, à une exception près; avec sa ligne de toit descendante, sa banquette surélevée et son tunnel central proéminent, la Mirai peut, au mieux, embarquer un enfant sur la place centrale de sa banquette arrière. Pourquoi? En fait, l’ancienne Mirai se contentait de deux réservoirs à hydrogène comprimé, la nouvelle en embarque désormais trois, disposés en T. Le plus grand est placé dans le sens de la longueur, sous le tunnel central, alors que les deux autres, disposés en position transversale, se trouvent sous la banquette et derrière l’essieu arrière. Leur capacité a été augmentée à 5,6 kilos d’hydrogène, ce qui porte l’autonomie WLTP à 650 kilomètres pour une consommation moyenne d’hydrogène comprise entre 0,79 et 0,89 kg/100 km. 

L’hydrogène est stockée à une pression de 700 bars, raison pour laquelle les parois des cylindres en fibre de verre ont une épaisseur de 4,5 cm! De plus, les réservoirs possèdent une enveloppe ignifuge, des capteurs de fuite et des soupapes de sécurité en cas d’urgence. A noter que les trois réservoirs sont intégrés plus profondément dans la plateforme, ce qui a pour effet d’abaisser le centre de gravité et d’améliorer la tenue de route. Ceci grâce à la nouvelle plateforme TNGA (Toyota New Global Architecture) GA-L de l’enseigne nippone, laquelle était reservée jusqu’alors aux modèles LC et LS de Lexus.

Composants allégés et plus efficients

Cette nouvelle plateforme a permis de revoir toute l’architecture de la chaîne cinématique. Moins encombrante qu’auparavant, la pile à combustible à électrolyte polymère a migré sous le capot (elle était auparavant sous les sièges). Sa puissance culmine désormais à 128 kW (174 ch). La batterie à haute tension se compose de 84 cellules et utilise la technologie lithium-ions. Résultat: elle a perdu 44,6 kg  et elle peut réinjecter 43% de puissance en plus lors du freinage regénératif. Avec une tension de 310,8 volts et une capacité de 4 Ah, on obtient au total 1,24 kWh. Cette batterie-tampon soutient la pile à combustible au démarrage et à l’accélération. Capable de délivrer 31,5 kW pendant 10 secondes, elle absorbe les pics de sollicitation.

Quant à la machine électrique synchrone à aimant permanent, elle provient de la Lexus LS500h, dont le moteur V6 essence a été remplacé par la pile à combustible. Disposé sur l’essieu arrière, le moulin électrique délivre une puissance de 134 kW (182 ch) à 6940 tr/min et un couple de 300 Nm entre 0 et 3267 tr/min. Ce potentiel est transmis aux roues arrière via une transmission à variation continue (CVT). La Mirai, qui pèse environ 1,9 tonne, est capable d’accélérer de 0 à 100 km/h en 9,2 secondes avant d’atteindre 175 km/h en vitesse de pointe.Constituée de 330 cellules, la nouvelle pile à combustible est plus compacte, l’épaisseur de chaque cellule ayant été réduite de 20%. Bien que son volume n’excède pas 28 litres, elle délivre une puissance supplémentaire de 14 kW. En outre, le nombre d’électrodes par unité de surface a augmenté de 15%. Comme la pile à combustible a migré de la cabine vers l’avant du véhicule, le silence à bord est d’autant plus remarquable que les autres composants ont également été remaniés et miniaturisés.

«Le cadre de la pile à combustible a été redessiné et tous les composants du système sont maintenant intégrés dans un ensemble compact», explique Vincent Mattelaer, ingénieur en chef du département R&D Powertrain chez Toyota. Cela raccourcit les voies de communication, rend le système plus fonctionnel et réduit le nombre de pièces utilisées. L’un dans l’autre, les nouvelles mesures prises ont permis d’obtenir 12% de puissance en plus pour 42% de poids en moins. De plus, un semi-conducteur en carbure de silicium a été utilisé pour la première fois dans les transistors de puissance intelligents.

Le plaisir de conduite en prime

La nouvelle plateforme a permis d’avoir recours à des solutions techniques abouties, comme des essieux avant et arrière multibras. En outre, le nouveau châssis profite d’une meilleure rigidité torsionnelle. Le comportement dynamique de la Mirai a tout à y gagner. Le plaisir de conduite était également un objectif déclaré dans le développement de cette nouvelle version, peut-être plus encore que pour les autres modèles hybrides.

«Avec la nouvelle Mirai, nous avons atteint un tournant dans la propulsion à l’hydrogène», poursuit Yoshikazu Tanaka. Au delà de son statut de «game changer», la Mirai devrait également rencontrer un beau succès commercial, Toyota prévoyant de décupler les ventes de sa berline. Une augmentation qui, si elle a lieu, s’expliquera notamment par le prix. Un tarif (dès 59 900 fr.) que Toyota a réduit de 33% (89 900 fr. auparavant). Pour répondre à la demande, la productivité de l’usine de Motomachi (Japon) a déjà été augmentée: «Alors qu’il fallait auparavant 15 minutes pour produire une pile à combustible, nous pouvons le faire aujourd’hui en quelques secondes», se réjouit Tsuyoshi Takahashi, Project General Manager chez Toyota.

Les avantages de l’hydrogène

La pile à combustible produit l’énergie électrique nécessaire à la bonne marche du véhicule. Elle ne stocke pas l’énergie, mais la convertit. Avec le gros avantage que les piles à combustible sont peu sensibles au froid, au contraire des batteries. Toyota se targue du fait que la voiture peut démarrer par une température de -30 ˚C et que son autonomie n’en est pas affectée. Quant à la chaleur émise par la pile à combustible, elle n’est pas perdue, puisqu’elle est utilisée pour chauffer l’air de l’habitacle.

La Toyota Mirai est construite sur la plateforme GA-L de Lexus. La pile à combustible a migré sous le capot.

Pour rappel, la pile à combustible produit de l’électricité en faisant réagir le combustible – en l’occurrence de l’hydrogène (H2) – avec un oxydant, l’oxygène contenu dans l’air. L’hydrogène parvient à l’électrode négative, où il est activé par un catalyseur. Les électrons sont libérés et se déplacent vers l’électrode positive. Cela produit du courant qui alimente le moteur électrique et recharge la batterie. Les atomes d’hydrogène sont transformés en ions par la libération d’électrons qui traversent la membrane d’électrolyte polymère jusqu’à l’électrode négative. Au final, la pile à combustible ne produit que de la vapeur d’eau.

L’air destiné à la pile à combustible passe d’abord par un filtre très efficace. De cette manière, la Mirai nettoie l’air ambiant des particules comme l’oxyde de soufre, les poussières fines ou les oxydes d’azote. Le système d’info-divertissement de la voiture indique  la quantité d’air purifiée par le système, par rapport aux besoins annuels d’un être humain. En d’autres termes, la Mirai ne se contente pas d’être exempte d’émissions locales de CO2, elle purifie également l’air à petite échelle. Pour cette raison, Toyota qualifie la Mirai de «véhicule à émissions négatives».

Combustion froide

A l’heure d’aborder la question environnementale, il est important de préciser que l’hydrogène pur n’est pas un élément présent dans la nature. La production d’un kilo de H2 nécessite environ 55 kWh de courant électrique et 9 litres d’eau. Une partie de cette eau est restituée pendant la conduite, sous forme de vapeur émise par un tuyau d’échappement en résine synthétique.

D’une certaine manière, la pile à combustible joue le rôle du moteur à combustion interne dans un véhicule hybride, sauf qu’elle ne brûle pas le carburant. On parle ici de combustion froide, car les membranes échangeuses de protons fonctionnent à des températures inférieures à 100 °C. La pile à combustible a un rendement énergétique deux fois supérieur à un moteur à essence, mais les voitures électriques à batterie sont encore plus efficientes.

Convaincante, à une réserve près 

Toyota s’est lancé dans le développement de véhicules à pile à combustible il y a 29 ans. En 2015, la Mirai était présentée comme le premier FCV (Fuel Cell Vehicle) du marché grand public. Le modèle de deuxième génération se révèle convaincant sur toute la ligne et constitue – indépendamment du réseau de stations-service en développement – un excellent complément dans une perspective de longs trajets. Signifiant «avenir» en japonais, Mirai fait référence à quelque chose d’intangible et d’inconnu, de très lointain. La Mirai étant à ce point aboutie, les Japonais auraient peut-être dû rebaptiser leur Mirai «shorai», un terme qui désigne quelque chose de plus proche dans le futur. Mais sa désignation est bien le seul défaut qu’on puisse lui reprocher. A confirmer dans le cadre d’un test plus fouillé.

Kommentieren Sie den Artikel

Please enter your comment!
Please enter your name here

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.