La voix de l’expérience : Raja Sengupta

Ingénieur principal – Aérodynamique, Volvo Trucks North America


23 August 2021

4 minutes

Avec l'économie mondiale et connectée d'aujourd'hui, nous transportons chaque jour des biens partout dans le monde. Pour acheminer ces marchandises auprès d'un magasin à proximité de chez nous voire, de plus en plus souvent, jusqu'à notre porte, il est nécessaire de faire appel à un camion pour au moins une partie du trajet. À l'heure du e-commerce, le transport par camion est devenu essentiel à notre vie quotidienne, notamment compte tenu des récents confinements dus à la pandémie de COVID-19.

Mais pour assurer le transport de biens et de personnes, nous utilisons principalement des combustibles fossiles qui, une fois brûlés, sont à l'origine d'émissions de gaz à effet de serre (GES). Aux États-Unis, le secteur des transports représentait 28 % des émissions de GES totales en 2018. Selon un rapport de l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (Environnemental Protection Agency ou EPA), 23 % des émissions du secteur proviennent de camions moyens et lourds. L'industrie du camionnage a donc un rôle majeur à jouer dans la réduction des émissions de GES issues des gaz d'échappement.

Chez Volvo Trucks, la protection de l'environnement fait partie de nos priorités. Nous croyons aux solutions de transport durables. Bien que les camions électriques existent déjà, nous avons conscience que généraliser leur utilisation peut prendre un certain temps. C'est pourquoi nous avons investi dans des camions électriques et camions à hydrogène, et nous concentrons sur la réduction des émissions de GES issues des gaz d'échappement de nos camions à moteur diesel afin de faciliter cette période de transition pour la société.

Le SuperTruck I, conçu par les ingénieurs de Volvo Trucks North America, affiche une efficacité de fret de 188 tonnes-miles par gallon, soit une amélioration de 88 % par rapport à l'année de référence 2009 de l'entreprise. Pour le SuperTruck II, les ingénieurs de Volvo sont en passe d'atteindre 220 tonnes-miles par gallon (ce qui représente une amélioration de 120 %. (Image avec l'aimable autorisation de Volvo Trucks North America)

Au cours des dix dernières années, nous avons réalisé ce travail en partie dans le cadre du programme « SuperTruck » du Département de l'Énergie des États-Unis afin d'optimiser l'efficacité du fret (mesurée en tonnes-mpg ou tonnes-km) des camions lourds à moteur diesel de classe 8. Ces camions, qui ne représentent que 4 % des véhicules roulant à travers le pays, utilisent environ 20 % du carburant dédié au transport américain.

Dans le programme initial « SuperTruck » (ST1), les participants ont été mis au défi d'améliorer leur efficacité de fret de 50 % par rapport à 2009. Compte tenu de l'ensemble des concurrents, la base de référence moyenne de 2009 s'élevait à 90 tonnes-mpg. Réaliser l'objectif de 50 % permettrait donc d'atteindre une efficacité de fret de 135 tonnes-miles par gallon.

Déterminés à relever le défi, nous avons choisi de prendre pour référence le modèle VNL 670 de Volvo, notre tracteur routier le plus efficace en 2009, qui affichait 100 tonnes-miles par gallon (avec un poids nominal brut à 29 500 kg). Le modèle ST1 de Volvo a, quant à lui, enregistré une efficacité de fret d'environ 188 tonnes-miles par gallon, soit une amélioration de 88 % par rapport à notre référence.

« Après plusieurs centaines d'ajustements et des dizaines d'itérations [à l'aide de nos jumeaux virtuels], nous avons réussi à réduire la traînée aérodynamique totale du SuperTruck I de 40 %, ce qui représente une amélioration directe de 20 % en termes d'économies de carburant. »

Ce résultat est le fruit de trois facteurs principaux : la diminution du poids du tracteur et de la remorque, l'augmentation de l'efficacité du groupe motopropulseur et la réduction drastique de la traînée aérodynamique, dont mon équipe était responsable.

Pour améliorer la conception aérodynamique de notre base de référence, il était nécessaire de réaliser des tests plus approfondis. Heureusement, Volvo Trucks fait partie des utilisateurs avancés de jumeaux virtuels (également connus sous le nom de « jumeaux numériques »). Particulièrement puissante, cette combinaison de conception 3D virtuelle et de simulation CFD (mécanique des fluides numérique) multi-physique nous permet d'expérimenter cette « soufflerie virtuelle » avec une précision réelle et ce, en testant plusieurs milliers de variations en un temps record et à moindre coût par rapport à des essais avec des prototypes physiques dans des souffleries réelles.

Notre processus de jumeau virtuel offre également un aperçu visuel détaillé du flux d'air autour du véhicule. Il s'agit d'un point essentiel, car il oriente notre processus de conception itératif. Chaque modification s'appuie sur les leçons que nous tirons de l'itération précédente afin d'améliorer sans cesse l'aérodynamisme, jusqu'à ce que nous atteignions des rendements décroissants. Après plusieurs centaines d'ajustements et des dizaines d'itérations, nous avons réussi à réduire la traînée aérodynamique totale du ST1 de 40 %, ce qui représente une amélioration directe de 20 % en termes d'économies de carburant.

Dans la lignée du succès du ST1, le Département américain de l'Énergie a lancé le programme SuperTruck II (ST2) et doublé la mise en fixant un objectif d'amélioration de 100 % par rapport à l'année de référence 2009. Le projet est toujours en cours et nous entrons dans la phase finale de développement. Mais la conception des semi-remorques est actuellement en pause. Cette fois-ci, en utilisant un jumeau virtuel, nous avons pu réduire la traînée aérodynamique totale de 50 % par rapport à 2009, soit une amélioration de près de 20 %, par rapport à ce que nous avons obtenu pour le ST1.

Associé aux améliorations réalisées par nos collègues en charge du groupe motopropulseur, le ST2 de Volvo devrait offrir une amélioration de 120 % par rapport à l'année de référence 2009 et ainsi atteindre 220 tonnes-miles par gallon. Nous devrions également valider dans les prochains mois le prototype physique, fruit du travail de nos jumeaux virtuels, actuellement en cours de construction.

Modèle de démonstration, le SuperTruck s'apparente à un « concept car ». Alors que de nombreuses améliorations sont déjà ou seront bientôt intégrées à nos offres commerciales, d'autres nécessitent davantage de travail pour réduire les coûts. Avec le SuperTruck I et II, ce n'était que le début. Comme annoncé récemment, le programme SuperTruck III se concentrera sur les véhicules électriques à batterie et à pile à combustible qui permettront à l'industrie du camionnage de passer de la réduction des émissions de GES issues des gaz d'échappement à la neutralité carbone.

PROFILE: Raja Sengupta is Lead Engineer for Aerodynamics at Volvo Trucks North America, responsible for aerodynamic certification for CO2 of the company’s product portfolio. He also led Volvo Trucks’ aerodynamics development team for the US Department of Energy’s SuperTruck I program, and currently leads Volvo Trucks’ aerodynamics team for the SuperTruck II program. He has a doctoral degree in aerospace engineering from the University of Cincinnati, and previously worked for NASA Langley, the motorsports industry, and for a simulation software developer, where he specialized in simulation for engine cooling and full-truck simulation.

Découvrir comment les jumeaux virtuels permettent d'optimiser les performances de conception

Autres resources

S'abonner

Abonnez-vous pour recevoir notre newsletter mensuelle