Biomobile

L'Association biomobile a été créée en 2008 par Michel Perraudin. Ancrée à la Haute École du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (HEPIA), elle a été constituée dans le but de simplifier certaines procédures administratives et de gagner une réactivité qui n'aurait pas toujours pu être possible dans une structure étatique.

Elle a été reconnue d'utilité publique en 2011 par les instances tant fédérales que cantonales, et compte une centaine de membres. Son comité est constitué d'un président, d'un vice-président, d'un secrétaire et d'une trésorière. Plusieurs membres du comité constituent la commission technique.

L'idée initiale du projet reposait sur la conception et la réalisation de véhicules participant à des compétitions telles que le Éco-marathon Shell ou le challenge ÉducÉco dont l'objectif est de parcourir le plus grand nombre de kilomètres avec une quantité d'essence donnée. Rapidement, cet objectif s'est avéré limité. Dès lors, le projet a été réorienté vers :

• La réalisation d'un véhicule, démonstrateur technologique d'une mobilité « raisonnable », dont la conception et l'utilisation minimisent le recours aux ressources fossiles ;
• La formation de jeunes issus de diverses écoles européennes au travers d’un projet motivant et rassembleur[3] ;
• La sensibilisation du public aux problèmes liés à la mobilité et à l'environnement[4].

Le fonctionnement de l'association Biomobile repose exclusivement sur le bénévolat. Son financement est assuré par le mécénat et le soutien de ses partenaires industriels et institutionnels. Elle ne poursuit aucun but commercial. Elle collabore avec plusieurs écoles dont l'HEPIA où se situent ses locaux, et plusieurs équipes poursuivant des objectifs similaires. L'Association accueille régulièrement des stagiaires issus d'écoles diverses (Suisse, France), et elle participe à la formation de jeunes, les sensibilise aux difficultés environnementales, économiques et sociales.

Au gré de ses activités, l'association a acquis des compétences reconnues dans plusieurs domaines tels que :

• Les composites végétaux ;
• L'optimisation topologique ;
• Les biocarburants issus de déchets.

Les trois générations de biomobile.

La première voiture, biomobile, est le véhicule destiné aux courses[5]. Il fait partie de l'ancienne génération, mais elle n'en demeure pas moins fiable et connu. Sa principale innovation résidait dans le recours à la bioessence, un carburant réalisé à partir de déchets végétaux.

La deuxième voiture, (b)mobile, est en quelque sorte un véhicule de « transition ». Souhaitant se rapprocher du véhicule vert, il a innové notamment de par sa carrosserie réalisée en composites végétaux, ainsi que son châssis, réalisé dans un premier temps en tubes de carbone, puis en tubes de lin.

La troisième voiture, (c)mobile, rassemble les derniers développements. Hormis le moteur et les verrières, elle est entièrement réalisée à partir de matériaux biosourcés. Sa principale innovation concerne la généralisation de l'optimisation topologique à l'ensemble de ses éléments.

La bio essence[6] - [5] (X41)[7] - [8] est fabriquée à partir de déchets organiques transformés en bio pétrole, qui est ensuite distillé de manière conventionnelle, produisant de l’essence, du kérosène et du diesel. Seule l'essence est retenue pour alimenter biomobile.

Contrairement à quasiment toutes les autres bio essences, qui sont des succédanés d’essence fossile, le X41 est son équivalent sur les plans physique et chimique. Elle n'est donc pas un carburant de substitution mais un carburant équivalent à l'essence normale RON95 et peut alimenter n'importe quel moteur à cycle de Beau de Rochas sans modification constructive ou réglage spécifique et sans influencer les performances. La production de cette bio essence n'entre pas en concurrence avec la production alimentaire ou fourragère, ce qui règle le problème éthique posé par les autres carburants alternatifs à base de produits alimentaires.

Ce carburant est quasiment neutre du point de vue des émissions de dioxyde de carbone : sa combustion ne rejette que le CO₂ préalablement absorbé par le végétal.

À l'origine, Biomobile était propulsée par un moteur GX35 de débroussailleuse fabriqué par Honda. Ce moteur, à essence, repose sur un cycle à quatre temps et possède un rendement intéressant compte tenu de son origine et de sa destination. Le choix d'un moteur du commerce repose sur la volonté de démontrer l'universalité de la bio essence. Ce moteur est trop puissant et tourne trop rapidement; il n'est pas adapté à cette utilisation et a été remplacé par le GX25, plus petit, du même constructeur, entraînant ainsi le passage d’une transmission d'un étage à deux étages. Certains périphériques ont également été modifiés afin d'améliorer l'adéquation du moteur au fonctionnement de la voiture. Il est équipé d'une injection pilotée et d'un allumage électronique. Cependant, lors de la conception de la (c)mobile, et en raison de l'évolution des parcours de compétition en 2017-2018, il a été décidé d'abandonner le moteur GX25 et de revenir au GX35, plus puissant. Néanmoins, il sera équipé de l'injection qui alimente la version « biomobile » du GX25[9].

• Moteur : Honda monocylindre à quatre temps
• Cylindrée : 25 cm³
• Taux de compression : 14
• Injection / allumage : électronique Magneti Marelli
• Puissance délivrée : 1 kW
• Arbre à cames : en tête, deux soupapes
• Lubrification : séparée
• Masse : 2,2 kg

À l'origine, la voiture était équipée d’un embrayage à crabots puis d'un embrayage à disque commandé et d'un embrayage centrifuge. Finalement, celui qui a été retenu est un embrayage novateur centrifuge à trois mordaches où la force de rappel, qui est habituellement exercée par des ressorts, se fait par des aimants permanents.

Biomobile utilise une roue-libre sophistiquée qui fonctionne avec un principe inertiel. Contrairement à tous les dispositifs semblables, elle ne génère aucun frottement.

Support d'axe de la roue avant réalisé par un sandwich constitué d'une âme composite lin + époxy et d'une peau métallique.

Biomobile a introduit et diffusé le concept de roue arrière directrice et motrice sur les engins de ce type. Cependant, l'évolution du règlement de certaines courses ayant changé, la roue arrière directrice est désormais prohibée et l'équipe biomobile a dû changer ses plans en vue de la réalisation de la (c)mobile pour interchanger la direction des roues. En effet, la roue arrière directrice permet la réalisation de véhicules plus étroits, donc plus aérodynamiques, mais étant intrinsèquement instables, ils rendent la conduite difficile.

Initialement équipée d'un berceau pivotant autour d'un axe, elle possède une direction originale à centre de rotation virtuel qui repose sur une géométrie déformable, basée sur des rotules et biellettes. Sa géométrie est telle qu'en virage la roue s'incline à l'image de celle d'un vélo et la voiture se soulève, assurant une forte stabilité statique (théorème de l'énergie potentielle minimale ou de Torricelli).

Le véhicule a connu trois générations de roues : des roues lenticulaires en carbone puis des roues assemblées sur la base de jantes aluminium du commerce puis des roues réalisées par Mavic, légères, résistantes, aérodynamiques et équipées de pneus sans chambre à air. Ces jantes possèdent une précision géométrique meilleure que les roues lenticulaires.

Par la suite, une étape importante a consisté à équiper le véhicule de jantes en lin, en adéquation avec la volonté de généraliser les composites végétaux.

L’aérodynamique du véhicule est basée sur des essais aérodynamiques menés, à l'échelle 1, dans la grande soufflerie du CMEFE (Groupe de compétences en mécanique des fluides et procédés énergétiques) d'HEPIA, et sur des simulations de mécanique des fluides numérique. Ces campagnes ont permis la détermination des champs de pression et des vitesses autour de la voiture en fonction des angles de lacet, roulis et tangage. Le positionnement des organes a été optimisé. Elles ont également déterminé l’angle de tangage minimisant la traînée induite et améliorant l’aérodynamique générale de la voiture

La carrosserie existe en trois versions, l'ensemble transmission et motorisation étant identique.

Celle de biomobile, bleue et blanche, réalisée en fibres de carbone liées par de la résine fossile.

Celle de (b)mobile, représente la première étape vers le véhicule vert dont la carrosserie est réalisée en sandwich cellulose, papier et abaca[10].

Un troisième véhicule, démonstrateur de technologies nouvelles, réalisé quasiment exclusivement en matériaux verts à l'exclusion des verrières, des roues et du moteur[11]. Sa carrosserie est constituée d'une peau de cellulose doublée d'abaca, renforcée par des résilles de lin liées par une bio-résine[12]. Le harnais de sécurité est en lin ; le support de siège, pare-feu, support d'extincteur, passages de roues sont réalisés selon le procédé Amplitex[13]. Le siège est en mousse végétale recouverte de cuir. Les résines utilisées tiennent compte des propriétés attendues. Certaines pièces, très sollicitées mécaniquement comme le support des axes de roues, sont réalisées par un sandwich constitué d'une âme composite multicouche et d'une peau métallique (aluminium ou titane). Le second et le troisième véhicule sont connus sous le nom de (b)mobile qui est régulièrement exposé en Europe. La version en cours de développement en 2019 est la (c)mobile, et reprendra chaque élément végétal mis en place par l'un de ses prédécesseurs.

• 
  La première version possède une carrosserie en fibres de carbone.
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  La deuxième version à carrosserie en composites végétaux.
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  La troisième version à carrosserie constituée de fibres végétales.

Châssis basé sur une structure en treillis, est réalisé en tubes de carbone et aluminium. Il pèse 2,5 kg.

La troisième version est équipée d'un châssis réalisé avec des tubes de lin liés par des jonctions en aluminium.

Dans la première version, le châssis était réalisé en tubes d'acier à haute résistance d'une épaisseur de 0,5 mm.

Puis, Biomobile a été équipée d'un châssis en carbone, puis en lin et aluminium, deux fois plus léger que le précédent.

La version la plus récente accueille un châssis constitué principalement de balsa, de cellulose (Porcher Industries) et de lin, liés par une résine largement biosourcée. Il comporte quelques inserts en acier.

Afin d'améliorer le rendement du moteur et, surtout, de faciliter la prise en compte des paramètres de course, il est équipé d'une injection indirecte. Les commandes de l'injecteur et de l'allumage sont assurées par un boîtier Magneti Marelli. Il est cependant en passe d'être remplacé par un dispositif artisanal.

Le suivi de course et les relevés des paramètres sont réalisés par le dispositif Togodo (utilisé principalement pour le diagnostic des problèmes et pour le perfectionnement du véhicule) développé par Nicolas Schroeter de la Haute École d'ingénierie et d'architecture de Fribourg. Ce dispositif doté, entre autres, d'un GPS, de trois accéléromètres, d'un gyroscope tridimensionnel et d'un magnétomètre donne des informations détaillées sur le comportement du véhicule, de la transmission et du pilote tout au long de la course. Il permet aussi la projection de la trajectoire suivie sur Google Earth.

Afin de limiter la consommation de matériaux dans la réalisation de son dernier véhicule, l'Association a franchi une nouvelle étape en généralisant le design de ses composants à l'aide de l'optimisation topologique, comme le fait la nature. Le travail porte sur le design et le dimensionnement du berceau-moteur à l'aide d'une méthode d'optimisation topologique et la modélisation de son comportement. Cette démarche a été étendue à l'ensemble des éléments du véhicule.