Calcul de l’autonomie WLTP des véhicules électriques

L’autonomie WLTP est l’aboutissement d’une chaîne de mesure contrôlée, et non la distance parcourue pendant un seul tour de cycle. Cette chaîne associe une configuration définie du véhicule, la résistance à l’avancement, la décharge de la batterie, l’énergie électrique mesurée et des calculs réglementés.

Le WLTC est la courbe, le WLTP est la procédure

Le Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle, ou WLTC, indique à l’opérateur du banc dynamométrique comment la vitesse du véhicule doit évoluer au fil du temps. Le Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, ou WLTP, définit l’ensemble plus vaste du système d’essai : classification du véhicule, masse d’essai, détermination de la résistance à l’avancement, conditions de laboratoire, préparation de la batterie, mesures, calculs, interpolation et exigences de conformité.

Pour les voitures particulières hautes performances qui constituent la majorité des comparaisons actuelles de VE, le WLTC de classe 3b comporte quatre phases :

basse : 589 secondes ;
moyenne : 433 secondes ;
haute : 455 secondes ;
très haute : 323 secondes.

Au total, elles durent 1,800 secondes, couvrent environ 23,27 km et atteignent 131,3 km/h. La vitesse moyenne, arrêts compris, est d’environ 46,5 km/h. Ces chiffres décrivent la courbe de conduite ; ils ne limitent pas l’essai d’un VE à 23 km. Un véhicule électrique à batterie doit être suffisamment déchargé pour déterminer l’énergie utilisable de sa batterie et la consommation d’énergie nécessaire au calcul de son autonomie. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure

Cette distinction évite aussi une erreur fréquente : une valeur japonaise qualifiée de « WLTC » n’utilise pas nécessairement la même combinaison de quatre phases qu’une valeur WLTP européenne. Les règles d’application de chaque marché déterminent les phases et les calculs qui composent la valeur déclarée.

Étape 1 : définir le véhicule certifié

Un même type de VE peut proposer plusieurs dimensions de roues, pneus, niveaux de finition et combinaisons d’options. Tester chaque configuration possible serait irréaliste, mais publier le meilleur résultat pour toutes serait trompeur.

Le WLTP utilise donc des familles de véhicules et, lorsque cela est autorisé, l’interpolation. Le véhicule H représente la configuration dont la demande énergétique sur le cycle est la plus élevée au sein d’une famille d’interpolation ; le véhicule L représente celle dont la demande est la plus faible. Les véhicules limites testés, ainsi que leurs résultats de résistance à l’avancement et de consommation d’énergie, servent de base au calcul des valeurs des configurations individuelles situées entre les deux.

La masse dépend de la configuration. La procédure part de la masse du véhicule en ordre de marche et ajoute les éléments de charge réglementaires pour obtenir la masse d’essai applicable. Les différences de résistance aérodynamique et au roulement dues aux roues, aux pneus et aux équipements sont prises en compte par la résistance à l’avancement, les données déclarées et les règles de famille.

Voilà pourquoi deux versions équipées de la même batterie et des mêmes moteurs peuvent afficher des autonomies WLTP différentes. Une roue plus grande peut accroître la résistance au roulement, modifier l’écoulement de l’air à l’avant et augmenter les pertes en rotation. Des équipements supplémentaires peuvent augmenter la masse ou les besoins de refroidissement. La valeur certifiée correspond à une configuration définie ou à une position interpolée, et pas simplement à un nom de modèle.

Étape 2 : déterminer la résistance à l’avancement

Le WLTC prescrit la vitesse en fonction du temps, mais il ne précise pas la force que doit vaincre un véhicule donné sur le dynamomètre. Cette force est déterminée séparément sous la forme de la résistance à l’avancement.

La configuration représentée est préparée à sa masse d’essai applicable avec les pneus, la pression de gonflage, la géométrie des roues, la hauteur de caisse et l’état aérodynamique prescrits. Une méthode courante est l’essai de décélération en roue libre sur route : le véhicule préalablement chauffé est laissé décélérer au point mort ou dans un mode dédié, tandis que la vitesse et le temps écoulé sont enregistrés. Des passages dans les deux sens et des corrections réglementées réduisent l’influence du vent, de la pente, de la densité de l’air et de la température.

La cible obtenue est couramment représentée par :

F(v) = f0 + f1 × v + f2 × v²

Les termes d’ordre inférieur englobent une grande partie de la résistance au roulement ainsi que des pertes dans les roulements et la transmission. Le terme quadratique est dominé par la traînée aérodynamique. La forme du véhicule intervient donc dans le résultat WLTP avant même que celui-ci ne suive le WLTC : une surface frontale plus importante, un coefficient de traînée moins favorable, un circuit de refroidissement ouvert, un écoulement différent autour des roues ou une garde au sol plus élevée peuvent accroître la courbe de résistance à l’avancement.

La résistance à l’avancement cible est ensuite traduite en réglages du dynamomètre. Les rouleaux et les pneus créent déjà une certaine résistance en laboratoire ; le frein électrique fournit donc la force supplémentaire nécessaire pour que le système complet corresponde à la cible mesurée sur route. Un essai de décélération sur dynamomètre permet de vérifier le réglage dans la tolérance prescrite. Un ventilateur peut faire circuler de l’air sur le véhicule immobile, mais la charge aérodynamique étalonnée est reproduite par les rouleaux, et non par la force du ventilateur. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure EUR-Lex: Commission Regulation (EU) 2017/1151, consolidated WLTP requirements

La résistance à l’avancement joue aussi un rôle central dans l’interpolation WLTP. Les véhicules H et L définissent les limites de demande élevée et faible pour les configurations admissibles, et la valeur déclarée d’une configuration individuelle est calculée au sein de cette famille réglementée. Les roues, les pneus, les équipements et les dispositifs aérodynamiques actifs doivent donc être représentés selon les règles d’essai, de calcul et de famille applicables.

Une résistance à l’avancement sous-estimée réduirait l’énergie prélevée sur la batterie pendant chaque phase, l’effet aérodynamique étant le plus marqué dans les phases haute et très haute. Le règlement encadre la préparation du véhicule, le traitement des données, les essais de décélération et la vérification du dynamomètre, car cette donnée est trop influente pour rester indéfinie.

Étape 3 : préparer la batterie et le laboratoire

Le véhicule est entièrement rechargé selon la procédure prescrite, puis conditionné et stabilisé thermiquement avant l’essai. La procédure à température normale se déroule autour de 23 °C, dans des conditions de laboratoire contrôlées. La séquence exacte comprend des tolérances, des pauses et des règles d’arrêt ; elle ne revient pas à démarrer la voiture d’un particulier un jour quelconque à 23 °C.

Le véhicule suit les règles applicables à ses modes sélectionnables par le conducteur. Les accessoires et les charges de climatisation sont contrôlés par la procédure plutôt que choisis pour reproduire le trajet d’une famille donnée. La valeur obtenue doit donc être comprise comme une comparaison normalisée à la température normale d’essai, et non comme une prévision d’autonomie hivernale.

Des procédures séparées à basse température se développent dans le cadre réglementaire, mais elles ne doivent pas être silencieusement confondues avec l’autonomie WLTP combinée habituellement mise en avant. Le nom de l’essai, la condition de température et le type de valeur doivent accompagner le chiffre.

Étape 4 : décharger la batterie

Le règlement prévoit pour les véhicules électriques à batterie un essai conventionnel à cycles consécutifs et une procédure d’essai raccourcie.

Dans la méthode à cycles consécutifs, le véhicule répète la séquence de cycles applicable à mesure que l’état de charge de la batterie diminue. Le dernier cycle est traité selon les règles prescrites d’interruption et de calcul. Cette méthode est conceptuellement directe, mais un VE à grande autonomie peut nécessiter de nombreux cycles répétés et de longues heures de laboratoire.

La procédure d’essai raccourcie réduit cette durée tout en conservant des segments de cycle mesurés à un état de charge élevé et faible. Sa séquence générale est la suivante :

Partir d’une batterie entièrement chargée et conditionnée.
Parcourir le premier segment WLTC à un état de charge élevé.
Utiliser un segment réglementé à vitesse constante, d’au moins 100 km/h lorsque le véhicule le permet, afin de prélever l’énergie plus rapidement.
Parcourir un autre segment WLTC à un état de charge faible.
Continuer jusqu’au critère prescrit d’arrêt de la batterie.
Recharger et enregistrer les données énergétiques requises.

La partie intermédiaire à vitesse constante n’est pas comptabilisée comme s’il s’agissait d’une conduite WLTC ordinaire. C’est un segment de décharge destiné à gagner du temps. Les segments WLTC mesurés servent à établir la consommation d’énergie sur le cycle, tandis que l’essai complet détermine l’énergie utilisable de la batterie. Les équations détaillées tiennent compte de la distance, de la variation de l’état de charge et du segment final incomplet. La procédure raccourcie a été conçue précisément pour éviter d’imposer aux VE dont l’autonomie augmente des dizaines de cycles identiques. UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

À quel moment précis l’essai de décharge WLTP s’arrête-t-il ?

L’affichage de 0 % au tableau de bord ne constitue pas le critère d’arrêt. Dans la procédure raccourcie, le point final est atteint lorsque le véhicule dépasse pendant au moins quatre secondes consécutives la tolérance prescrite par rapport à la courbe de vitesse, dans le second segment à vitesse constante de fin d’essai. La commande d’accélérateur est alors désactivée et le véhicule doit être immobilisé dans les 60 secondes. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Il s’agit d’un point final opérationnel à une demande de puissance définie. Cela ne signifie pas que les cellules ont atteint un zéro électrochimique. Le système de gestion de la batterie conserve une marge de protection au-dessus de la zone de basse tension dommageable.

Si le tableau de bord affiche 0 % avant que la voiture perde la capacité de suivre la courbe finale, l’énergie en courant continu utilisée après le 0 % affiché reste incluse dans l’essai de décharge mesuré. Si la propulsion est limitée avant que le dernier wattheure susceptible d’être extrait sous une charge plus faible ne soit consommé, l’essai s’arrête alors qu’une certaine quantité d’énergie demeure physiquement présente.

Cette distinction est importante, car la tension aux bornes baisse sous charge. Près de la limite inférieure de l’état de charge, une batterie peut encore permettre une conduite lente tout en étant incapable de fournir la puissance nécessaire à une vitesse ou une accélération plus élevée. L’emploi d’un segment contrôlé à vitesse constante près du seuil de coupure réduit cette source de variabilité par rapport à un arrêt en un point arbitraire d’un cycle dynamique.

Étape 5 : mesurer l’énergie utilisable de la batterie

Pendant l’essai de décharge, la tension et le courant continus de la batterie sont mesurés. L’intégration de la puissance en courant continu dans le temps donne l’énergie extraite du système rechargeable de stockage de l’énergie selon la procédure.

Sous une forme simplifiée :

Énergie CC = intégrale de la tension de la batterie × courant de la batterie dans le temps

L’énergie utilisable de la batterie ainsi obtenue est propre à la procédure. Elle dépend de la condition prescrite de pleine charge et du critère d’arrêt de la batterie. Elle ne correspond pas automatiquement à la capacité brute annoncée de la batterie et n’est pas nécessairement égale à l’énergie disponible entre 100 et 0 affichés pour le conducteur dans toutes les conditions.

Une valeur d’énergie utilisable mesurée en WLTP peut inclure une réserve sous le 0 % affiché si le véhicule reste capable d’exécuter la courbe prescrite. Elle exclut l’énergie protégée sous le seuil de coupure de la propulsion. Le chiffre d’énergie utilisable ne permet pas à lui seul de connaître la réserve sous zéro ; il faut pour cela enregistrer l’état de charge affiché ou les données de gestion de la batterie en même temps que la décharge en courant continu.

Après la décharge, le véhicule est rechargé selon la séquence réglementée. L’énergie en courant alternatif provenant du réseau électrique peut être mesurée pour déclarer la consommation d’énergie électrique, ce qui inclut les pertes de recharge. Le calcul de l’autonomie utilise quant à lui la relation réglementée entre l’énergie utilisable de la batterie et la consommation du cycle en courant continu. Il faut donc déterminer si une consommation WLTP est mesurée côté courant continu ou courant alternatif avant de l’utiliser pour reconstituer une capacité de batterie.

Étape 6 : calculer la consommation sur le cycle et l’autonomie

La procédure raccourcie combine, selon la méthode de pondération du règlement, les consommations d’énergie mesurées dans les segments WLTC à état de charge élevé et faible. En notation simplifiée :

Autonomie électrique WLTC = énergie utilisable de la batterie / consommation CC WLTC pondérée

Si l’énergie utilisable de la batterie est exprimée en kWh et la consommation en kWh/km, le quotient est exprimé en kilomètres. Le règlement proprement dit contient les dispositions prescrites concernant les phases, les corrections, la pondération, l’arrêt et l’arrondi ; cette courte équation illustre la relation physique, mais ne remplace pas le calcul d’homologation.

La valeur combinée utilise l’ensemble de la combinaison de phases applicable. Une valeur urbaine est dérivée des parties urbaines, principalement les phases basse et moyenne du cycle applicable aux voitures particulières. Chaque valeur répond à une question différente en matière de profil de vitesse.

Pour une famille d’interpolation, les résultats des véhicules H et L testés servent à déterminer la valeur déclarée de chaque configuration. Le constructeur soumet des valeurs déclarées, mais celles-ci doivent respecter la relation imposée par la procédure avec les résultats mesurés ainsi que les exigences de validation et de conformité de l’autorité chargée de l’homologation. Le WLTP est un système réglementé de réception par type, et non une estimation laissée à la libre appréciation du constructeur.

Pourquoi l’autonomie WLTP diffère souvent de l’autonomie sur autoroute

Le cycle comporte des arrêts, des phases à basse vitesse et des possibilités de récupération d’énergie. Sa phase très haute atteint une vitesse autoroutière, mais la pondération complète de 30 minutes ne correspond pas à une circulation continue à 120 ou 130 km/h. À vitesse élevée constante, la puissance aérodynamique peut dominer et les occasions de récupérer de l’énergie au freinage sont rares.

L’essai à température normale exclut aussi la demande soutenue du chauffage de l’habitacle et de la batterie propre à de nombreux trajets hivernaux. À l’inverse, en circulation urbaine dense par temps doux, un VE efficient peut dépasser son autonomie WLTP combinée.

L’écart dépend du véhicule. Une règle fixe telle que « retrancher 20 % » efface précisément les différences qu’une comparaison utile devrait mettre en évidence.

Comment comparer les valeurs WLTP

Vérifiez que les deux chiffres :

proviennent de la même application de marché et de la même génération d’essai ;
sont tous deux des valeurs combinées ou tous deux des valeurs urbaines, et non l’une de chaque ;
correspondent à la configuration de roues, de pneus et de groupe motopropulseur concernée ;
sont certifiés et non provisoires ;
utilisent la même limite de mesure de la consommation si la consommation d’énergie est comparée.

Le WLTP est particulièrement pertinent pour comparer, dans des conditions contrôlées, des configurations équivalentes. Il le devient moins lorsqu’il est considéré comme une promesse pour un itinéraire dont la vitesse, la météo et les charges thermiques ressemblent peu à la procédure.