Comment la Tesla Model 2 à 25 000 dollars aura des années d’avance grâce à ces technologies du Cybertruck

Elon Musk vient d’annoncer que la future Tesla Model 2 (qu’il ne nomme pas ainsi, mais comme la future voiture abordable) va faire halluciner les gens. Pourquoi ? Tout simplement grâce à l’ensemble des techniques de production et tout ce que l’on retrouvera sous le capot, pour maintenir un prix de vente abordable. Le patron de Tesla vise les 25 000 dollars pour cette future voiture électrique qui ne s’appellera d’ailleurs peut-être pas Model 2.

Les livraisons du Cybertruck ont démarré à la toute fin du mois de novembre 2023, lors d’une conférence assez ennuyante, animée par Elon Musk en personne. Mais ce sont en fait les différentes interviews et essais du Cybertruck par les journalistes du monde entier qui nous ont apporté énormément d’informations techniques. On peut maintenant dire que le Cybertruck est révolutionnaire, que ce soit pour Tesla, mais également pour l’industrie automobile.

C’est en effet le premier véhicule de série à intégrer une architecture basse tension en 48 volts, un réseau Ethernet pour la communication des différents contrôleurs, un prolongateur d’autonomie 100 % électrique ou encore une direction 100 % électronique (steer-by-wire) sans aucun système mécanique.

De quoi permettre d’intégrer de nouvelles fonctionnalités sur les voitures (qu’elles soient électriques ou non), mais aussi de réduire drastiquement le coût de production, et donc de vente. Des technologies qu’on retrouvera donc sûrement dans la future Tesla abordable.

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La recharge ultra-rapide en 800 volts

La recharge ultra-rapide en 800 volts est une nouveauté chez Tesla, puisque les autres modèles (Model 3, Model Y, Model S et Model X) se contentent d’une tension de 400 volts. Le 800 volts existe déjà chez VW (Porsche, Audi) depuis 2019 et chez Hyundai et Kia. Cela permet de réduire le temps de recharge puisque Tesla annonce qu’il est possible de remplir la batterie de 15 à 85 % en 18 minutes environ.

Soit approximativement 5 à 10 minutes de moins que les autres Tesla. Exception faite de la Model Y produite à Berlin avec une batterie BYD qui peut réaliser l’exercice en 21 minutes environ, en 400 volts. Mais avec une batterie deux fois plus petite (60 vs 123 kWh).

Cette tension permet au Cybertruck d’annoncer une puissance maximale de recharge de 350 kW sur les bornes compatibles, comme les nouveaux Superchargeurs V4 ou les bornes Ionity. Sur les bornes 400 volts (comme les Superchargeurs V1, V2 et V3), il faudra se contenter de 250 kW au maximum. Selon Tesla, dans ce cas, il n’y aurait quasiment pas de perte lors de la conversion de 800 vers 400 volts, car le Cybertruck découpe virtuellement la batterie en deux unités de 400 volts.

Une astuce maline, qui est également mise en œuvre par Porsche sur la future Macan EV électrique, contrairement à la Taycan. Sur cette dernière, un convertisseur limité à 150 kW est de la partie. Réduisant drastiquement la vitesse de recharge sur une borne 400 volts. Avec la nouvelle solution, il sera en théorie possible d’atteindre la puissance limite de la borne.

Mais attention, Tesla n’est pas le roi de la recharge rapide. On peut en effet regarder ce qui se passe en Chine, avec la Li Auto Mega, qui permet de recharger sa batterie de 102 kWh en 10 minutes environ, grâce à une puissance phénoménale de plus de 500 kW ! Mais toujours en 800 volts.

L’autre avantage de passer en 800 volts, c’est le fait que doubler la tension permet de diviser par deux l’ampérage. Et donc de réduire la taille des fils de cuivre. Et de réduire l’échauffement des câbles et de tout le matériel. Donc, on peut tenir une plus haute puissance de charge, mais aussi de décharge (par ex, sur circuit ou autobahn illimitée) plus longtemps, sans pertes de performances.

C’est ce qui permet notamment à la Hyundai Ioniq 5 N ultra-puissante de tenir la puissance maximale sur une durée supérieure aux Porsche et Tesla sur circuit.

Pour la Tesla Model 2, cette architecture 800 volts pourrait permettre de baisser les coûts tout en augmentant la puissance de recharge maximale pour diminuer le temps d’arrêt à une borne.

L’architecture basse tension en 48 volts

Ne prenez pas peur à la lecture de ce titre ! Le Cybertruck remplace la vieillissante batterie basse-tension de 12 volts présente dans toutes les voitures (électriques, hybrides et thermiques) par une batterie de 48 volts. Cela a déjà eu lieu dans certaines voitures hybrides, mais uniquement pour alimenter les moteurs électriques. Ici, toute l’architecture basse tension passe au 48 volts et c’est une première dans l’industrie.

Cette batterie sert à alimenter tout le réseau électrique qui n’est pas nécessaire à l’alimentation des moteurs électriques. C’est le cas de l’écran d’infotainement, de la climatisation, des phares, de l’autoradio, etc.

La tension de 12 volts est en vigueur dans l’industrie auto depuis 1955, lorsque General Motors est passé du 6 au 12 volts, pour alimenter les besoins électriques grandissants. Mais depuis, on est resté bloqué à 12 volts. Pourtant, comme vous pouvez le voir dans le graphique partagé par Tesla, la gourmandise électrique des voitures est exponentielle. Plus de 250 ampères en 2022 pour certaines voitures, contre 50 en 1955 lorsqu’on a abandonné le 6 volts.

Et au bout d’un moment, il devient difficile de faire passer tout ce courant électrique sans utiliser des câbles énormes, lourds, coûteux et sans faire surchauffer l’ensemble électrique. Tesla a été contraint de passer au 48 volts à cause des trois moteurs électriques qui permettent d’orienter les roues grâce à la direction entièrement électronique. Ces moteurs consomment 3,75 kW (environ 5 ch). Soit 300 ampères en 12 volts. C’est énorme : une prise électrique classique chez vous permet de monter à 16 ampères, sur 230 volts (environ 3,7 kW).

En quadruplant la tension électrique à 48 volts, Tesla divise par quatre l’intensité en ampères. Les trois moteurs ne réclament donc plus que 75 ampères, ce qui est beaucoup plus acceptables.

C’est pour cette raison qu’Audi a, par exemple, lancé un système anti-roulis actif dès 2016 fonctionnant en 48 volts. Ce système permettait d’améliorer la tenue de route de ses modèles les plus puissants, mais nécessitait beaucoup trop de courant pour être géré en 12 volts.

Mais, comme pour le 800 volts, l’intérêt du 48 volts ne s’arrête pas là. Tesla utilisera des câbles plus fins, et donc moins de cuivre. Ce qui signifie un poids en baisse, et un coût de production plus faible également.

Le problème, c’est que les composants d’une voiture ne sont jamais conçus et produits pour supporter une tension de 48 volts. Tesla est donc obligé de concevoir lui-même ses contrôleurs et composants. Dans le Cybertruck, Elon Musk annonce que 85 % des contrôleurs sont conçus en interne. Dit autrement, seuls 15 % des contrôleurs sont issus des sous-traitants. Chez les autres constructeurs, ces 15 % sont plutôt proches de 100 %…

Pour la future Tesla Model 2, les ingénieurs de la marque travaillent d’arrache-pied pour concevoir 100 % des contrôleurs en interne. Prenant la route totalement inverse des concurrents, qui sont pieds et mains liés avec leurs sous-traitants. Ce qui explique, en partie, pourquoi Tesla a été peu affecté par les différentes pénuries de semi-conducteur. La marque pouvait reprogrammer à la volée un contrôleur pour lui faire réaliser d’autres tâches que celles pour lesquels il avait été créé. Alors que les concurrents, dans le même temps, attendaient patiemment la livraison des contrôleurs qui ne pouvaient pas reprogrammer.

Par exemple, et pour caricaturer, un contrôleur conçu pour faire fonctionner la climatisation ne peut pas allumer les phares. Alors que chez Tesla, c’est potentiellement possible, avec des lignes de codes supplémentaires.

Pourquoi aucun autre constructeur n’est encore passé entièrement au 48 volts ? Car aucun autre constructeur ne produit ses contrôleurs et composants en interne. Ils se fournissent chez les sous-traitants, qui sont encore en 12 volts. Sauf à de rares exceptions pour les moteurs électriques des hybrides par exemple.

Mais Tesla espère bien faire changer les choses. Elon Musk a envoyé un PDF “Comment concevoir un véhicule en 48 volts” à tous les constructeurs automobiles au monde. Le patron de Ford, Jim Farley, a confirmé sur X (ex-Twitter) avoir reçu le fameux document.

On imagine que Tesla espère ainsi que les sous-traitants pourront, eux aussi, passer au 48 volts, afin de pouvoir faire diminuer les coûts sur ce genre de composants.

En plus de l’architecture basse tension en 48 volts, Tesla révolutionne encore un autre pan de l’automobile, en remplaçant le vieillissant CAN Bus du faisceau multiplexé avec ses nombreux câbles par un câble Ethernet unique.

Un câble Ethernet pour tous les remplacer

Tesla travaille depuis plusieurs années à la réduction du nombre de câbles du faisceau multiplexé de ses voitures électriques. C’est le fameux faisceau électrique qui fait passer l’alimentation et les données, via le CAN Bus, inventé par Intel dans les années 80. Faisceau fabriqué à la main (notamment en Ukraine) et qui alourdit le poids et la complexité des voitures.

On l’a vu plus haut, Tesla conçoit désormais en grande partie ses propres contrôleurs, ce qui permet de réduire leur nombre. Ce qui a permis de réduire de 17 kg le poids du faisceau entre la Model S et la Model 3. Et donc également le coût de production de l’auto.

Mais ce n’est pas tout. Désormais, le CAN Bus est remplacé par l’Ethernet que l’on connaît tous, et qui permet notamment les connexions à Internet. L’avantage ? Au lieu d’avoir de multiples câbles, on a désormais un seul câble Ethernet, qui fait le tour de la voiture, et qui fait transiter les données de chaque composant et contrôleur. On a donc affaire à un réseau décentralisé, puisque chaque composant fait le relai de l’information des autres composants.

Dit autrement, les données de l’infotainment peuvent prendre le même chemin que les données de la climatisation, au lieu de devoir créer deux routes distinctes, avec deux câbles différents. Ce qui réduit drastiquement la longueur de câbles nécessaires dans la voiture. Entre 70 à 93 % selon les sources.

Au départ, nous pensions que ce câble Ethernet permettrait également de faire passer l’alimentation, grâce à la fonction POE (power-over-ethernet). Mais comme un lecteur nous l’a fait remarquer en commentaire dans notre vidéo sur le sujet, les équipes de Tesla ont essayé, cela fonctionnait en termes de puissance, mais apportait trop de bruit pour le passage fiable des données.

On a donc toujours des câbles différents pour alimenter chaque composant et contrôleur.

Dans tous les cas, ce système est moins coûteux, prend moins de place, est plus léger et, surtout, prend moins de temps à la production. Car les faisceaux étaient montés à la main auparavant (en coupant les câbles à la bonne longueur puis en les insérant dans les bons connecteurs), alors qu’ici, il est possible d’automatiser le process. Ce qui évite aussi les erreurs.

En cas de panne, le debugging est aussi facilité, puisqu’il y a un seul point d’entrée dans le système pour vérifier quel composant est en faute. Mais ce qui peut potentiellement signifier un risque de cybersécurité plus important avec une porte d’entrée principale qui permet d’aller n’importe où. C’est à dire, pour schématiser, d’allumer le moteur en se connectant aux phares.

En réalité, c’est déjà le cas avec les systèmes multiplexés comme on peut le voir dans la vidéo de Underscore_. Il est possible de déverrouiller une voiture… en passant par les phares ! Avec un seul point d’entrée, on pourrait justement dire que le système est plus sûr, car il n’y a besoin de sécuriser qu’un seul élément.

La direction électronique steer-by-wire

Tesla est le premier constructeur automobile à proposer une direction électronique steer-by-wire, sans aucun élément mécanique pour la redondance en cas de panne.

Toyota et Lexus travaillent dessus également, avec une implémentation prévue pour 2025, sous le nom de One Motion Grip.

Il s’agit de la même technologie qui permet aux avions de se diriger dans les airs depuis 1988 avec l’Airbus A320 et pareil chez Boeing depuis le 777. La NASA s’en est également servie dans le cadre du programme Apollo pour aller sur la Lune.

La direction électronique signifie qu’il n’y a plus de colonnes de direction qui fait bouger les roues selon l’axe du volant. Quand on tourne le volant, un ordinateur calcule ce qu’on souhaite faire, et envoie l’information aux moteurs des roues directrices (à l’avant, mais aussi à l’arrière avec le Cybertruck).

L’information envoyée est différente selon la vitesse et l’état de la route par exemple. Donc à basse vitesse, on tourne un peu le volant, la voiture va énormément tourner. Alors qu’à hautes vitesses, le même angle du volant fera beaucoup moins tourner la voiture.

Le gros avantage, c’est qu’il est largement plus facile de faire un demi-tour ou des manœuvres, car le volant tourne à moins de 180° de chaque côté. On comprend mieux le coup des nouveaux clignotants positionnés sur le volant sur les nouvelles Tesla, et qu’il est quasiment impossible à activer dans les ronds-points serrés.

C’est plus ou moins possible avec une direction à démultiplication variable qui existe déjà sur les voitures de série, mais avec beaucoup moins de finesse, de précision et de réglages différents.

En termes de sécurité, certains annoncent que ce système est moins sûr qu’une direction mécanique. Mais le système est redondant en cas de panne. Alors qu’avec une colonne de direction, il n’y a pas de redondance. Et puis, les avions de ligne ont-ils des liaisons mécaniques ? Non.

Et en plus, sur le Cybertruck, avec les roues arrière directrices, le rayon de braquage est similaire à une Model S malgré une longueur de 5,7 mètres. Un système que l’on retrouve sur de nombreuses voitures haut de gamme comme par exemple la Mercedes EQE ou la BMW i5.

Cette direction électronique steer-by-wire peut faire baisser les coûts de conception et de production appliqué en grande série. On peut donc l’imaginer sur la future Tesla Model 2.

Prolongateur d’autonomie 100 % électrique

Le Cybertruck intègre pour la première fois de l’histoire, un prolongateur d’autonomie 100 % électrique. Ce qui permet d’augmenter l’autonomie de la voiture électrique, en insérant une batterie supplémentaire dans la benne.

Pour 16 000 dollars, il est possible d’acheter une batterie d’une capacité d’environ 50 kWh. Ce qui ajoute à peu près 200 km d’autonomie au (gourmand) pick-up électrique de Tesla sur le cycle EPA, plus strict que notre cycle d’autonomie WLTP. Ce qui nous amène à environ 800 km d’autonomie.

Le prolongateur d’autonomie existe déjà chez la concurrence… mais en mode thermique. On peut citer la BMW i3 ou le RAM 1500 REV. Ces deux voitures électriques intègrent un moteur thermique (un gros V6 chez RAM) qui sert uniquement à recharger la batterie principale de traction. Avec le bruit et l’odeur !

Est-ce que le prolongateur d’autonomie sera disponible pour la future Tesla Model 2 ? On ne le pense pas, mais c’est une solution qui serait envisageable. On achète la version la moins chère avec le moins d’autonomie de la voiture. Et si on part en vacances, on loue le prolongateur d’autonomie qu’on installe dans le coffre avant (frunk) pour faire de plus longues distances.

Bon, c’est un peu du fantasme, car dans quelques années, 5 minutes seront nécessaires pour recharger sa voiture électrique. Est-ce qu’on aura vraiment envie et besoin d’avoir plus de 300 km d’autonomie sur autoroute ?

PowerShare : le réseau électrique tiendra bon

L’autre grande nouveauté introduite par le Cybertruck et qui devrait se retrouver dans toutes les voitures électriques de Tesla et du monde entier à l’avenir, c’est Powershare. Un terme marketing pour désigner la recharge bidirectionnelle et le V2L, V2H et V2G. La Renault 5 électrique aura le même système en France et en Allemagne au lancement en 2024.

L’immense batterie du Cybertruck permet d’alimenter une maison entière (puissance maximale de 11,5 kW), voire même de réinjecter cette énergie dans le réseau électrique. EDF peut alors vous racheter l’électricité, plus cher que vous ne l’achetez. De quoi faire de sacrées économies.

Tesla annonce qu’il est possible d’alimenter une maison entière (américaine) pendant 3 jours sans recharger le Cybertruck. On peut aussi recharger une autre voiture électrique. Recharger entièrement une Tesla Model 3 Propulsion prendrait environ 5h.

En cas de coupure de courant, la voiture prend le relai. En cas de tension sur le réseau électrique, la voiture prend le relai. Lors des heures pleines, la voiture prend le relai.

C’est cette technologie qui va permettre, en partie, d’éviter les black out lors des recharges des voitures électriques en Europe et dans le monde.

L’exosquelette et le gigacast

Tesla a dû créer un nouvel alliage en acier pour ne pas avoir de corrosion, avoir suffisamment de résistance. Ils ont même inventé un nouvel outil pour pouvoir plier les panneaux de carrosserie avec de l’air pulsé, sans avoir à les toucher. 

L’alliage s’appelle Hard Freaking Stainless, fait 1,8 mm d’épaisseur et constitue un exosquelette. C’est à dire, c’est la structure de la voiture. Ultra résistent : aux balles de pistolets et mitraillettes, mais aussi en cas d’accident.

Le châssis est fait de deux parties uniquement (contre plus de 370 sur les autres voitures) sur laquelle on vient insérer la batterie au milieu. Excellent centre de gravité et excellente résistance, par exemple dans les virages, le châssis ne se tord pas. Autant de résistance à la torsion qu’une supercar.

Certaines Tesla Model Y sont déjà équipées de cette structure en deux parties, ce qui réduit drastiquement les coûts de production. En cas d’accident, on ne sait pas encore si c’est plus coûteux (comme le relève certaines études) ou au contraire, moins coûteux, comme semble le penser Tesla.

Petit bonus : les vitrages du Cybertruck sont en Gorilla Glass (comme sur les smartphones, mais en plus résistant), qui permet d’atténuer les bruits et qui sont incassables en résistant à un impact de balle de baseball lancée à 113 km/h. Ou presque.

Ce qu’on retrouvera réellement sur la Tesla Model 2

Il est clair qu’une partie seulement de ces technologies devrait se retrouver dans la future voiture électrique abordable de Tesla, que beaucoup appellent déjà Model 2. Certaines technologies resteront sûrement l’apanage des modèles les plus haut de gamme, à l’image des roues arrière directrices, de la structure en acier ou encore du prolongateur d’autonomie.

Mais selon nous, le 48 volts, le 800 volts, le PowerShare, la direction électronique steer-by-wire, le réseau Ethernet décentralisé et le châssis en deux parties se retrouveront bien dans la future Tesla à 25 000 dollars.

La production de cette future voiture électrique commencera à se faire à l’usine d’Austin au Texas. On ne sait pas encore quand. Elle sera également produite dans la future Gigafactory de Mexico au Mexique.