Avec des autonomies réelles généralement comprises entre 150 et 300 km, sauf pour les modèles équipés de très grosses batteries comme les Tesla Model S et X, les voitures électriques sur le marché offrent une capacité dont on peut vite atteindre les limites au quotidien. Mais elles progressent.
Ainsi, la Zoé, n° 1 des ventes de modèles électriques en Europe, a beaucoup accru son autonomie ces dernières années, notamment en changeant la composition chimique de ses accumulateurs. Des accumulateurs passés d’une combinaison lithium-oxyde de manganèse (LMO) à une solution lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC), avec pour effet secondaire un allongement...
Avec des autonomies réelles généralement comprises entre 150 et 300 km, sauf pour les modèles équipés de très grosses batteries comme les Tesla Model S et X, les voitures électriques sur le marché offrent une capacité dont on peut vite atteindre les limites au quotidien. Mais elles progressent.
Ainsi, la Zoé, n° 1 des ventes de modèles électriques en Europe, a beaucoup accru son autonomie ces dernières années, notamment en changeant la composition chimique de ses accumulateurs. Des accumulateurs passés d’une combinaison lithium-oxyde de manganèse (LMO) à une solution lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC), avec pour effet secondaire un allongement du temps de recharge. La plupart des batteries des véhicules se basent sur cette technologie lithium-ion et ses variantes, celle qui alimente nos précieux smartphones et autres appareils électroniques.
Du lithium-ion à l’électrolyte solide
Pour l’avenir des batteries, la solution de l’électrolyte solide reste l’une des pistes les plus porteuses de promesses. À commencer par une plus grande capacité et, surtout, une rapidité de charge décuplée, avec à la clé des recharges aussi rapides qu’un plein d’essence ! Autres avantages, une meilleure maîtrise des risques de surchauffe et d’incendie, assurant un niveau de sécurité inégalé, et un coût estimé deux fois moins élevé. Bref, que des avantages, mais il reste un immense travail de mise au point avant d’envisager la production. Toyota pense proposer de telles solutions d’ici 2025. Le japonais était jusqu’à il y a peu absent de tout projet officiel de véhicule électrique, se concentrant sur l’hybride. Mais rattrapé par la vague électrique promise dans tous les marchés, il semble que le constructeur se soit décidé à entrer en frappant un grand coup avec des batteries d’un nouveau type.
De fait, le groupe japonais a annoncé son association avec Panasonic, l’un des fournisseurs majeurs de batteries de véhicules électriques avec les coréens LG-Chem et Samsung SDI, et des fabricants chinois. Un consortium japonais regroupant Toyota, Nissan, Honda et des fabricants de batteries dont Panasonic a aussi été créé. Notons que l’Europe ne veut pas être en reste : un projet de consortium sur le modèle d’Airbus est poussé en ce moment. Un domaine décidément très stratégique.
Avec des moyens sans commune mesure, Fisker annonce lui aussi des batteries à électrolyte solide. Mais son dernier modèle de limousine électrique, présenté en début d’année au CES de Las Vegas, sera dans un premier temps lancé avec de classiques batteries Li-Ion. BMW, Hyundai et des équipementiers sont pareillement sur la brèche pour avancer dans la recherche de la batterie solide idéale.
L’autre axe de recherche prometteur a pour nom graphène, un matériau aux propriétés idéales pour accroître les capacités et la rapidité de charge des batteries. À terme, les pronostics évoquent des autonomies de 600 à 800 km, avec des recharges en quelques minutes. Là encore, il faudra patienter quelques années.
La recharge s’affranchit du câble
Autre évolution : la recharge sans fil par induction est en approche dans l’automobile, tout comme pour certains modèles de smartphone ou de montre connectée. Nous avons pu en voir une démonstration au sein de l’Institut Vedecom qui regroupe des entreprises comme le Groupe PSA, Renault, Valeo, Safran ou Cetim, associées à des organismes de recherche. Cet institut pour la mobilité individuelle décarbonée et durable expérimente la recharge par induction en mouvement sur une portion de route. Le projet est de noyer dans l’asphalte le système de recharge : le véhicule électrique se recharge en roulant, de façon totalement neutre pour les passagers.
D’autres systèmes sont à l’étude pour une recharge sans fil une fois le véhicule stationné. L’américain Qualcomm étudie un système nommé Halo (3,3, 6,6, voire jusqu’à 20 kW) conçu pour charger un véhicule, tout comme la marque propose des systèmes sur ce principe aux fabricants de smartphones. Selon Qualcomm, les pertes de charge d’une voiture sont alors inférieures à 10 % en comparaison d’un câble classique : une efficacité quasi préservée donc. Des constructeurs comme Mercedes planchent aussi sur de telles solutions, plus agréables pour les clients qui évitent de toucher des câbles de charge pas toujours très propres.
Autre piste à suivre, celle du réseau intelligent, le fameux Smart Grid. Branchée sur le réseau, une voiture électrique d’un modèle compatible autorise un flux de courant vers l’extérieur et devient un acteur actif de ce réseau. Cette voiture aidera en effet l’opérateur à stabiliser le réseau et à répondre plus facilement aux pics de demande, à des moments où l’énergie n’est pas requise par le véhicule.
Vers le réseau intelligent
Un formidable retournement de situation face aux détracteurs de l’électrique, qui avancent l’argument de la demande trop forte qu’une flotte électrique pourrait occasionner. En jouant sur les différences de tarifs, ce serait aussi pour les ménages la possibilité d’optimiser leur consommation domestique (vehicle to home), alors que le principe d’autoconsommation est autorisé depuis quelque temps. Bien évidemment, cela fonctionne pareillement pour les entreprises.
Nissan a récemment lancé Nissan Energy Solar au Royaume-Uni. Ce système repose sur le recours à des panneaux solaires pour le domicile, et à des batteries de modèles Nissan 100 % électriques. Grâce à l’automatisation des flux d’énergie, la production d’énergie solaire est favorisée, tandis que la capacité de stockage de la batterie des véhicules est mise à contribution pour optimiser les ressources énergétiques de la maison. Grâce à un module de gestion, les clients pourront piloter la production, le stockage et la consommation d’énergie de leur habitation.
Pour quantifier les gains générés par cette intégration d’un véhicule électrique en situation réelle, Audi mène des tests grandeur nature. Près d’Ingolstadt, la ville de son siège, et près de Zurich en Suisse, le constructeur a implanté des installations photovoltaïques individuelles gérées par la start-up zurichoise Ampard. L’énergie solaire emmagasinée dans les batteries de la voiture est redistribuée selon la demande, en temps réel ou de manière planifiée, pour alimenter la maison ou le système de chauffage.
De son côté, le Groupe PSA participe au projet GridMotion dont le but est d’expérimenter la gestion intelligente de la charge dans les véhicules électriques et, au final, d’évaluer les économies pour l’utilisateur. Les partenaires du projet sont Direct Énergie, Enel, Nuvve, Proxiserve et l’université technologique du Danemark. Une quinzaine de véhicules sont en test dans une configuration bidirectionnelle, avec une mission d’équilibrage du réseau électrique en alternant de courtes périodes de charge et de décharge, tout en respectant les besoins de mobilité des véhicules.
Nous venons de le voir, les batteries peuvent participer à l’alimentation électrique d’une maison. Et elles peuvent tout autant le faire une fois sorties d’un véhicule alors que leur capacité a trop faibli pour offrir une autonomie suffisante. De fait, une batterie réduite à 60% de sa capacité après des années de service reste fonctionnelle pour un rôle de stockage d’énergie stationnaire.
Recyclage : un défi pour l’avenir
Il faudrait compter environ une quinzaine d’années avant que les batteries des véhicules électriques soient finalement mises au rebut et donc recyclées après tous leurs usages primaires et secondaires. Des sociétés spécialisées comme la SNAM se chargent de revaloriser les métaux rares contenus dans les batteries, une fois celles-ci broyées. En 2018, nous n’en sommes qu’au début alors que le parc roulant est encore en grande majorité en fonction. Mais la question du recyclage des premières générations de batteries lithium-ion est devant nous et les filières sont en plein développement, soutenues par les autorités. Car une batterie est à la fois une source de polluants et de richesses, les matières rares pouvant se récupérer et se réutiliser. Voilà un des aspects cruciaux du cycle de vie de la voiture électrique, qui touche aussi à son image : elle doit rester verte jusque au bout.
Des batteries en semi-retraite
Ce que met en place Renault via Renault Energy and Services. D’anciennes batteries de Zoé sont placées telles quelles dans des armoires électriques, avec une fonction de stockage pour des centrales photovoltaïques ou éoliennes, autorisant à passer d’une production forte à faible. Autre usage, rendre indépendant énergétiquement un bâtiment ou lui éviter de passer à la tranche supérieure. Enfin, des batteries rassemblées dans un container auprès d’une borne de recharge donneront une puissance suffisante pour la recharge (ci-contre).
Chez Nissan, on propose des solutions de deuxième vie des batteries avec le produit xStorage pour le stockage à domicile, notamment d’énergies renouvelables stationnaires avec droit à l’autoconsommation. Un partenariat a ainsi été noué avec OK Wind en Bretagne. D’anciennes batteries de Leaf permettent aussi l’éclairage de secours d’un stade entier aux Pays-Bas, une démonstration spectaculaire du potentiel de ces solutions (voir ci-dessus). À suivre.
