Les voitures électriques et la technologie des batteries commercialisées – Partie 1/2

Dans un monde en pleine transition énergétique dont l’un des objectifs est de réduire de façon drastique les émissions de CO2 pour faire face au changement climatique, les voitures électriques « VE » sont devenues le moyen de transport « propre » populaire. Ces dernières ont réussi à s’imposer au cours des huit dernières années et leur développement ne cesse de croitre (voir figure ci-dessous) grâce aux subventions, à la diminution du coût d’achat mais aussi aux plans mis en place par les gouvernements prévoyant entre autres la fin de la vente de voitures thermiques à partir de 2040 (voir Plan Climat pour la France).
Afin de vous éclairer sur le sujet de VE, nous vous apportons des réponses aux questions les plus posées à ce jour et vous proposons une analyse des prévisions de croissance du marché des VE.

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Quels sont les types de VE et comment fonctionnent-ils ?

Il existe aujourd’hui différentes options électriques se positionnant comme des alternatives à la voiture thermique ou de combustion interne (CI) :

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– Voiture Hybride : elle utilise l’énergie générée au freinage et par son moteur CI pour charger sa batterie. Cette énergie stockée est utilisée pour déplacer la voiture à des faibles vitesses (30 à 50 km/h).
– Voiture Hybride Rechargeable : la voiture possède également un moteur CI et une batterie mais celle-ci doit être rechargée avec le réseau.
– Voiture avec « Range Extender » : Ces voitures utilisent le réseau pour charger leurs batteries mais possèdent également un moteur CI pour les recharger en cas de besoin.
– Voiture Purement électrique : elle ne possède pas de moteur CI et doit recharger ses batteries directement sur le réseau.

Range Extender : adaptation au moteur CI qui permet d’alimenter un générateur électrique pour charger la batterie d’une voiture et augmenter son autonomie.
Points de recharge : Les trois derniers types de voitures dans la liste sont dépendants du réseau électrique. Les utilisateurs doivent donc prévoir la localisation de points de recharge (en 2018 il y a 193 900 points de recharge dont 11% sont accessibles au public) pour compenser le rang de mobilité qui dépend aussi du type de véhicule (ex : les véhicules purement électriques possèdent un rang de mobilité d’environ 400 km).

Les voitures électriques (VE) sont-elles vraiment écologiques et non polluantes ?

NON, les voitures électriques polluent indirectement à chaque recharge. Le niveau de pollution qu’elles génèrent est directement lié au type de technologie du véhicule et aux types de sources de production d’électricité que la batterie utilise pour se recharger, Comme expliqué dans l’article « How green are electric cars » de The Guardian écrit par Séan Clarke le 21 décembre 2017.
Nous pouvons observer différents degrés de pollution en fonction du mix de production d’électricité par pays. Une voiture électrique en Chine pollue plus qu’une voiture en France ou en Norvège à cause du pourcentage d’électricité généré à partir des dérivés du pétrole. Dans les figures suivantes, la production de CO2/km est donnée en fonction des différentes sources d’électricité (fuel, éolien nucléaire et le mix moyen de sources en Europe).
La VE est un moyen de transport moins polluant que le véhicule thermique mais elle doit être accompagnée d’un mix énergétique respectueux de l’environnement pour avoir un bon impact sur les émissions de CO2.

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Quels sont les composants des batteries des voitures électriques actuelles ?

Les batteries des VE ont suivi des évolutions et améliorations continues. Les batteries Plomb-Acide (1859, Gaston-Planté) équipaient les premiers modèles de VE, succédées par les nickel hydrures métallique (1989, Daimler et VW) moins polluantes et finalement les batteries Lithium-ion (1991, Sony) qui sont les plus utilisées à l’heure actuelle.

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Ces dernières permettent de profiter d’une meilleure densité énergétique (énergie stockée par kg – environ 250 Wh/kg) et ne sont pas seulement utilisées dans le secteur automobile mais aussi dans les smartphones et ordinateurs. Elles sont composées de trois éléments principaux : L’anode fabriquée communément à partir de graphite (C), l’électrolyte composé des sels de Lithium et un solvant organique, la cathode (dont il existe différentes formulations).

Lithium : composant essentiel des batteries Lithium-ion, ces ions transportent l’énergie entre l’anode et la cathode pour charger ou décharger. Les ressources les plus grandes sont localisées en Amérique du sud, plus spécifiquement en Argentine, Chili, et Bolivie (75% du Li utilisé dans le monde provient du « Triangle de Lithium »).

La composition des cathodes des voitures purement électriques les plus vendues est :

Pour la Nissan Leaf : LiMn2O2 ; ces batteries possèdent une densité énergétique modérée et un faible coût.
– 100% Manganèse : Métal abondant produit principalement en Australie, Chine, Gabon et Afrique du Sud avec un marché bien développé grâce à son importance dans la production d’acier.

Pour la Tesla Model S : LiNiCoAlO2 ; Ces batteries sont connues pour leur forte énergie spécifique et leur coût élevé.
– 80% Nickel : cinquième élément le plus commun au monde, il a une bonne disponibilité. Cependant ce marché reste sensible de par la localisation géographique des ressources. En 2014 l’Indonésie stoppa l’export du nickel ce qui provoqua une augmentation de 50 % de son prix sur le marché mondial.
– 15% Cobalt : élément rare, on le retrouve principalement en République Démocratique du Congo (65% de la production mondiale). Il a permis aux batteries Lithium-ion d’atteindre les niveaux de densité énergétique qu’on leur connait et les a rendues attractives sur le marché. C’est un métal exploité par des entreprises dont les moyens d’exploitation ont été soupçonnés de corruption et de travail infantile.
– 5% Aluminium : métal courant dont le marché est stable. Il n’est pas seulement dans le corps des batteries mais dans la plupart du châssis des VE pour la réduction du poids.

Le prix : L’évolution du prix des batteries Lithium-Ion a fortement diminuée depuis 2008 avec la création de grandes industries spécialisées qui ont augmenté la production et ont rendu les prix plus attractifs.

Nous ne pouvons ignorer le rôle qu’a le cuivre dans la construction des VE, Il représente environ 8% des matériaux utilisés dans les batteries. Une voiture électrique peut utiliser jusqu’à 96 kg de cuivre pour sa construction.

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Pour en savoir un peu plus sur les batteries nous vous recommandons la série infographique « The battery series : The evolution of Battery Technologie » faite par Visual Capitalist et publiée le 22 juin 2016.
D’après le site Battery Universiy trois différents types de batteries ont un ensemble de caractéristiques intéressantes pour le marché des VE. La VE Nissan (modèle Leaf) possède une batterie en LiMnO4 et la Tesla (modèle S) une batterie LiNiCoAlO2. D’autre part Tesla utilise les batteries de types LiMnCoO2 pour les Tesla Power Wall (utilisées pour les maisons connectées) et possiblement les Tesla Semi (transporteurs).

Elon Musk, CEO de Tesla, a déclaré en juin 2018 vouloir intégralement retirer le cobalt de ses batteries. Il informe que le dernier modèle de Tesla (modèle 3) a des batteries avec seulement 3 % de Co.
Selon l’article « Exciting Developments In NMC 811 Lithium Battery Technology » écrit par Christopher Arcus, Les prochaines générations de batteries pour les VE tendent à être de type LiNiMnCoO2. Les développeurs cherchent également des optimisations à cette formulation, comme pour la NMC 811 (batterie avec un pourcentage moindre en cobalt).

Est-il possible de recycler les batteries des voitures électriques ?

Oui mais en partie seulement ! Le cobalt, le nickel et le cuivre sont récupérés en totalité, Ce qui n’est pas le cas du Lithium : 1% seulement est recyclé à cause des standards de pureté. Un article de Philippe Gauthier vous éclairera davantage sur ce sujet. Les batteries sont en fin de vie dans les VE quand elles ne sont plus assez performantes pour permettre une autonomie suffisante. Cependant elles peuvent être encore utilisées à d’autres fins.

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By |2019-04-10T10:20:44+00:00janvier 18th, 2019|News|0 Comments