Forces et faiblesses de la voiture électrique Groupe N°1 : BELEC Fabien LE GLEAU Anthony Vendredi 05 Novembre 2010 Développement durable

Sommaire L’histoire de la voiture électrique Les énergies fossiles L’électricité et le transport La voiture électrique Les batteries Une approche économique Une voiture électrique écologique ? Conclusion

La première voiture électrique En 1859, Gaston Planté met au point la batterie Plomb/Acide La première voiture électrique a été construite en 1884 par l’anglais Thomas Parker Construite en 1884 par l’anglais Thomas Parker

Le cap des 100 km/h Le véhicule électrique trouve ses lettres de noblesse dans l’histoire automobile en faisant tomber des records. Aux premières heures des courses automobiles, les voitures électriques surpassent leurs concurrentes thermiques. Le premier véhicule à passer la barre des 100km/h fut la Jamais Contente, en 1899 en Belgique. Cette automobile électrique était munie de pneus Michelin et les batteries représentaient la moitié du poids du véhicule électrique, soit 750kg. La JAMAIS CONTENTE a été le premier véhicule automobile à franchir le cap des 100 km/h (105 km/h) en 1889. 2 moteurs placés à l’arrière et de puissance totale de 50kW (68ch) Poids du véhicule : 1,5 T

Le déclin de l’électricité Ford Model-T, première voiture produite à la chaine Deux éléments notoires vont brutalement freiner les premiers succès de la voiture électrique. En premier lieu :les progrès technologiques dans le domaine des batteries, éternel talon d’Achilles des véhicules électriques, vont végéter. En second lieu : les progrès du moteur à explosion sont continus. Le coup de grâce sera ensuite donné à la voiture électrique par le lancement de la Ford T dès 1908, qui marquera petit à petit la démocratisation du véhicule thermique personnel.  L’histoire bascule alors, les véhicules thermiques bénéficient de l’ère de l’essence bon marché. C’est le début de l’âge moderne de l’automobile. Les raisons de l’abandon de la voiture électrique pour le thermique : Véhicule moins cher Autonomie plus élevée Faible prix du pétrole

Les énergies fossiles Aujourd’hui les énergies fossiles sont sur le déclin. La faute à un produit qui est de plus en plus rare et de plus en plus cher. Mais également à la prise de conscience de l’impacte du rejet de CO² dans l’atmosphère.

La fin du pétrole … Création d’une alternative au pétrole pour les véhicules Lutte contre l'émission de gaz à effet de serres Flambée des cours du brut Épuisement des énergies fossiles L’épuisement des énergies fossiles La flambée des cours du pétrole La lutte contre l’émission de gaz à effet de serres Nous amène aujourd’hui à nous diriger vers une nouvelle solution afin de créer une alternative au pétrole pour les véhicules.

L’électricité et le transport Domaines d’applications : Ferroviaires ( TGV, Métro, … ) Naval ( Cargos, sous-marins ) Avantages : Meilleures performances Moins d’entretiens Meilleure durée de vie Récupération de l’énergie au freinage Inconvénients : Alimentation externe Autonomie (stockage de l’énergie) Aujourd’hui l’électricité est avant tout employé dans les domaines du ferroviaires ( TGV, Métro, trains … ) mais aussi dans le domaine navals ( gros bateaux, sous marins)

Construction d’une voiture Châssis + Batteries Onduleur La construction d’une voiture électrique est plus simple qu’une voiture thermique. Les 3 parties nécessaires sont : Le châssis avec ses batteries L’onduleur qui permet de transformer l’énergie continue stocker dans les batteries en énergie triphasés alternatives. Le moteur, généralement triphasés permet d’entrainer la voiture sans boite de vitesse. Cela permet d’améliorer encore la fiabilité de la voiture Moteur + transmission Voiture prête à l’emploi

Opel Ampera / Chevrolet Volt Quelques modèles Opel Ampera / Chevrolet Volt Tesla Roadster L’Opel Ampera pour l’Europe et la Chevrolet Volt pour l’Amérique du Nord est une voiture a propulsion électrique mais qui dispose également d’un moteur thermique pour recharger les batteries. Elle a une consommation de l’ordre de 1,5 l/100km. Prix entre 20000€ et 30000€ La Tesla Roadster est une voiture sportive développant l’équivalent de 250ch. Elle est construite sur la base de la Lotus Elise (Constructeur Anglais) et la philosophie du « Light is right ». Son autonomie et de 400km dû à son faible poids. Prix : 99000€ La Citroën Survolt est un concept-car 100% électrique. Il devrait être produit à de petites quantités mais préfigure ce que seront les futures voitures électriques de Citroën. La Nissan Leaf sera disponible courant Novembre de cette année en concession au prix de 30000€ (batteries incluses), aides de l’état déduites. Nissan annonce une autonomie de 160km. De plus il sera possible de la recharger à 80% en 30 minutes sur une borne de recharge rapide. Citroën Survolt Nissan Leaf

Quelle technologie pour les batteries d’aujourd’hui ? Batterie Varta - Li-ion Embarquer un maximum d’énergie pour un encombrement minimal, c’est le défi de tout type de transport et la voiture électrique n’échappe pas à cette contrainte. Les énergies fossiles sont à la fois une source et un contenant d’énergie. En brulant 1 kg d’essence, il est possible de générer 12000 Wh d’énergie. La densité énergétique est définie par ce rapport poids/puissance et détermine les performances d’autonomie de la voiture electrique. Les batteries lithium-ion ont une densité énergétique de 150 Wh/kg à 190 Wh/kg, soit cinq fois plus que le plomb. Mais cela reste 8 fois moins que les carburants liquides. Les batteries lithium polymére on une durer de vie plus longue , mais leurs puissance maximal et largement plus faible, La plus part des constructeur on choisit la lithium ion , seul le groupe bolloré a fait le choix de lithium polymére . La problématique est de trouver la solution qui combine performance et longévité dans le temps, De gros progrès sont donc encore à faire pour augmenter la densité d’énergie des batteries sans que leur durée de vie ne soit trop inférieure à celle des voitures électriques. Batterie Bolloré – Lithium métal polymère

Et celles de demain ? Fluor (Contour Energy Systems) Capacité de stockage 2 à 3 fois plus élevée qu’actuellement Lithium-Soufre (BASF & Sion Power) Densité énergétique maximale de 2600 Wh/kg (160 actuellement) Lithium-Air (IBM) Densité énergétique maximale jusqu’à 5000Wh/kg Sortie prévue vers 2020 Si le lithium venait vraiment à manquer ( c)e qui est peut probable) , la voiture électrique à batterie ne serait pas morte pour autant. D’autres perspectives restent envisageables.. Des équipes de chercheurs travaillent sur différent type de batterie tel que : Le fluor , le lithium soufre le lithium air Volvo travaille actuellement sur un projet de matériau capable de transformer l’enveloppe même du véhicule en batterie ultra légère. Le nouveau matériau composite constitué de fibres de carbone , de fibre de verre et de résines polymères ainsi créé, offre robustesse, flexibilité et une légèreté permettant de l’utiliser comme pièce de carrosserie. Selon Volvo, ce nouveau matériau permettrait de diminuer le poids des véhicules électriques de 15 % tout en se rechargeant plus rapidement que les batteries traditionnelles. Projet Volvo : Transformer la carrosserie en batterie

La recharge Les besoins en charge des véhicules électriques seront les suivants : La charge à la maison La charge du véhicule électrique au travail La charge en parking public ou en voirie La charge de la voiture électrique en station service L’échange de la batterie en station automatique L’infrastructure de charge de la voiture électrique devra répondre à deux objectifs : ●parer à la faible autonomie des véhicules électriques, véritable talon d’Achille de la voiture électrique, en généralisant les points de charge ●être visible et rassurant : rassurer le client sera un point clé pour réaliser les ventes de voitures électriques. L’infrastructure de charge déployée sera garante de l’efficacité de la voiture electrique. Des stations de charge rapides et d’échange de batteries electriques devraient donc être déployées pour la voiture électrique. * La charge à la maison : le temps de charge principal de la voiture electrique sera à la maison. En effet, au parking ou dans le garage, la voiture électrique sera rechargée la nuit pour être pleine le matin. Cela devrait représenter environ 80% des charges de véhicules électriques. * La charge du véhicule électrique au travail : le véhicule électrique est principalement adapté aux trajets travail-domicile. Le deuxième type de charge de la voiture electrique sera donc réalisé sur le parking du travail. Ainsi, en fin de journée, le véhicule electrique disposera de la puissance nécessaire pour réaliser le trajet retour. * La charge en parking publique ou en voirie : la charge publique de la voiture électrique sera le principal mode de charge pour les citadins ne disposant pas de parking privatif. Elle sera également disponible lors des trajets en ville, avec des temps de charges variables. * La charge de la voiture électrique en station service : Des « stations services électriques » seront mises en service. L’objectif de ces stations sera de recharger 80% de la batterie de la voiture électrique en 20 minutes afin de permettre de réaliser un trajet plus long que d’ordinaire. Ce sera principalement une formule de dépannage car elle accélère le vieillissement de la batterie du véhicule électrique. * L’échange de la batterie en station automatique : Le déploiement de stations d’échange de batteries est une option prévue par différents constructeurs automobiles. L’objectif est qu’en moins de 5 minutes, la batterie de la voiture électrique soit échangée par une batterie chargée. Puisque les batteries seront en location, le conducteur d’une voiture electrique n’aura pas la crainte d’échanger une batterie neuve contre une batterie moins performante. La qualité de l’ensemble des batteries sur le parc sera garantie par le gestionnaire du réseau.

Bonus écologique pour l’achat d’une voiture neuve Les aides de l’état Les véhicules émettant moins de 60 g CO2/km (appartenant à la catégorie d’homologation des voitures particulières ou des camionnettes) bénéficient actuellement d'une aide à l'achat de 5 000 euros. C'est le cas des véhicules électriques bien sûr (l'aide accordée ne peut pas excéder 20 % du coût d'acquisition toutes taxes comprises du véhicule augmenté du coût des batteries si celles-ci sont prises en location). Un coup de pouce financier non négligeable quand on voit le prix de vente élevé des voitures dotées de technologies environnementales Etiquette écologique Bonus écologique pour l’achat d’une voiture neuve

Cout d’une voiture électrique Les batteries sont encore très ( trop) chère: Même en déduisant le superbonus garanti par l’Etats jusqu’en 2012, le prix des premières voitures électrique est prohibitifs: 30.000€ euros pour une citadine comme la Citroën C-Zéro. Certain constructeur comme Renault ont décidé de louer ses batteries pour la Kangoo ZE vendu 15.000€ (super bonus inclus), il en coutera 72 euros HT par mois sur quatre ans Le coût des batteries lithium est aujourd’hui de l’ordre de 600 €/kWh. Il y a donc de gros efforts à faire. Le cout important des batteries des voitures électriques s’explique surtout par leur faible volume de production, d’abord parce qu’il n’y a pas encore de demande, et aussi que les outils de production sont calibrés pour des petites séries de prototypes. Le lancement d’un véhicule électrique populaire et les volumes qui en découlent devrait grandement contribuer à limiter les coûts de la batterie. A long terme , pour les personne utilisant beaucoup leur voiture ,l’achat d’une voiture électrique peut devenir rentable compte tenu de cout d’utilisation plus faible (moins de carburant, moins d’entretien) Citroën C-Zéro

Recyclage Les batteries d’une voiture électrique comptent environ 15 kg de lithium. Ainsi, pour un marché mondial de 60 millions de véhicules électriques en 2008, il faudrait 1 million de tonnes de lithium pour les batteries. Ce chiffre est démesuré par rapport à la production mondiale : 30 000 tonnes en 2008. Pourtant, les ressources existent. Les réserves mondiales sont estimées à 11 millions de tonnes, principalement dans des gisements inexploités, Mexique, Chine ,Afganistan. Toute la filière d’approvisionnement est à créer, principalement dans des régions peu stables politiquement. Le développement de la voiture électrique risque donc d’avoir autant d’impacts géopolitiques que l’exploitation des gisements d’énergies fossiles. Le lithium est également présent dans les océans, en très faible concentration (0,2 g/m3) mais des chercheurs travaillent déjà à la mise en place de techniques d’extraction en Asie. Une partie importante d’approvisionnement en lithium pourrait donc rapidement être le recyclage, une fois la première génération de batteries utilisées. Cela apparaît comme un point crucial pour que l’équation économique de la batterie lithium reste équilibrée. Deux solutions existent pour récupérer les matériaux de la batterie de la voiture électrique : chimique ou thermique. Les filières de recyclage restent à créer mais nul ne doute qu’elles se mettront rapidement en place si les voitures électriques se développent. Recupyl obtient 130 kg de cobalt, 290 kg d'acier inox, 85 kg de lithium, 80 kg de cuivre et 240 kg de résidus (papier, plastiques) à partir d'une tonne de batteries (jusqu'à 98 %)

Bilan CO2 de la voiture électrique g/km Mode de production de l'électricité Chine Etats-Unis Europe France Nucléaire   Gaz Charbon

Conclusion Avantages : Performances Moins d’entretiens Durée de vie CO²/km (selon pays) Aucun bruit Recharge à domicile/au bureau Inconvénients : Autonomie Prix CO²/km (selon pays)