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La révolution du lithium
Si la voiture électrique n’a jusqu’ici pas réussi à s’imposer face au véhicule à moteur thermique, plus efficace au plan énergétique, elle
revient en force au début du XXIe siècle grâce à une avancée technologue majeure :
les batteries au lithium (notamment
le Lithium-ion). Issues du monde de l’électronique portable, celles-ci font leur apparition dans l’automobile pour la première fois en 1996 sur le prototype
Nissan Prairie Joy, développée avec Sony Corporation.
Bien plus performante, cette nouvelle génération d’accumulateurs au Lithium-ion va ouvrir de nouvelles perspectives au véhicule électrique. Dès lors, concept-car et expérimentations à petite échelle s’enchaînent. C’est l’émulation générale. Avec comme plus bel exemple la très sportive
Tesla Roadster, armée de packs de batteries Li-ion, et commercialisée depuis 2005 par la jeune firme américaine Tesla Motors. Les stars américaines l’adoptent ; désormais, la voiture électrique sort de l’ombre et peut aussi faire rêver. Tout le monde lorgne sur cette technologie d’avenir.
En Chine, le constructeur
Byd investit massivement dans ce domaine après avoir présenté en 1998 la F3DM, premier modèle hybride rechargeable équipé de batteries Li-ion. Si bien que l’homme d’affaire américain Warren Buffet décide, à la surprise générale, d’investir 230 millions de dollars dans l’entreprise acquérant ainsi 10 % de son capital.
Le groupe américain GM mise également sur la technologie Li-ion pour produire son future modèle hybride rechargeable, la Volt, censée redresser l’industrie automobile américaine et sauver le groupe de la faillite.
Tandis que
l’Alliance Renault-Nissan lance une grande offensive sur le front du véhicule
100% électrique avec plusieurs modèles bientôt commercialisés : la Nissan Leaf et la Renault Fluence notamment. Une nouvelle ère commence.
Si la batterie Lithium-ion semble s’imposer chez la plupart des constructeurs, des alternatives existent. Ainsi le fabricant de batteries français Bolloré mise sur le
Lithium-Polymère avec sa BlueCar.
Avantage de ce type de batterie : elles sont plus stables (donc plus sûres) et disposent d’une meilleure capacité massique (une autonomie accrue d’environ 250 km). Seul problème, elles ne supportent pas la recharge rapide et tolère moins de cycles de recharges normales au cours de leur vie.
Par ailleurs,
les anciennes batteries nickel-hydrure métallique (
NiMH) restent encore d’actualité sur les véhicules hybrides actuels, telle que la Toyota Prius. Cela pour des raisons de coûts plus faibles et parce qu’elles permettent d’apporter un complément de puissance au moteur thermique.
Les avantages du lithium-ion
Par rapport aux accumulateurs nickel-hydrure métallique (NiMH), les
batteries Li-ion progressent à tous les niveaux (taille, poids, puissance et performances). Elles disposent en effet d’une plus grande densité énergétique et donc d’une capacité de stockage plus importante. Résultat : elles permettent d’assurer au véhicule électrique ou hybride rechargeable une autonomie enfin acceptable,
entre 100 et 200 km, soit 2 à 3 fois plus de kilométrage qu’avant.
Autre avantage des batteries Li-ion :
elles ne connaissent pas d’effet mémoire et donc ne craignent pas les cycles de recharge incomplets.
Contrairement aux anciennes batteries qui, en cas de charges partielles, accusent une chute brutale de leur capacité et donc une usure prématurée.
Par ailleurs, de gros progrès ont été réalisés en matière de
durabilité : une batterie Lithium-ion est censée
conserver 80 % de sa capacité à partir de sa sixième année de vie et jusqu’à son dixième anniversaire. "
Une belle autonomie générale a été atteinte", estime Bruno Monsuez, enseignant chercheur à l’ENSTA (Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées).
Une sécurité maitrisée
Comme tout système de stockage d’énergie, une batterie n’est pas un objet inerte. Du fait de sa
densité énergétique importante, elle est susceptible de causer des courts-circuits, lesquels peuvent provoquer des incendies voire des explosions. "
Plus l’ampérage est important, plus le risque est élevé " rappelle Bruno Monsuez, de l’ENSTA. "
Il faut donc optimiser l’assemblage et le positionnements des éléments, et bien les isoler entre eux".
Longtemps jugées dangereuses, les batteries Li-ion pour véhicules sont devenues sûres. "
Aujourd’hui, la plupart des risques ont été levés. De nombreux crash-test ont été réalisés au cours des dix dernières années et on dispose aujourd’hui d’un bon retour sur expérience."
La conception des batteries fait l’objet de grandes précautions, notamment au niveau des matériaux (à base de manganèse), de la structure (laminée pour contrôler la chaleur) et de la gestion.
Conçue comme un bloc compact isolé du reste de la voiture, la batterie doit pouvoir résister aux chocs et être protégée aussi bien à l’extérieur qu’à l’intérieur. Ainsi tous les éléments de la batterie sont réunis dans un même caisson métallique ou en matériaux composites, et non répartis dans le véhicule pour faciliter leur intégration.
Solide mais lourde,
une batterie pèse entre 150 et 300 kg. Elle nécessite donc une implantation particulière. En général, elle est placée en position ventrale et centrale au niveau du châssis, le plus bas et le plus à plat possible pour optimiser le comportement dynamique du véhicule et éviter les risques de retournement.
Recharge normale et rapide
La
charge complète d’une batterie Li-ion standard dure environ
4 à 8 heures.
L’opération est simple et peut être effectuée n’importe où à partir d’une prise secteur (voir prochain paragraphe), chez soi, au travail, dans la rue, les parcs de stationnement ou les centres commerciaux. Potentiellement, les points de recharge sont bien plus nombreux que les stations distribuant du carburant.
Autre avantage du lithium-ion, la
charge rapide qui permet de remplir sa batterie à
80 % en
20 minutes grâce à un équipement spécifique et une source haute tension (400 Volt, 63 Ampère, triphasé).
Selon les experts,
près de 95 % des besoins seront toutefois couverts par la charge "normale" (230 Volt, 16 Ampère, monophasé).
La charge rapide restera néanmoins nécessaire pour rassurer l’usager ou pour lui apporter secours en cas de panne. Elle pourra également être envisagée par le biais de sources d’énergies complémentaires, tel que
le solaire ou l’éolien. Une solution intéressante pour les entreprises capables de produire leur propre électricité dans le cadre d’installations portuaires (terminaux de bus, grandes flottes…).
Standardisation des prises, technologie sans fil et plateformes d’échange.
Actuellement, constructeurs automobiles, équipementiers et énergéticiens travaillent à définir des prises et des socles électriques normalisés et universels pour permettre aux usagers de recharger facilement leur véhicule électrique ou hybride rechargeable.
Différentes des prises domestiques standards, les prises de charges pour véhicules électriques seront donc « dédiées » et « spécifiques » afin de supporter des contraintes thermiques et mécaniques fortes (branchements et débranchements fréquents).
Elles devront s’adapter aussi bien à la charge lente que rapide, et
être installées en tout lieu (parking, voiries, domicile…) et partout en Europe.
Un groupe de travail franco-allemand, animé par EDF et Daimler, a déjà rendu ses conclusions en vue d’une future normalisation européenne. En attendant, l’offre de connecteurs pour véhicule électrique est déjà multiple : la société japonaise Yazaki et l’allemand Mennekes proposent chacun des produits dédiés.
A l’avenir, il sera également possible de
recharger un véhicule électrique ou hybride sans connexion directe, donc sans fil, en utilisant le
principe d’induction : un champ magnétique qui génère un courant sur une bobine distante.
Nissan travaille déjà sur ce système et envisage de le proposer en option sur la Leaf.
Basée en Virginie, la société américaine Evatran prévoit, elle, de lancer fin 2010 un
système de recharge sans fil compatible avec plusieurs types de véhicules.
L’autre solution et l’alternative à la recharge manuelle des batteries, c’est la
location. Le principe :
remplacer sa batterie dans une station au lieu de la recharger.
Entièrement automatisée, l’opération de démontage-remontage prend environ trois minutes. Cette solution, proposée par la société californienne
Better Place en partenariat avec l’Alliance Renault-Nissan, est en cours de déploiement en Israël. Le projet nécessite l’installation d’une infrastructure lourde sur l’ensemble du territoire, mais elle pourrait à termes
faire baisser le coût des batteries.
