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Pourquoi nous ne roulons pas déjà tous à l’électricité ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 29 décembre 2009

 

L’important, c’est la densité !

Rappelons d’abord brièvement qu’au balbutiement de l’automobile l’électricité et le pétrole ont été en concurrence frontale. Et il a fallu plusieurs dizaines d’années pour que le débat soit tranché en faveur des moteurs à combustion interne. La voiture électrique n’est pas une idée neuve, la première voiture à franchir les 100 km/h fut électrique.

Ce qui a définitivement donné raison au pétrole, c’est sa densité énergétique ! Il n’existe pas de moyen plus simple et moins encombrant (en volume et en masse) de stocker beaucoup d’énergie. Dans 1 kilogramme d’essence il y a environ 12 kWh d’énergie alors que le même kilo de batterie contient 150 Wh soit … 80 fois moins (avec la technologie Lithium-Ion, le must aujourd’hui !). Pour le dire autrement pour stocker l’équivalent énergétique d’un kilo d’essence il faut au minimum 80 kilo de batterie.

La réalité industrielle est pire car au delà de la partie « active » de la batterie il y a une masse importante consacrée à un emballage digne de résister à l’ensemble des normes (crash test, résistance aux incendies, etc). Les chiffres avancés par les constructeurs donnent plutôt 25 kWh pour 250 kg de batterie d’où un ratio de 100 Wh par kg soit 120 fois moins que le pétrole.

Au final avec 250 kilos de batterie embarquée dans une voiture, c’est comme si vous veniez de faire un plein de 2 litre d’essence … un système de traction électrique ayant un rendement bien meilleur qu’un système thermique (deux à trois fois) cette énergie équivaut en fait plutôt à 5 litre d’essence … Voilà la contrainte qui pèse sur un véhicule électrique : 250 kilo = 5 litre d’essence (et je ne vous parle pas du prix de ces 250 kg de technologie) ! Rappelons que n’importe quelle voiture embarque aisément 40L de carburant.

Densité énergétique nette, avec prise en compte des rendements de chaines de traction du véhicule - Source : Lino Guzzella, ETH Zurich

Le graphique précédent montre la différence d’énergie embarquée dans un véhicule, par unité de masse, en fonction du type d’énergie et en prenant en compte les différences de rendement des technologies de motorisation (les 12 kWh contenue dans 1 kg d’essence deviennent environ 2,5 kWh réellement disponibles une fois pris en compte les 80% de pertes). Ce graphique met bien en évidence la supériorité des carburants fossiles en général et du pétrole en particulier même avec un rendement d’utilisation largement en faveur de l’électricité.

C’est ce problème de densité énergétique qui explique que le transport occupe une place centrale dans notre dépendance au pétrole. Depuis les deux chocs pétroliers de nombreux secteurs on remplacé le pétrole par d’autres sources d’énergies (par du gaz et du charbon principalement). Si ce remplacement est possible pour des installations fixes, il devient beaucoup plus difficile pour des applications mobiles …. De fait l’automobile est encore aujourd’hui dépendante du pétrole à 98%.

Pour ce qui est du potentiel de développement des batteries, on constate des progrès continus mais pas de rupture. La technologie Lithium-Ion a certes une meilleure densité énergétique qu’une technologie au plomb mais le rapport n’est que de 3 …. Ce n’est pas à ce rythme que l’on rejoindra la densité énergétique du pétrole !

Densité énergétique, prix et autonomie potentiel d’une automobile pour différentes technologies de batteries - Source : EDF

 

Deux approches pour réduire les émissions de CO2 …

Il y un autre angle sous lequel on peut observer ce problème. Les contraintes fondamentales de l’automobile de demain sont la consommation énergétique (de pétrole principalement mais pas que …) et les émissions de CO2.

Pour faire face à ces contraintes on peut distinguer deux approches. La première consiste à opter pour la frugalité en abaissant le besoin énergétique réel du véhicule sans pour autant toucher au rendement global du véhicule. Cela peut se faire en abaissant le poids principalement mais aussi en réduisant les frottements (pneumatiques, meilleur aérodynamisme, etc.).

La seconde consiste à vouloir chercher une réponse technologique qui implique souvent au départ une augmentation des besoins énergétiques du véhicule. C’est cette seconde stratégie qui est pour le moment plutôt suivie par les constructeurs (pour s’en convaincre il suffit de mesurer l’évolution du poids des voitures). Le véhicule électrique s’inscrit dans cette optique. Avant toute chose, pour faire une voiture électrique, il est nécessaire d’ajouter 200 kilo de batterie que le véhicule devra bien déplacer …

Deux approches pour diminuer les émissions de CO2 des véhicules

 

Et alors, quel avenir pour l’électricité ?

Vous l’avez compris le principal problème du véhicule électrique c’est le moyen de stockage de l’énergie. A coté de cela l’électricité représente un levier réel pour réduire la dépendance au pétrole qu’a aujourd’hui l’automobile, et sous certaines conditions diminuer les émissions de CO2. Un véhicule électrique est également technologiquement plus simple (les moteurs thermiques sont d’une incroyable complexité …) et potentiellement plus facile à entretenir (et donc moins onéreux). L’électrification du marché (par des véhicules électriques ou des hybrides rechargeables) constitue probablement une partie de la réponse … mais une partie seulement.