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En route pour l'auto branchée

Depuis peu, la voiture électrique revient sur le devant de la scène. Mais il reste des obstacles à surmonter avant d'envisager un large déploiement de ces véhicules en ville.

Microcar M.GO electricLa voiture électrique sera-t-elle bientôt en mesure de remplacer la voiture thermique ? Ici la M.GO electric, dernière née de Microcar.
© Jean-Pierre Salle / Microcar

La voiture électrique, on en parle depuis longtemps. En effet dès 1899, une voiture électrique, la Jamais Contente, bat le record des 100 km/h. Quinze ans plus tard, un tiers des voitures américaines sont électriques. Seulement voilà, dès cette époque elles se heurtent à de sérieuses concurrentes : des voitures à motorisation thermique moins chères, plus fiables, et surtout dotées d’une bien meilleure autonomie ! Pour l’électrique, c’est le début de la traversée du désert. Le premier choc pétrolier, dans les années soixante-dix, verra resurgir de nouveaux modèles des cartons des ingénieurs. Mais dans les années quatre-vingt-dix, les expériences de commercialisation avorteront, faute de clients !

"L’histoire de la voiture électrique n’est pas un long fleuve tranquille," résume Philippe Pinchon, directeur du Centre de résultats moteurs énergie de l'IFP, organisme public de recherche et de formation dont la mission est de développer les technologies et matériaux du futur dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Aujourd’hui, en dépit des échecs passés, une majorité de constructeurs parient à nouveau sur l’électrique. Il faut dire que les transports brûlent 55 % du pétrole mondial, principalement sur route, et comptent pour environ 20 % des rejets de CO2, autrement dit, 13 % des gaz à effet de serre. Or, réchauffemenLa Jamais Contente - Voiture électrique 1899Cette torpille est le premier véhicule électrique à avoir franchi le cap des 100 km/h à Achères (Yvelines) en 1899.
© MAE / Alexandre Fernandes
t climatique oblige, il faut impérativement diminuer ces rejets. Outre les carburants alternatifs (biocarburants, biogaz, gaz naturel,…) et l’amélioration des performances des voitures (plus aérodynamiques, plus légères, avec un meilleur rendement…), l’électrique apparaît ainsi comme une des solutions.

Cette fois, il n’est plus question de remplacer toutes les voitures thermiques par des véhicules strictement électriques. Les difficultés techniques sont trop importantes. Ce sont donc des voitures hybrides, combinant moteur thermique et électrique (partie 1) qui sont apparues sur le marché depuis la fin des années quatre-vingt-dix. Et désormais, les chercheurs planchent sur deux objectifs : des véhicules hybrides dits "rechargeables" pour un usage mixte à la fois sur courte et longue distance (partie 2), et des véhicules électriques réservés à une utilisation urbaine pour de courtes distances (partie 3).

01.Hydrides en tous genres

PriusLa Prius de Toyota est le full hybride le plus connu et le mieux vendu : 1,5 million de véhicules écoulés depuis 1997.
© TOYOTA
Micro-hybrides, mild hybrides, full hybrides… des véhicules hybrides, il y en a aujourd’hui toute une panoplie. Avec des consommations allant décroissant selon la complexité des technologies utilisées, mais des prix évoluant dans le sens inverse.

"Les plus simples, les micro-hybrides, explique Philippe Pinchon, sont équipés d’un système coupant le moteur dès qu’il tourne au ralenti, à l’approche d’un feu rouge ou dans les embouteillages." C’est le fameux Stop & Start développé sur plusieurs modèles déjà commercialisés. Ce système, basé sur une machine électrique et liée par une courroie au moteur thermique, permet d’économiser 5 à 7 % de carburant en conditions normales mais jusqu’à 15 % quand la circulation est très dense. Or son surcoût est limité : quelques centaines d’euros, pas plus. Si bien qu’au salon international de Genève du printemps 2008, "un nombre impressionnant de constructeurs ont annoncé en équiper leurs futurs véhicules," rapporte Philippe Pinchon.

Un cran au-dessus, les mild-hybrides fonctionnent avec un petit moteur électrique placé entre la boîte de vitesse et le moteur thermique, et une batterie de 40 à 150 volts. Ce moteur électrique assiste le moteur thermique en lui donnant "un coup de pouce" lors des accélérations. Il fait baisser la consommation de 15 à 20 % sur un trajet mixte, et d’environ 30 % en ville. Avec un surcoût intermédiaire entre le micro et le full hybride. Quant au full hybride, il roule grâce au moteur électrique lorsque la vitesse est faible et les arrêts fréquents, bascule en mode thermique dans le cas contraire, voire, cumule les deux puissances lors des pointes d’accélération : il permettrait ainsi jusqu’à 40 % d’économies dans le trafic urbain d’après Toyota, constructeur de la Prius, numéro un mondial des ventes de véhicules hybrides (1,5 million de véhicules écoulés depuis 1997). Actuellement, on tente de rendre ces full hybrides rechargeables pour qu'elles soient plus efficaces et donc plus attractives pour le consommateur (partie 2).

Impact environnemental selon le type de véhicule Schéma illustrant l’impact environnemental selon le type de véhicule.
© ADEME

Un point faible tout de même : tous ces hybrides carburent à l’essence. Or, comme le souligne Philippe Pinchon, "la consommation de carburant d’un moteur à essence est aujourd'hui supérieure d’environ 25 % à celle d’un moteur diesel," : la solution la plus efficace serait donc de combiner le moteur diesel à l'hybridation. D’autant qu’avec les nouvelles réglementations européennes, les diesels tant critiquées autrefois disposent désormais de pots catalytiques les rendant beaucoup moins polluantes.

Les diesels hybrides sont d’autant plus cruciaux que le consommateur préfère le véhicule diesel, moins cher à la pompe. Ainsi, ces modèles représentaient plus de 70 % du marché français en 2008. Mais peu de modèles sont prévus à court terme : si PSA annonce la sortie d’un gros monospace hybride diesel de haute gamme pour 2011, il n’y a pour l’instant que des déclarations d’intérêt chez les autres constructeurs. "Cela s'explique par le surcoût important lié à l'hybridation, auquel s'ajoute le surcoût du passage aux normes européennes antipollution EURO VI. Prévues pour 2013, ces nouvelles normes sont particulièrement onéreuses pour le diesel," justifie l’expert. Les chercheurs sont donc davantage portés sur une amélioration des hybrides essence, et notamment de leur autonomie, principale difficulté sur laquelle ils butent…

02.Demain, des voitures hybrides rechargeables

  Actuellement, les full hybrides les plus connues, qu’on appelle d’ailleurs abusivement "hybrides", font de très petites distances en mode tout électrique… 2 km, pas plus. Résultat : leur intérêt est très vite limité. Afin d’augmenter leur autonomie, on cherche à les doter d’un plus gros moteur électrique. Le problème réside alors dans la batterie qui, dans ce cas, ne peut se satisfaire d’une recharge classique.

Schéma Cleanova - Modèle tout électriqueSchéma de fonctionnement d’une Cleanova, voiture tout électrique.
© SVE

En effet, la recharge des batteries des véhicules conventionnels comme des véhicules hybrides se fait généralement lorsque la voiture roule ou freine. Pour les véhicules électriques, parés de plus gros moteurs que les hybrides, la recharge se fait sur le secteur électrique - celui qui alimente les appareils ménagers d’une maison. Si l’hybride possède lui aussi un gros moteur il lui faudra, tout comme les véhicules électriques, brancher ses batteries sur le réseau électrique avec une simple prise de courant : c’est le concept "plug in", ou hybride rechargeable, envisagé par la plupart des constructeurs, et d'ores et déjà prévu pour 2011 par General Motors qui développe actuellement une Volt rechargeable dont l’autonomie devrait atteindre 60 km.

Une réserve toutefois, ce genre de véhicules n’aura vraiment d’impacts sur les rejets de gaz à effet de serre que si la production d’électricité se fait sans combustible fossile : ce n’est donc pas une bonne solution dans tous les pays, notamment en Chine, où l’essentiel de l’électricité provient de la combustion du charbon … À terme, il faudra peut-être envisager des options différentes selon les modes de production d’énergie, les régions et bien sûr, les usages.

En France, de tels véhicules rechargeables sont à l’étude à l’IFP, qui participe à plusieurs projets de recherches. L’organisme travaille ainsi à la mise au point d’un véhicule hybride rechargeable multicarburants, d’un utilitaire hybride rechargeable, ou encore, de bus électriques ou hybrides à recharge rapide. Véhicule hybride - Système d'alimentationSur ce système d’alimentation, on peut voir la prise pour brancher le moteur électrique et l’ouverture pour remplir le réservoir de combustible.
© Istock

Dans le cadre du plan national "véhicule décarboné", initié après le Grenelle de l’environnement, l’IFP a mis au point un projet à Strasbourg : l’utilisation, à partir de fin 2009, d’une centaine de véhicules hybrides rechargeables. Fruit d’un partenariat entre Toyota et EDF - qui s’occupe de l’infrastructure de recharge -, cette "démonstration" va proposer des Prius rechargeables en location à des entreprises et des partenaires institutionnels de la région. Dotés d’une autonomie de 15 km environ, les véhicules feront le plein d’électricité via une centaine de points de recharge installés dans les locaux des entreprises, dans les parkings et sur la voie publique. Cette Prius rechargeable devrait être commercialisée vers 2010 outre-Atlantique, et 2011-2012 en Europe.

Reste à savoir à quel prix ils seront vendus. Car, comme le reconnaît Philippe Pinchon, c’est désormais là que tout va se jouer pour les véhicules hybrides et électriques. "Les utilisateurs sont prêts à faire le choix d’une voiture plus respectueuse de l’environnement, mais pas au prix de plusieurs milliers d’euros supplémentaires, explique-t-il. La diminution du coût des batteries, qui sont les principales responsables du prix élevé de ces véhicules, est donc un objectif prioritaire… ".

03.Question de batteries

Prototypes de batteries au lithiumPrototypes de batteries au lithium maintenus dans une armoire thermostatée à l’Institut de chimie de la matière condensée (CNRS) de Bordeaux.
© CNRS photothèque / François Jannin
   Les batteries constituent la clé de voûte d’un véhicule hybride ou électrique : elles déterminent son autonomie, sa capacité d’accélération, et surtout, son prix !

Concernant l’autonomie par exemple, prenons le cas des voitures électriques : en remplaçant les batteries au plomb par des batteries nickel-cadmium, dans les années quatre-vingt-dix, la voiture électrique est passée de 50 km d’autonomie à 70 voire 80 km. En substituant ensuite des hydrures métalliques au cadmium - voué à disparaître du marché car toxique pour l’environnement -, on a gagné 20 km de plus. Enfin, avec les batteries au lithium en cours de validation, l’autonomie devrait atteindre plus de 200 km.

Côté puissance, les progrès sont surtout manifestes avec les batteries au lithium : ce type de batterie atteint facilement 500 W/kg voire 1 300 W/kg dans les batteries de dernière génération. Cela permet aux voitures d’être plus nerveuses et rapides. Aujourd’hui, elles sont capables d’accélérer de 0 à 100 km en quelques secondes, et de dépasser sans problème les 100 km/h : bien qu’il s’agisse d’un prototype de recherche, Eliica, conçue par une équipe japonaise, a même atteint les 370 km/h lors de ses essais !

En pratique, une batterie ne cumule pas les deux casquettes : on réservait jusque-là les batteries ayant une bonne autonomie aux voitures électriques, d’où leur mauvaise réputation en termes de vitesse ; et les batteries de forte puissance étaient réservées aux hybrides, d’où leur petite autonomie. Aujourd’hui, on tend à installer plusieurs batteries pour bénéficier de tous les avantages.

Quant au problème du coût, il a en partie été résolu avec l’arrivée des batteries au lithium qui seront, à performances égales, moins chères que celles au nickel. Et comme le fait remarquer Philippe Pinchon, "diviser par deux le coût actuel grâce à la production en grande série et l’amélioration des procédés de fabrication semble possible. Au-delà, ça sera vraiment difficile… "

Si ces gains économiques ne suffisent pas, il faudra trouver des solutions comme chez Bolloré où l’on mise sur la location. La Blue car, voiture entièrement électrique de 250 km d’autonomie rechargeable sur le secteur, sera louée Hybride Mercedes F-CellL’hybride Mercedes F-Cell affiche une autonomie de 350 km, mais ses roues de vélo ne dépassent pas les 25 km/h. Récemment proposée par les designers de Daimler, ce modèle interroge sur les véritables usages d’une voiture…
© Daimler AG
330 euros par mois (sans le coût de chargement de la batterie). Un record du hard discount qui laisse Philippe Pinchon perplexe quant à sa réalisation… Encore une fois, la tout électrique et son gros moteur ne fait pas l’unanimité : l’expert préconise plutôt des batteries plus petites, moins chères, et dont l’autonomie sera certes réduite mais ne limiterait pas pour autant le conducteur dans ses déplacements quotidiens en milieu urbain. Ainsi, 100 km d’autonomie suffiraient amplement. Et si l’on souhaite que le même véhicule puisse aussi assurer les grands trajets, on peut lui adjoindre un moteur thermique et un petit réservoir.

Toutefois, si les batteries des véhicules hybrides et électriques s’améliorent, des questions demeurent. Ainsi, après déjà plusieurs annonces, quand sera véritablement mis en œuvre un plan national de points de rechargement ? Idéalement, il faudrait concevoir ces points de rechargement là où les véhiculent sont à l’arrêt (parking, garage individuel, etc.), car il faut encore une demie heure pour recharger à 80% les batteries d’une Blue Car. Autre point d’interrogation : le retraitement des batteries au lithium. Elles posent déjà problème plusieurs équipements électriques et électroniques, tels les ordinateurs portables : parviendra-t-on bientôt à leur trouver une fin de vie "écologique" ?

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