La voiture de demain : carburant et électricité
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La voiture de demain sera-t-elle électrique ? Dans un contexte marqué par les tensions sur le marché du pétrole et la montée des préoccupations environnementales, tous les constructeurs automobiles explorent cette piste. Certains misent déjà sur un essor rapide du véhicule « tout électrique. Pourtant les obstacles ne manquent pas : les batteries sont encore chères, longues à charger, pour une autonomie limitée, et les infrastructures restent à développer. Sans compter que le bilan écologique pourrait être moins flatteur que prévu (dans un calcul intégrant la fabrication et le recyclage des batteries, l'origine de l'électricité utilisée, etc.). Le groupe de travail présidé par Jean Syrota a pour mission d'évaluer les possibilités de diffusion de ce nouveau modèle de traction. Les voies les plus prometteuses semblent être l'électrification progressive du véhicule thermique et le développement à grande échelle des hybrides rechargeables.

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Publié le 01 août 2011
Nombre de lectures 28
Langue Français
Poids de l'ouvrage 5 Mo

Exrait

La voiture de demain :
carburants et électricité
2011
Jean Syrota
président
Philippe Hirtzman, CGIET
Dominique Auverlot, CAS
coordinateurs
Avec la participation de la DGCIS,
Direction générale de la compétitivité, de l’industrie et des services,
ministère de l’Économie, des Finances et de l’IndustrieLA VOITURE DE DEMAIN : CARBURANTS ET ÉLECTRICITÉ
2ChApITRE 1
REChERChE BATTERIE SûRE , pEU ChèRE, AVEC gRANDE AUTONOMIE...
Rapporteurs
Étienne Beeker, CAS
Alan Bryden, CGIET
Johanne Buba, CASCaroline Le Moign, CAS
Felix von Pechmann, MInES ParisTech
avec le concours de Gaëlle Hossié, CAS
Avertissement
Ce rapport a pour objet d’étudier, pour la vingtaine d’années à venir, les
perspectives de développement des véhicules grand public à motorisation
électrique – véhicule électrique, véhicule hybride rechargeable ou non –
avec une attention particulière pour les données technico-économiques
relatives aux batteries. Il examine également les conditions dans lesquelles
pourraient se développer les différents types de véhicules, en prenant comme
référence les évolutions probables du véhicule thermique. Ces évolutions
ont été présentées dans le rapport du Centre d’analyse stratégique (2008),
Perspectives concernant le véhicule « grand public » d’ici 2030, disponible sur
le site Internet du Centre.
3LA VOITURE DE DEMAIN : CARBURANTS ET ÉLECTRICITÉ
4ChApITRE 1
REChERChE BATTERIE SûRE , pEU ChèRE, AVEC gRANDE AUTONOMIE...
Avant-propos
e système automobile tel qu’il s’est bâti au fl du
eL XX siècle n’est plus soutenable. La raréfaction des
ressources pétrolières, la réduction nécessaire des
émissions de gaz à effet de serre, la congestion de nos
métropoles, tout incite à le repenser, d’autant que le
parc automobile mondial ne cesse de s’étendre, ali-
menté par la forte croissance des pays émergents. Vincent Chriqui,
directeur général Une première approche consiste à revoir l’usage que
du Centre d’analyse nous faisons de la voiture, en développant l’auto-
stratégique partage et le covoiturage, en promouvant partout où
c’est possible les transports en commun ou le vélo.
Ces « nouvelles mobilités » ont fait l’objet d’un récent
1rapport du Centre d’analyse stratégique . Une seconde
approche pourrait imposer une rupture plus radicale :
l’abandon du moteur thermique, grand consommateur
de pétrole, au proft du moteur électrique. Le groupe de
travail présidé par Jean Syrota avait pour mission d’étu-
dier les probabilités d’une telle révolution, alors que la
plupart des constructeurs automobiles se sont lancés
dans une course à l’innovation dans ce domaine.
Les obstacles ne manquent pas. Il y a tout d’abord
le prix, les modèles de véhicules électriques étant
aujourd’hui encore relativement coûteux par rapport
à leurs équivalents thermiques. Surtout, l’autonomie
demeure leur talon d’Achille, avec en particulier la
contrainte de recharges fréquentes. À l’heure actuelle,
(1) Centre d’analyse stratégique (2010), Les nouvelles mobilités. Adapter
l’automobile aux modes de vie de demain, rapport de la mission présidée
par Olivier Paul-Dubois-Taine, Paris, La Documentation française.
5LA VOITURE DE DEMAIN : CARBURANTS ET ÉLECTRICITÉ
il n’existe pas sur le marché de batterie à la fois peu onéreuse, fable sur le plan
technique, disposant d’une grande autonomie et d’une longue durée de vie.
Les laboratoires y travaillent activement et un certain nombre de pistes parais-
sent prometteuses à terme, notamment les batteries lithium-air. L’usage des
véhicules électriques pourrait ainsi se développer progressivement, d’abord
dans des marchés spécialisés – fottes d’entreprises, véhicules de transport en
commun ou services postiers, par exemple –, puis plus largement, au fur et à
mesure que les innovations technologiques le permettront.
Ces véhicules auront l’immense mérite de contribuer à réduire la pollution dans
nos métropoles. Cependant, comme le souligne le rapport, on ne peut pas à
proprement parler de véhicules « zéro émission ». Une voiture électrique ne
pollue pas lorsqu’elle roule, mais le bilan environnemental global doit prendre
en compte la production de l’électricité consommée (ainsi que celle utilisée
pour la fabrication de la batterie) et dépend donc du mode de production élec-
trique de chaque pays.
Quant au véhicule thermique, il n’a certainement pas épuisé ses marges d’amé-
lioration. Dans les années 1950, une grosse voiture américaine ingurgitait
30 litres d’essence sur 100 km, une Citroën DS dans les années 1970 buvait
encore 12 litres sur la même distance, nos berlines modernes se contentent de
6 litres... Le moteur thermique devrait encore voir son effcacité énergétique
quasiment doubler d’ici à 2030. Le downsizing, l’injection directe, la commande
électromagnétique des soupapes pourraient diviser par deux les émissions de
CO . Ces voies d’amélioration joueront un rôle crucial à court-moyen terme :
2
selon les constructeurs, la voiture à moteur thermique représentera encore
près de 90 % des ventes en 2020.
On devrait donc assister à une électrifcation progressive du véhicule thermi-
que. Les systèmes « stop & start » coupent le moteur lorsque la voiture est à
l’arrêt et le redémarrent ensuite (ou, dans une version améliorée, le coupent
sous le seuil des 10-20 kilomètres/heure) : dans les zones congestionnées,
ces systèmes réduiraient les consommations de 20 % à 25 %. Les véhicules
hybrides, qui associent un moteur thermique et un moteur électrique (celui-ci
fonctionnant à faible vitesse), sont également appelés à se développer, dans un
premier temps sur le marché haut de gamme.
Les pouvoirs publics peuvent accélérer la transition de plusieurs manières. Il est
évidemment souhaitable d’investir dans la recherche de long terme, notamment
sur les batteries lithium-air. Par le jeu des incitations et des réglementations
6AVANT-pROpOS
(à l’achat ou à l’usage) il est également possible de favoriser les véhicules
tout électriques mais aussi les hybrides. Enfn, la puissance publique est seule
à même d’instaurer les normes et les réglementations qui encadreront le
développement des infrastructures nécessaires aux véhicules électriques de
demain (normes des prises et bornes de recharge).
La grosse berline routière et électrique ne sera peut-être pas pour demain.
En revanche, notre environnement urbain pourrait rapidement accueillir des
véhicules électriques légers, à deux, trois ou quatre roues, qui feront évoluer
notre conception des déplacements. Les Chinois ont ainsi mis en circulation
plus de 120 millions de vélos électriques en quelques années… Il est clair que
les formes de mobilité sont appelées à changer profondément, en France et
dans le monde, au cours des années à venir : ce rapport n’a d’autre but que de
contribuer à préparer, et accompagner, cette évolution.
7LA VOITURE DE DEMAIN : CARBURANTS ET ÉLECTRICITÉ
8SOMMAIRE
Sommaire
Les grandes orientations 13
Les préconisations 25
31Quelques défnitions en préambule
Introduction
Pourquoi parle-t-on à nouveau du véhicule électrique ? 35
Chapitre 1
Recherche batterie sûre, peu chère, avec grande autonomie
et longue durée de vie 51
1 n Un historique de l’évolution des batteries
52 et de leurs applications au véhicule électrique
1.1. Les accumulateurs au plomb ont marqué les débuts
e 52 des véhicules électriques à la fn du XIX siècle
e1.2. Au début du XX siècle, les batteries nickel-fer sont à l’origine
d’une deuxième génération de véhicules électriques 58
e1.3. Apparues au début du XX siècle, les batteries nickel-cadmium
ne sont vraiment utilisées pour les véhicules électriques
58 que dans les années 1990
1.4. Les batteries nickel-hydrure métallique constituent désormais
le standard des véhicules hybrides 60
1.5. D’autres batteries ont été étudiées mais n’ont pas réussi
62 à trouver leur application dans le domaine du transport
1.6. Les accumulateurs classiques n’offrent qu’une autonomie
65 de quelques dizaines de kilomètres
2 n Les batteries au lithium : une technologie porteuse de progrès 66
672.1. Certaines batteries au lithium présentent un risque d’incendie
702.2. Plusieurs technologies sont en concurrence
762.3. Les batteries de demain
3 n S’agissant des matières premières, les contraintes tiennent
87 plus à la géopolitique qu’à l’état des ressources
3.1. Approvisionnement en lithium : des tensions possibles
à court-moyen terme, le temps que l’offre s’adapte à la demande 87
913.2. Inquiétudes concernant d’autres matériaux ou métaux
923.3. Le monopole chinois sur la fourniture des terres rares
9LA VOITURE DE DEMAIN : CARBURANTS ET ÉLECTRICITÉ
4 n Le recyclage des batteries lithium-ion est techniquement
possible mais non rentable actuellement 94
4.1. Les techniques de recyclage des batteries lithium-ion :
entre voie thermique et voie chimique 94
4.2. Les principaux déterminants de la rentabilité économique 96
5 n La compétition industrielle est dominée par les pays asiatiques 98
5.1. Le marché actuel des accumulateurs est dominé par les pays
99 asiatiques
5.2. Les batteries du futur donnent lieu à de vastes programmes
de recherche, notamment au Japon 101
5.3. Aux États-Unis, les programmes de recherche s’accompagnent
d’aides fnancières à l’industrie 101
102Conclusion : la nécessité d’un saut technologique
Chapitre 2
Les performances actuelles des véhicules électriques 109
1. n Autonomie 109
1.1. Les cycles normalisés existants ne refètent pas de façon
adéquate les consommations et l’autonomie des véhicules
électriques 109
1.2. Impact de la vitesse et de la pente sur la consommation
d’un véhicule électrique 117
1.3. L’autonomie du véhicule électrique dépend de l’utilisation
des auxiliaires, spécialement du chauffage et de la climatisation 122
1.4. L’autonomie réelle des véhicules électriques dépendra
beaucoup de l’usage qu’en feront les utilisateurs 125
1.5. Des systèmes performants d’information des conducteurs
sont en cours de développement 128
2 n Puissance, accélération, vitesse, réduction de la pollution
et du bruit 130
2.1. Les moteurs électriques permettent une accélération
très linéaire et puissante grâce à un couple élevé disponible
immédiatement 130
2.2. Les véhicules électriques pourraient réduire les niveaux
de pollution dans les zones urbaines 132
2.3. Le bruit 135
Chapitre 3
Le véhicule électrique est-il plus économique
que le thermique ? 143
1 n Le prix d’achat et les coûts d’utilisation restent un facteur
déterminant de succès pour un modèle 143
10