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L'Usine Auto

La voiture électrique au défi de l'autonomie

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À l’image de Tesla, les constructeurs gonflent leurs accus. Car pour séduire le grand public, la voiture électrique doit gagner en autonomie. Pas simple.

La voiture électrique au défi de l'autonomie
Sur un marché du véhicule électrique en forte augmentation (+?43?% en France au premier semestre 2016 par rapport à 2015), la capacité des batteries devient l’un des principaux arguments commerciaux.
© ANTOINE LA ROCCA

Est-ce en voiture qu’Elon Musk veut aller sur Mars ? Le PDG de Tesla a encore augmenté l’autonomie de sa berline 100 % électrique, à 613 kilomètres ! C’est la distance que peut parcourir avec une seule charge la dernière version de sa Model S dans les conditions du test d’homologation européen (cycle NEDC). Lancée le 28?août, la Model S 100D bat tous les records d’endurance. Et pour cause : elle embarque une énorme batterie capable de stocker 100 kilowattheures (kWh) d’électricité. Soit 4,5 fois la capacité de la batterie de la Renault Zoé, qui affiche une autonomie de 210?km (NEDC).

Elon Musk est, certes, un habitué des effets d’annonce, mais il ne faut pas s’y tromper. Depuis ses débuts, le constructeur californien a placé la batterie au cœur de sa révolution : pour que la voiture électrique décolle, il faut qu’elle ne soit pas une sous-voiture, cantonnée à la ville. En 2012 déjà, la première Model S pouvait être équipée d’une batterie de 85?kWh pour une autonomie de 500?km (NEDC). À l’époque, c’était un ovni. Aujourd’hui, ça l’est peut-être un peu moins, même si Tesla fait toujours la course à l’autonomie en tête.

Les constructeurs traditionnels se sont mis dans sa roue et gonflent leurs batteries pour afficher toujours plus de kilomètres au compteur. La Leaf de Nissan, premier modèle grand public lancé en 2010 avec 24?kWh de batteries, affiche cette année 30?kWh, gagnant ainsi 50?km et atteignant 250?km d’autonomie. Volkswagen suivra la même voie avec la version électrique de sa Golf. La BMW i3 vient de passer de 18 à 33?kWh pour grimper à 210?km. Opel présentera, en octobre, au Mondial de l’auto de Paris, son Ampera, avec 60?kWh et 400?km. La Porsche Mission E et l’Audi Q6 e-tron visent 450?km pour 2018…

"Tesla est à part, avec ses modèles qui dépassent 100 000?euros. Mais il a montré que c’était faisable techniquement d’avoir 500 ou 600?km d’autonomie. Il a joué et continue de jouer un rôle d’aiguillon sur cette question", remarque Joseph Beretta, le président de l’Avere-France, l’association pour le développement de la mobilité électrique, qui fédère la plupart des acteurs du secteur. Pour atteindre ce niveau de puissance, Tesla a dû résoudre nombre de problèmes techniques. Il lui a fallu, entre autres, installer un système de refroidissement liquide sur ses batteries et développer des contacteurs spéciaux pour encaisser les forts ampérages lors des accélérations.

Hors de la batterie, point de salut

L’inflation de kilowattheures qui touche tous les constructeurs n’a pas pour seul objectif de rivaliser avec Tesla. "Pour que la voiture électrique passe à la vitesse supérieure, il faut plus d’autonomie", résume Joseph Beretta, qui chiffre le niveau d’autonomie réelle, apte à rassurer les conducteurs, entre 200 et 250?km [lire l’entretien page suivante]. "On estime qu’un modèle doit offrir une autonomie de l’ordre de 300 à 500?km, si l’on veut que les clients l’utilisent comme premier véhicule de la famille", confirme Jürgen Stackmann, membre du directoire de la marque Volkswagen et responsable des ventes, du marketing et de l’après-vente.

Il s’agit également de satisfaire aux exigences environnementales. La législation européenne oblige les constructeurs à diminuer le niveau de rejet moyen de CO2 sur leurs gammes, et l’amener sous la barre des 90?grammes par kilomètre d’ici à 2020 sous peine d’amendes, dont les montants s’annoncent dissuasifs. "Mises en cause du diesel, pressions sur les émissions de CO2… Il y a eu un changement de cap : pour les constructeurs, il s’agit désormais de passer à l’électrique le plus vite possible", observe Laurent Abadie, le PDG de Panasonic Europe, dont le groupe fournit notamment les batteries de Tesla. Cette accélération est également dopée par l’engouement actuel autour des véhicules autonomes qui, à terme, devraient pour la plupart disposer de motorisations électriques.

Qu’ils aient été pionniers ou non de la voiture électrique, les constructeurs misent aujourd’hui sur l’augmentation de son autonomie pour la faire décoller. Gonfler les batteries est-il la seule solution ? Sur le papier, l’hydrogène est capable d’aller beaucoup plus loin, au point de rivaliser avec l’essence. Les japonais, notamment Toyota avec sa Mirai, sont bien engagés sur cette voie. Pourtant, le gaz léger ne semble se conjuguer qu’au futur. "Changer de vecteur énergétique, c’est une transition supplémentaire à mener", relève Joseph Beretta. Et une transition qui prendra du temps, avec toute une chaîne à inventer, allant de la production d’hydrogène vert par électrolyse de l’eau à partir d’électricité renouvelable aux stations hydrogène… Pour Christophe Pillot, le directeur du consultant Avicenne, spécialisé dans les batteries, la messe est dite : "Il est inconcevable de voir d’ici à dix ans une autre technologie que la batterie pour remplacer l’essence".

Quid de l’hybride, dans sa version rechargeable, qui allie batterie conséquente et moteur thermique ? Souvent présenté comme une technologie de transition avant le passage au tout-électrique, il en est encore à "chercher sa place", constate Joseph Beretta. Il paraît bien difficile de calibrer un couple batterie-cylindrée qui soit performant sur une large gamme d’usages. Essayez de rouler sur autoroute avec un petit moteur thermique et une lourde batterie, vous émettrez plus de CO2 qu’avec un diesel !

Hors de la batterie, point de salut, donc. Mais en voulant doter leurs voitures de batteries de plus en plus grosses, les constructeurs lancent un redoutable défi à l’industrie du lithium-ion. "La performance des batteries, leur coût et leur volume de production vont-ils suivre la hausse des exigences ? C’est la question que tout le monde se pose", résume Laurent Abadie.

La première difficulté est physique : la batterie, c’est lourd et volumineux ! Celle de la Model S 100D dépasse allègrement la demi-tonne et la "petite" de la Zoé pèse plus de 250?kg… Certes, la technologie du lithium-ion progresse chaque année, mais "la densité énergétique [la quantité de kWh que l’on peut loger dans un poids ou un volume donné, ndlr] ne gagne environ que 5 % par an, note Christophe Pillot. On ne la doublera pas en deux ou trois ans ! " Et pas question de compter sur une autre chimie : "Entre le passage du laboratoire à l’usine et la qualification par les constructeurs, il n’y aura pas d’alternative au lithium-ion dans les dix ans", assure le spécialiste.

Une technologie encore chère

La voiture électrique ne peut se permettre de se renchérir si elle veut se démocratiser. Or le prix du lithium-ion a beau avoir été divisé par 10 en quinze ans, la baisse des prix, si elle se poursuit, va s’atténuer. "Atteindre 200 à 250?euros le kilowattheure [contre un peu moins de 450?euros aujourd’hui, ndlr] d’ici à dix ans sera vraiment le mieux que l’industrie pourra faire", prédit Christophe Pillot. À cet horizon, une batterie de 100?kWh vaudra au mieux 20 000?à 25 000 euros. Un niveau très élevé, qui devient rédhibitoire si l’on prend en compte la revente : "Les meilleures batteries conserveront au plus 70 % de leur capacité après sept ans d’utilisation, estime Christophe Pillot. Donc si la batterie concentre l’essentiel de la valeur du véhicule, celui-ci ne vaudra plus grand-chose à la revente. C’est ce que font apparaître les premières études sur le sujet". Sans compter que de grosses batteries auront besoin d’être chargées à grande vitesse – au moins pour faire de longs trajets –, ce qui stresse toujours, élévation de température oblige, la délicate chimie du lithium-ion et risque de réduire la durée de vie des batteries…

Enfin, si les trois grands du lithium-ion, LG Chem, Samsung et Panasonic, sont a priori capables de répondre à une demande en hausse, l’approvisionnement en matériaux pourrait bien devenir un goulot d’étranglement de la filière. L’autonomie est la clé de l’essor de la voiture électrique, mais celle-ci n’a pas encore réussi son pari, pourtant crucial pour limiter les émissions de CO2.

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