Bilan

Batteries: le nerf de la guerre électrique

Tous les fabricants de voitures misent sur des modèles hybrides ou électriques. Leur attention porte sur les batteries, leur puissance, leur autonomie, leur longévité et leur recyclage.
  • Le défi: l’autonomie et la durabilité des batteries électriques.

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  • Renault a doublé l’autonomie de sa Zoe, à 300 km.

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  • Mercedes-Benz fabrique ses propres batteries en Saxe.

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Sur le stand Mercedes-Benz au récent Salon de l’auto de Paris, la troisième génération de la smart electric drive et le concept car Vision Mercedes-Maybach 6 – 750 CV électriques – représentaient les extrêmes actuels de l’automobile électrique. La petite voiture, avec une batterie d’environ 20 kWh, pourra parcourir 150 km et le prototype et sa batterie de 80 kWh, plus de 500 selon le cycle NEDC (New European Driving Cycle), une valeur toute théorique. Pour obtenir une indication réelle de l’autonomie d’une «vraie» voiture électrique, rendez-vous était pris chez Renault qui annonçait le doublement de celle de sa Zoe, à 300 km désormais, avec une batterie qui a bondi de 22 à 41 kWh, ne prenant au passage qu’une masse supplémentaire de 21 kg, pour en atteindre 311.

Les secrets d’une batterie

Un tel accroissement de capacité est dû à l’augmentation de la densité énergétique, à l’optimisation du maintien de la température de la batterie et à sa gestion électronique, explique Elizabeth Delval, directrice de programme adjointe Zoe, chez Renault. «La fabrication des batteries est un peu comme celle des moteurs», continue-t-elle. C’est-à-dire que si Renault se procure les composants primaires auprès d’un même fournisseur, LG en l’occurrence comme plusieurs de ses concurrents, la marque française fabrique ses batteries dans sa propre usine et leur conception, comme leur «emballage», sont des technologies maison aux secrets bien gardés. Et en évolution permanente.

Jürgen Schenk, responsable de l’intégration électrique auprès de Mercedes, dit que les règles de développement des batteries automobiles sont identiques à celles des smartphones: «On constate une amélioration de la capacité de 14% par année, soit un doublement en un peu plus de cinq ans.» Les éléments les constituant sont identiques, l’ion-lithium, une électrode positive le plus souvent constituée d’oxyde de cobalt ou de manganèse et une électrode négative en graphite.

Enfin, un électrolyte est nécessaire pour éviter de dégrader les électrodes, très réactives, ainsi qu’un système de gestion électronique de protection. «Chaque cellule dans une batterie a 4 volts, et dans une voiture il y a environ 100 cellules pour former un module de 15 kWh, multipliés pour obtenir la puissance désirée», explique Jürgen Schenk. «Une batterie de 60 kWh est très puissante, et si les constituants primaires proviennent tous de quelques fournisseurs seulement, c’est la composition chimique de chaque cellule, l’épaisseur des plaques de refroidissement en cuivre ou en aluminium ainsi que la gestion électronique qui font la différence entre les différents constructeurs», continue-t-il.

Mercedes-Benz fabrique aussi ses propres batteries, en Saxe, où il vient d’investir 500 millions d’euros dans l’usine de sa société fille Deutsche Accumotive. Le français Renault, à Flins, produira fin 2016 sa 60 000e batterie. Les batteries lithium-ion n’ont pas encore atteint le pinacle de leur évolution, comme en témoigne l’accroissement soutenu de leur autonomie. Chez Renault, on dit prévoir que d’ici à 2020 les batteries actuelles démontreront encore leur potentiel. En revanche, quand Jürgen Schenk dit qu’il y aura probablement une révolution dans la technologie, il ne peut donner une idée du temps nécessaire avant qu’elle ait lieu…

Un problème de poids et de ressources

Les batteries sont des éléments lourds parce que constituées de métaux. C’est la raison pour laquelle elles constituent le plancher dans une Tesla par exemple, assurant à la voiture un centre de gravité très bas et une tenue de route impeccable. Mais comme dans un avion qui doit transporter les tonnes de carburant qui lui permettent de voler, le poids des batteries est une constante dans l’énergie nécessaire au moteur électrique pour faire avancer le véhicule. Jürgen Schenk explique que le poids diminuera avec la chimie, comme dans des batteries lithium-soufre actuellement à l’étude. Dans une batterie de Zoe, il y a par exemple 80 kg de cuivre et d’aluminium dans les cellules.

Le lithium, nerf de la guerre des batteries, ne pose pas actuellement de problèmes d’abondance mais, comme le pétrole, il est inégalement réparti dans la croûte terrestre et les gisements les plus importants se trouvent en Bolivie, dans le désert de sel d’Uyuni (58% des réserves mondiales estimées) puis en Chine (27%). Son extraction, par concentration de la saumure après pompage et évaporation dans des marais salants, a un impact environnemental important, et l’exploration de nouveaux gisements conduit à bafouer les droits collectifs à la terre des peuples indigènes.

La production de batteries lithium-ion n’est de toute évidence pas la panacée à la mobilité durable de l’humanité, quand bien même le dégagement de CO2 pour sa production est, selon Renault, compensé en moins d’un an par l’utilisation d’un véhicule électrique. Encore faut-il que l’origine de l’énergie pour les recharger soit durable.

Les batteries lithium-ion présentent aussi quelques bonnes surprises à l’usage, notamment une durée de vie nettement supérieure à celle envisagée: «Elles vieillissent bien moins vite que prévu», dit Elizabeth Delval, et Renault compte aujourd’hui sur une perte de capacité d’au maximum 25% en dix ans. De son côté, Jürgen Schenk indique, lui, que celles des smart atteindront quinze ans. Aussi bien, si ce n’est mieux que la voiture elle-même. 

Et leur utilité ne s’arrête pas là puisqu’elles sont ensuite reprises par les constructeurs qui assemblent les modules usagés en usines de stockage d’électricité, telles que celle en construction en Westphalie à l’initiative de Daimler-Benz, où 1000 batteries de smart de deuxième génération pourront stocker 13MWh, utilisés pour réguler la plage de puissance du réseau, vendus aux enchères chaque semaine aux différents opérateurs.

Cette seconde utilisation des batteries, où la perte de capacité est de peu d’importance, accroît leur durée de vie de dix ans, double leur valeur économique et augmente leur bilan écologique, dit Mercedes. Enfin, après vingt-cinq ans de service, elles seront recyclées et le lithium aussi bien que le cuivre, l’aluminium, le cobalt, le manganèse ou le nickel qui les composent seront traités pour être réintroduits dans le cycle de production. Ainsi, la boucle est bouclée avec comme seule source supplémentaire d’énergie grise dans la production d’une automobile électrique, celle de sa batterie. Avec le temps et le développement des énergies renouvelables, cela apparaît comme un moindre mal et c’est plutôt rassurant. 

Lire aussi notre test de la Tesla en page 57 

Henry Plouïdy

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