Batteries pour véhicules électriques
Voiture électrique, voiture à hydrogène

BE9752 v1 Article de référence

Batteries pour véhicules électriques
Voiture électrique, voiture à hydrogène

Auteur(s) : Christian NGÔ

Date de publication : 10 mars 2025 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Du cheval à l’automobile

1.1 - Le cheval
1.2 - Les débuts de l’automobile

2 - L’électricité et son stockage

2.1 - L’électricité
2.2 - Stockage de l’électricité

3 - L’hydrogène

3.1 - Production

Tableau 1
3.2 - Stockage
3.3 - Sécurité

4 - Batteries pour véhicules électriques

4.1 - Du plomb aux batteries Li-ion
4.2 - Profondeur de décharge
4.3 - Batteries Li-ion
4.4 - Technologies Li-ion
4.5 - La batterie
4.6 - Les fabricants
4.7 - Coûts
4.8 - État de charge
4.9 - Le BMS (Battery Management System)
4.10 - Futur

5 - La pile à combustible

5.1 - Principe
5.2 - Différentes technologies
5.3 - La PEMFC

6 - Supercondensateur. Le moteur électrique

6.1 - Supercondensateurs
6.2 - Le moteur électrique

7 - Véhicules hybrides et hybrides rechargeables

7.1 - Véhicules hybrides
7.2 - Véhicules hybrides rechargeables

8 - La voiture électrique

8.1 - Consommation
8.2 - Recharge
8.3 - Autonomie
8.4 - La voiture électrique avec prolongateur d’autonomie
8.5 - Pneus

9 - La voiture à hydrogène

9.1 - Consommation
9.2 - La voiture thermique à hydrogène

10 - Impact sur l’environnement

10.1 - Émissions de CO2
10.2 - Particules
10.3 - Accidents

11 - Économie

11.1 - Coût
11.2 - Marché de l’occasion

12 - Conclusion

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

Avec plus de 9 millions de voitures électriques vendues dans le monde entier en 2023, le véhicule électrique est devenu un moyen de transport individuel important. Environ 14 500 voitures à hydrogène ont été vendues à la même époque marquant un intérêt naissant dans ce domaine. Cet article présente quelques aspects énergétiques liés à ce type de mobilité. De l’électricité est nécessaire pour charger les batteries qui sont le cœur du véhicule électrique. Elle devrait aussi être utilisée pour produire de l’hydrogène par électrolyse qui alimentera la pile à combustible de la voiture à hydrogène. L’objectif de ces véhicules est de réduire l’impact de la mobilité sur l’environnement. Quelques aspects économiques seront aussi brièvement abordés.

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Auteur(s)

Christian NGÔ : Edmonium

INTRODUCTION

Pour réduire la consommation de pétrole et diminuer les émissions de CO₂, beaucoup de pays songent à introduire des véhicules utilisant l’électricité comme source d’énergie, ce qui implique de décarboner l’électricité, en ayant recours aux énergies renouvelables ou au nucléaire. En Europe, par exemple, il sera interdit de commercialiser des véhicules neufs utilisant un moteur à combustion interne à partir de 2035. L’hydrogène est envisagé comme carburant alternatif car, n’émettant pas de CO₂ en fonctionnement, il n’est pas concerné par cette interdiction.

Cette décision européenne, de nature politique, a été prise sans mesurer les conséquences qu’elle va entraîner aux niveaux énergétique, économique et sociétal. Le domaine de l’automobile, où l’industrie européenne est aujourd’hui en avance sur le reste du monde pour ce qui est des véhicules thermiques, risque d’être affaiblie ou en partie démantelée au profit principalement des véhicules chinois. Or, on estime qu’il y a, en Europe, 2,6 millions d’emplois directs dans l’industrie automobile et 12,7 millions d’emplois indirects. Au total, cela concerne de 14 à 15 millions d’emplois soit 7 % du nombre d’emplois européens.

Il est important de noter que si le pétrole est une source d’énergie, l’électricité et l’hydrogène ne sont que des vecteurs énergétiques : il faut de l’énergie pour les produire. Pour l’hydrogène, on sait qu’il existe des sources naturelles mais leur production, si elle est développée à un niveau industriel un jour, ne suffira sans doute pas pour satisfaire la demande des transports.

Dans cet article, nous allons principalement nous intéresser aux aspects énergétiques de la voiture électrique et de la voiture à hydrogène. Nous évaluerons quelques ordres de grandeur des capacités requises dans ce domaine. Le lecteur pourra affiner celles-ci pour ses besoins particuliers.

Nous aborderons aussi quelques aspects économiques mais en nous focalisant plutôt sur les coûts et non sur les prix. En effet, ces derniers peuvent être très différents des coûts en raison de taxes diverses imposées par les États. Par exemple, en France, les taxes sur l’essence et le gazole représentent approximativement 60 % du prix que paye le consommateur. Ces taxes sont de nature variable et dépendent de la politique du moment. Le coût quant à lui dépend du prix du pétrole brut qui varie selon l’offre et la demande, des coûts de production et de transport, du coût du raffinage et des opérations nécessaires à la production du carburant ainsi que la marge réalisée par les différents acteurs de l’achat du pétrole à sa distribution. À ce coût se rajoute des taxes qui conduisent au prix que paye l’utilisateur. Pour l’électricité on a aussi une différence entre le coût et le prix et celle-ci peut varier au cours du temps selon les politiques adoptées.

Si la part de succès ou d’échecs concernant les véhicules électriques dépend des avancées technologiques, elle est aussi liée à d’autres aspects dont certains psychologiques et sociétaux. Parmi les points qui freinent une adoption rapide de ces véhicules, on trouve le problème du ravitaillement en énergie, le prix d’achat et d’utilisation, etc.

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MOTS-CLÉS

électrolyse batterie Pile à combustible mobilité électrique

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9752

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4. Batteries pour véhicules électriques

La batterie est la source d’énergie de la voiture électrique. Actuellement, la technologie Li-ion domine le marché même si des batteries de type NiMH (Nickel-Metal Hydride ou nickel-hydrure métallique) ont été utilisées dans des véhicules hybrides comme les Toyota Prius. Nous allons balayer ce domaine qui évolue très rapidement à la suite de l’énorme demande des constructeurs automobiles.

4.1 Du plomb aux batteries Li-ion

La batterie rechargeable au plomb a été inventée en 1859 par le Français Gaston Planté. Son avantage est son faible coût mais son inconvénient est une densité d’énergie stockée faible. Elle a été perfectionnée par la suite en introduisant de l’antimoine et de l’étain pour augmenter le nombre de cycles à décharges profondes. On peut ainsi atteindre 150 à 300 cycles avec ces technologies. Les premières voitures électriques utilisaient des batteries au plomb comme source d’énergie. Aujourd’hui elles sont surtout utilisées comme batteries de démarrage. On estime que l’on fabrique chaque année entre 500 millions et 1 milliard de batteries au plomb dans le monde.

Les batteries Li-ion représentent actuellement la meilleure technologie disponible pour le véhicule électrique. Il ne s’agit pas d’une seule technologie mais d’un ensemble de technologies utilisant le lithium comme élément de base.

Il a fallu attendre 1967 pour que trois chercheurs de chez Ford découvrent des matériaux conducteurs ioniques permettant de potentiellement développer des accumulateurs Li-ion. Dans les années 1970, le chimiste britannique Stanley Whittingham d’Exxon a fabriqué une batterie rechargeable constituée d’électrodes de disulfure de titane et de lithium métallique. Ce type de technologie s’est avérée dangereuse, avec des risques d’explosion. Une avancée importante a été faite en 1980 par J.B. Goodenough et al. en utilisant une électrode positive en LiCoO₂....

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