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14 janvier 2017 6 14 /01 /janvier /2017 10:33

La mort annoncée du moteur thermique ?

14 Janvier 2017

En œuvrant sournoisement dans le trucage des moteurs diesel, un constructeur allemand a terni la réputation, jusqu’alors sans tache, de toute l’industrie d’outre-Rhin.
Sans doute désireux d’effacer l’affront, le Conseil Fédéral Allemand a décidé de frapper un grand coup. Il a pour cela voté une résolution par laquelle les moteurs essence et diesel seront bannis d’ici 2030.
Les bidouilleurs de logiciel n’ont pas brusquement changé de religion; ce sont les écologistes qui, voyant la bête blessée, profitent de la situation pour tenter de l’achever.
Certes, les fleurets sont mouchetés. La résolution du Bundesrat n’a pas force de loi, et la date de l’exécution est fixée à 2030, ce qui laisse le temps de réfléchir calmement.
Il faut donc plutôt voir, dans cette proclamation un tantinet excessive, une injonction à « faire quelques chose » pour contrebalancer l’effet désastreux des évènements que l’on sait sur la réputation des constructeurs mis en cause.
Cet épisode est l’occasion de tenter de faire un point sur l’avenir automobile.
La dernière décennie a été riche en innovations: Biocarburants de seconde et troisième génération, propulsion hybride, pile à combustible, moteur à Hydrogène, super condensateur, etc.
Le moment est peut-être venu de se demander ce que nous allons faire de toutes ces technologies qui nous sont servies en vrac et sans mode d’emploi.
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Le moteur thermique et le moteur électrique se tirent la bourre depuis 120 ans.
Dès l’invention de la batterie au Plomb par Planté, le moteur électrique est apparu comme la solution la plus rationnelle pour mouvoir les véhicules de l’époque.
L’idée était bonne puisque, cent vingt ans plus tard, elle n’a rien perdu de sa rationalité et l’on y revient contre vents et marées.
Au début du siècle dernier ces voitures ont eu un certain succès dans la bourgeoisie, la faible longueur des déplacements s’accommodant de l’autonomie retreinte. Il s’agissait  surtout de promenades au bois, ou d’aller à l’Opéra.
Les routes d’alors ne permettaient pas de toutes façons d’envisager un déplacement hors de la cité.
Et puis est arrivé le moteur à pétrole qui, avec les progrès des suspensions et des routes, et surtout des pneumatiques, a ouvert les grands espaces à l’automobile.
Le moteur électrique n’a pas pu suivre, faute de pouvoir mettre l’électricité en bidon.
La voiture électrique a cependant survécu grâce à l’existence d’un petit marché s’accommodant d’une autonomie réduite.
Différentes tentatives de concurrencer la voiture à pétrole sur le marché de masse ont échoué, toujours sur le même problème: le manque d’autonomie.
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Le problème est double:
- D’une part il faut trouver une technologie de batteries capable d’offrir une capacité énergétique spécifique très supérieure à celle des classiques batteries au Plomb, afin de pouvoir embarquer une réserve énergétique suffisante, tout en limitant son poids pour éviter de transformer la voiture en char d’assaut.
- D’autre part créer un réseau de rechargement offrant des possibilités comparables à celles du réseau de distribution de carburants liquides existant.
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Essayons d’être plus précis:
Pour ce qui concerne la capacité énergétique à emporter, les données sont simples: un véhicule moderne de gamme moyenne a besoin d’une énergie « à la roue » d’environ 15 KWh/100 Km pour offrir des performances classiques qui sont celles des voitures actuelles de milieu de gamme.
Avec les moteurs thermiques actuels, l’usage a conduit à adopter une autonomie de 700 à 1000 Km, obtenue facilement avec un réservoir en tôle de 60 à 70 litres.
Une autonomie supérieure s’obtiendrait aisément en augmentant la capacité du réservoir, mais le besoin ne s’en est pas manifesté jusqu’à présent, car le réseau de stations service s’est développé au-delà même du nécessaire.
(Malgré une forte diminution, il subsiste encore environ 11 000 stations de distribution de carburants, avec plus de 40 000 postes de ravitaillement).
Considérons l’autonomie de 700 Km comme un valeur moyenne de base.
Si le véhicule est équipé d’un moteur à essence, il devra emporter 55 L de carburant.
( 1 L de carburant correspond à une énergie de 10 KWh environ. Le rendement global effectif du réservoir à la roue est de 20% avec un moteur thermique. Il faut donc 15 KWh x 5 = 75 KWh aux cents Km, soit 7,5 L/100).

S’il est équipé d’un moteur électrique, il lui faudra une batterie d’une capacité de150 KWh, dont 130 utilisables.
(Rendement global moyen de 80%, réserve de 10%. Une batterie ne doit jamais être complètement déchargée).
Aujourd’hui, la meilleure technologie permet d’associer une batterie optimisée pour offrir la meilleure capacité énergétique spécifique, avec une super capacité offrant les meilleurs possibilités de puissance max.
On pourrait ainsi obtenir une capacité de 150 KWh pour un poids inférieur à 400 Kg.
C’est du moins les chiffres qui sont annoncés par la profession, comme objectif « raisonnable » à l’horizon 2020.
Le principal obstacle est le coût, qui doit rester compatible avec le secteur de marché visé.
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Qu’en est-il aujourd’hui ?
Aujourd’hui le standard est à 30 KWh, les 60 KWh sont annoncés pour 2017/2018, l’objectif des 150 KWh paraît donc atteignable pour 2020.
Le problème de l’autonomie pourrait donc être résolu, mais sous deux conditions:
- Que le prix soit maîtrisable, ce qui n’est pas aujourd’hui une certitude. Sinon les 150 KWh pourraient être réservés au haut de gamme, et le marché de masse serait compromis.
- Que les produits utilisés soient disponibles dans les quantités nécessaires, ce qui n’est pas non plus acquis, compte tenu de la très forte demande prévue dans tous les domaines du stockage de l’énergie.
(Pour la technologie actuelle au Lithium).
- Et bien entendu que les « stations service » électriques existent.
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Le second problème, le réseau de recharge des batteries, est plus complexe car il nécessite une approche multiple:
- La quantité d’énergie électrique nécessaire.
   Pour un kilométrage annuel moyen de 12 000 Km (données actuelles) et une consommation de 20 KWh/100 Km, chaque véhicule électrique consommera annuellement 2,4 MWh.
35 Millions de VE consommeraient donc 84 TWh, correspondant à une production de 105 TWh en tenant compte des divers rendements de transformation et des pertes en lignes.
Ceci représente la production de huit réacteurs EPR.
Cette accroissement de 22% de la production électrique nationale n’a jamais été prise en compte dans les programmes de transition énergétiques.
Il faudra pourtant bien trouver cette électricité quelque part…
Sachant qu’elle devra évidemment être d’origine renouvelable.
Par exemple, il faudrait 8 000 éoliennes offshore de 5MW pour obtenir cette énergie…

- La puissance électrique nécessaire.
  Pour rester gérable, la charge des batteries doit pouvoir s’effectuer en un temps plus ou moins comparable à celui des modèles à essence.
Le plein à 80% d’une voiture thermique est effectué en sept minutes environ, pour une autonomie de 700 Km.
Pour obtenir l’équivalence, le plein à 80% d’une batterie de 150 KWh devrait pouvoir s’effectuer également en sept minutes.
Ce qui nécessite une puissance 1 150 KW.
Une telle puissance (1,15 Mégawatts !) est un défi au bon sens.
Aujourd’hui les bornes de charges « classiques »,dites rapides, peuvent fournir 50 KW, le plein de notre batterie de 150 KWh s’effectuera donc en 3 heures, contre 7 minutes pour une voiture « normale » !
On voit donc qu’il ne sert à rien de doter une voiture d’une forte autonomie, si par ailleurs on ne lui offre pas un réseau de charge qui lui évite de passer une demi-journée pour « faire le plein ».

Ce problème n’a pas échappé à certains constructeurs, qui ont compris que leurs voitures seraient invendables sans un réseau de charge « à la hauteur ». L’équipementier américain ChargePoint a annoncé un système de bornes à 400 KW, et un consortium Allemand et américain annonce pour le marché européen un réseau à 350 KW.
Le programme français de réseau de charge à 50 KW est donc complètement dépassé avant même d’être opérationnel…
(Pourtant une simple calculette, comme ci-dessus, leur aurait donné la solution).

Dans l’hypothèse où des bornes de 300 KW seraient généralisées, la charge à 80% d’une batterie de 150 KW pourrait s’effectuer en une demi-heure, soit 4,3 fois plus qu’avec un véhicule thermique.

- Le nombre de postes de charge.
  Il y a aujourd’hui 11 000 stations service carburants, pour environ 44000 postes.
En supposant un réseau de bornes de 300 KW, il faudrait donc 4,3 fois plus de bornes pour obtenir le même service, soit 190 000 bornes.
En périodes de pointe, tous les postes sont susceptibles d’être utilisés, ce qui donnerait  une puissance soutirée de plus de 57 GW.
Ce qui nécessiterait un quasi doublement de la puissance du parc électrique français !
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L’électrification totale du parc de véhicules particuliers pose donc d’énormes problèmes si l’on désire retrouver le même niveau de service qu’avec les véhicules à pétrole.
- Il faudrait augmenter de plus de 20% la quantité d’énergie électrique produite annuellement, et la puissance installée de 50%, ce qui est le contraire de ce qui est prévu dans la stratégie de transition énergétique.
- Il faudrait abandonner le concept de bornes de recharge de 50 KW et le remplacer par un réseau de près de 200 000 bornes de 300 KW, ce qui n’est absolument pas dans les projets de l’Etat français, même dans un avenir lointain.
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Il apparaît donc que l’électrification totale du parc de voitures, avec stockage d’énergie par batterie, est une utopie.
Le système à batterie a donc ses limites, qui commencent d’ailleurs à apparaître avec les tentatives de mise en place d’un réseau de rechargement avec les bornes de 50 KW.
D’autant plus que lorsque toutes les voitures particulières seront électrifiées, il restera les camions et les engins de chantiers, pour lesquels aucune solution n’est prévue.
Assez curieusement, le problème des camions a été glissé sous le tapis.
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Les obstacles qui s’opposent à la généralisation du véhicule à batterie peuvent être outrepassés en utilisant d’autres technologies, comme la pile à combustible et les biocarburants.
Et c’est là que l’on retrouve le moteur thermique.
Les biocarburants de deuxième génération commencent à exister. Ceux de troisième génération suivront dans la foulée, et remplaceront les carburants pétroliers, en particulier sur les véhicules de transport qui utilise actuellement le diesel pétrolier.
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La motorisation électriques à batterie seule ne pourra jamais remplacer la totalité des motorisations thermiques.
Elle pourra tout au plus prendre une part de marché de 30 à 40% des voitures particulières.
Pour les utilisations routières, il faudra faire appel à d’autres solutions.
Aujourd’hui ces solutions sont la motorisation hybride et/ou la pile à Hydrogène ( ou pile à combustible).
La motorisation hybride repose sur une double motorisation dans laquelle le moteur thermique joue un rôle essentiel puisqu’il assure les longs parcours. C’est la solution privilégiée aujourd’hui par les usagers.
Le bannissement du moteur thermique entraînerait automatiquement le bannissement de la motorisation hybride. Absurde.
Il resterait donc la pile à Hydrogène.
Mais avec deux gros problèmes:
- Il faut fabriquer l’Hydrogène propre, ce qui ne peut être fait que par électrolyse de l’eau grâce à l’énergie électrique renouvelable.
Ce qui n’est pas fait aujourd’hui.
- Il faut créer un réseau de distribution de cet Hydrogène, qui reste entièrement à construire.
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La résolution du Bundesrat est un coup de com qui reçoit un bel accueil médiatique.
Il reste maintenant à expliquer comment mettre tout cela en pratique.
Souvenons-nous de la décision « héroïque » de sortir du nucléaire, dont le premier résultat fut d’augmenter la production des centrales à charbon…
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