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20 avril 2017 4 20 /04 /avril /2017 17:44

La voiture électrique toujours en quête d'identité.

20 Avril 2017
Rien de plus simple qu'un VE: Une caisse classique, un moteur électrique, une batterie.
C'est ce qu'une vue simpliste des choses permet de penser.
Un examen plus approfondi permet de découvrir qu'un VE, sous les aspects d'une bagnole ordinaire, correspond en fait à un nouveau concept de mobilité.
L’usager, tenté par l’acquisition d’un tel véhicule, doit d'abord intégrer l'idée qu'il entre dans un univers nouveau, avec des codes nouveaux, et des contraintes nouvelles qu'il lui faudra accepter.
Aujourd'hui, et pour la prochaine décennie au moins, le VE fonctionne avec une batterie.
Les piles à combustible, que l'on exhibe dans les salons consacrés à l'automobile, ne seront dans nos voitures que dans dix ans au plus tôt,  c'est à peu près le délai qu'il faudra pour disposer d'un réseau de distribution d'Hydrogène vert, car l'Hydrogène actuel est directement issu du pétrole, donc banni de la transition énergétique.
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Ces batteries, qui sont le cœur du système, souffrent de deux handicaps:

- D'une part une capacité énergétique spécifique considérablement plus faible que celle du carburant liquide habituel.

Là où un véhicule à moteur thermique se contentera de 35 Kg de super (50L) pour parcourir 700 Km, il lui faudra emporter plus de 930 Kg de batterie si c'est un moteur électrique (Batterie de 140 KWh), pour parcourir la même distance dans les mêmes conditions de conduite.
En prenant pour référence la technologie de batterie la plus performante aujourd'hui, 150 Wh/Kg.
Ce handicap de 900 Kg montre à l'évidence que la batterie ne permettra jamais d'égaler le carburant liquide, même en tenant compte des futurs progrès toujours possibles dans le stockage de l'électricité.
Il y aura toujours un poids mort de plusieurs centaines de Kg, qui pénalisera les performances du véhicule et augmentera sa consommation.
Et surtout un surcoût considérable par rapport à un petit réservoir de carburant liquide, qui serait un biocarburant évidemment.

- A ce problème vient s'ajouter un deuxième handicap, lié à la recharge de ces énormes batteries.
Pour recharger à 80% une batterie de 140 KWh  en un temps comparable à celui qu'il faut pour faire un plein d'essence, soit dix minutes environ, il faut une puissance électrique de 670 KW .
Soit la puissance qui correspond au raccordement 12 KVA de 55 foyers domestiques.
Ce qui est évidemment absurde car le réseau ne supporterait pas la recharge simultanée d'un grand nombre de ces véhicules.
(Dans l'hypothèse d'une électrification du parc actuel, la recharge simultanée de seulement un véhicule sur mille appellerait la puissance de 24 réacteurs nucléaires !).

Il s'agit donc d'un problème de fond, que les progrès technologiques ne pourront pas résoudre, car il faudra toujours 140 KWh pour égaler l'énergie de 50 L d'essence, et il faudra toujours 670 KW pour charger à 80% en 10 minutes une batterie de 140 KWh.
Le progrès ne modifie pas les lois de la thermodynamique, ni celles de l'électricité.
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Ces deux handicaps, que certains considèrent rédhibitoires,  imposent au véhicule électrique, et à son conducteur, un certain nombre de compromis.

Pour les modèles thermiques, les performances générales et l'autonomie ne sont pas des éléments de choix, surtout dans le contexte de limitation drastique de la vitesse. Tous les modèles peuvent parcourir 800 à 1000 Km sans ravitailler, et sont capables d'accélérations convenables.
(Nous parlons des voitures moyennes).
Le choix est guidé par la classe de la voiture, le luxe des aménagements, les accessoires, la connectivité, les sièges en cuir, la caméra de recul, et bien sûr le prix.
Aucun client ne s'informe de l'autonomie du modèle qu'il convoite, ni de la disponibilité du réseau de distribution du carburant dont il aura besoin, il y a longtemps que ces paramètres ne posent plus problème avec les carburants pétroliers.

Par contre, pour les modèles électriques à batterie, la première question posée est sur l'autonomie, et c'est aussi le premier paramètre mis en avant dans les publicités des constructeurs, ce qui confirme son importance.
Le premier critère de choix est donc la capacité de batterie, c'est-à-dire l'autonomie, et bien entendu la disponibilité des stations de ravitaillement.
C'est le signe que nous entrons dans un monde nouveau, dans lequel le concept de mobilité est à repenser.
Une préoccupation ne quittera plus l'esprit du conducteur d'un VE: Vais-je trouver une borne de charge disponible avant de tomber en panne de courant ?
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Une batterie de 140 KWh, nécessaire pour égaler l'autonomie d'un véhicule à essence, coûtera toujours extrêmement cher et pèsera toujours très lourd, ce qui pénalisera les performances de la voiture et augmentera la consommation.

L'usager dont la plupart des parcours n'excèdent pas 60 à 80 Km, hésitera à investir une somme considérable dans un modèle équipé d'une batterie de 140 KWh, qui lui sera utile seulement quelques jours par an, et qu'il devra recharger à des bornes de très grande puissance pas nécessairement disponibles où il en aura besoin.
Ces batteries n'existent pas encore, mais la tendance vers ces valeurs est certaine, la Tesla S est déjà à 85 KWh, la S P100D est annoncée avec 100 KWh, et le "bas de gamme" est tiré vers les 40 KWh ( Renault ZOE- ZE 40).
On peut alors penser que les VE équipés de batteries de 140 KWh, s'ils existent un jour, seront utilisés par une minorité d'usagers que leur profession oblige à des parcours longs et fréquents. A condition toutefois que les bornes de charge rapide de très forte puissance existent en maillage suffisant, et que les batteries supportent ce régime de charge assez violent, non recommandé par la plupart des fournisseurs.
(Une charge, ou une décharge, à 5 ou 6C est destructrice pour les anodes, et vivement déconseillée en pratique régulière).


Quant à l'usager "Lambda", peu soucieux de trimballer 900 Kg de batterie pour aller au bureau, mais désireux quand même d'avoir une autonomie décente pour les week-ends et les vacances, il choisira probablement la solution 40 KWh, avec une autonomie de 250 à 300 Km, et la possibilité de recharge au domicile en quelques heures.
(6 h avec une "Wallbox" de 7 KW)
A  condition de pouvoir quand même emprunter l'autoroute de temps en temps pour un parcours de 6 à 700 Km, voire plus.
Ce qui nous amène au problème des bornes publiques de charge disposées le long des voies.
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Aujourd'hui, il existe trois modes de rechargement de la batterie.
(On pourrait en ajouter un quatrième, qui est l'échange de batterie, mais le procédé n'a pas donné toutes satisfaction. Il n'est cependant pas abandonné).

- Le mode le plus simple et le moins cher est la charge au domicile.
Mais la recharge d'une batterie de 40 KWh en 6h requiert une puissance de 7 KW, qui viendra s'ajouter aux consommations existantes.
Si le chauffage du logement est électrique, il sera nécessaire de changer l'abonnement pour une puissance plus élevée, et éventuellement passer au triphasé pour ne pas trop déséquilibrer les phases du réseau.
Il y a donc un petit investissement à prévoir, entre un et deux mille euros.
Mais ensuite, à nous le KWh au tarif réglementé.

- Le second mode, complémentaire du premier, est le mode "Nomade", qui consiste à recharger sur l'une des nombreuses bornes qui commencent à exister et sont accessibles un peu partout, du moins on le dit.
Mais attention, c'est un peu le règne du grand bazar.
Il existe plusieurs types de raccordements, selon trois modes ( M2 , M3 , M4) caractérisés par la puissance max, le  type de dialogue entre la borne et le véhicule, le niveau de sécurité, et le câble de branchement.
Il existe aujourd'hui différents standards de prises, qui peuvent poser des problèmes de compatibilité qui se résoudront avec le temps, ou pas.
L'installation de ces bornes est à l'initiative des régions, des municipalités, des gestionnaires de parkings publics, de grandes surfaces, ou d'entreprises.
L'accès à ces bornes peut être gratuit ou payant, avec ou sans abonnement, et limité ou non dans la durée.
La très grande majorité de ces bornes sont de faible puissance et ne permettent qu'une charge partielle. Les bornes de 43 ou 50 KW sont relativement rares pour le moment, on les trouve plutôt sur autoroute.
Il existe quelques bornes de 150 KW, mais réservées aux véhicules Tesla, ou disponibles sous conditions assez obscures.

Ce réseau est très évolutif, et pour s'informer il est indispensable de consulter des sites comme ChargeMap.com qui sont censés effectuer en temps réel une mise à jour des cartes d'implantation des bornes.
Il existe divers modes de paiement, tout cela est encore en phase exploratoire.
L'usager apprendra à ses dépends qu'il est hasardeux de se risquer sur un parcours nouveau sans avoir au préalable vérifié l'existence de points de recharge, fonctionnels et disponibles, et bien sûr dans le standard correspondant à son véhicule et ouvert à son type d'abonnement.
Il faudra une décennie pour que tout cela se standardise et que le réseau devienne suffisamment dense pout faire oublier ce problème d'autonomie.
On vous avait prévenu, c'est un nouveau concept de la mobilité.
L'aventure, c'est l'aventure…

- Le troisième mode concerne les charges rapides qui sont nécessaires sur les voies à grande circulation et les autoroutes.
Sur les autoroutes, il est indispensable de disposer de bornes de charge rapide, pour deux raisons:
D'une part il serait absurde d'emprunter l'autoroute, qui est une voie rapide, pour perdre des heures à charger la batterie. D'autre part  un temps de charge trop long entraînerait la formation de queues aux bornes, qui seraient ingérables, voire sources de désordre public.

Charge rapide veut dire 80% de charge en moins de 20 minutes.
(On aimerait bien en dix minutes mais "faut pas rêver"…)
Pourquoi seulement 80% ?
C'est le seuil de "remplissage" en dessous duquel le courant de charge peut être très élevé, 3C, 4C, voire davantage (Charge rapide). Au dessus de 80%, la charge doit se pratiquer à tension constante, en surveillant le courant qui doit diminuer progressivement. Cette phase peut durer deux ou trois heures, elle ne concerne donc pas la charge rapide, qui s'arrête donc à 80%.

Pour une batterie de 20 KWh, une borne de 50 KW suffit pour une charge rapide à 80% en 20 minutes..
Ce sont celles qui sont en cours d'installation sur les autoroutes françaises.
Mais pour les batteries récentes il faut des bornes plus puissantes:
100 KW pour une batterie de 40 KWh (Renault ZE 40)
150 KW pour la batterie de 60 KWh de la Tesla M3.
220 KW pour la batterie de 85 KWh de la Tesla S.
250 KW pour la nouvelle S P100D dotée de 100 KWh.

Il y a donc ici également un problème de fond:
D'une part il existe (En France) un programme de développement d'infrastructures de rechargement qui utilise des bornes de puissance max 43 ou 50 KW, qui ne permettent de délivrer "que" 16 KWh en 20 minutes, ce qui correspond à la "charge rapide"  à 80% d'une batterie de 20 KWh.
D'autre part, les batteries considérées comme convenables pour l'autoroute sont dans la gamme 40 KWh à 60 KWh ( Renault ZOE - ZE 40 et Tesla M3), et ne tireront aucun profit des "petites" bornes .
Il y a donc une désadaptation totale entre le réseau de recharge et les besoins des batteries.
Il en résultera une situation de blocage lorsque le flux des VE deviendra significatif.
Les bornes adaptées à la "vraie" charge rapide des batteries de 40- 60 KWh devraient avoir une puissance de 300 KW ,pour charger à 80% en dix minutes.
( Les pays du Nord et l'Allemagne ont entrepris de créer un "couloir" d'autoroutes équipées de bornes de 350 KW, qui permettront d'accueillir les VE à "grosse" batterie comme Tesla, mais aussi les poids lourds électriques qui commencent à exister, et les autocars).

Ce problème d'adéquation entre la capacité des batteries et la puissance des bornes de charge rapide semble avoir été sous-estimé en France.
Un peu comme si l'on ne croyait pas vraiment à la voiture électrique hors agglomérations, du moins pas avant longtemps.
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La charge rapide permet en théorie de résoudre le problème de l'ouverture des autoroutes aux véhicules électriques.
Cependant la technologie de batterie permettant la pratique régulière de la charge rapide est loin d'être généralisée.
Pour une charge rapide en quinze minutes par exemple, il faut un courant de charge de 4C, qui n'est pas accepté par toutes les technologies.
( Question à poser lors de la négociation pour l'achat d'un VE).

La plupart des constructeurs déconseillent sa pratique fréquente, et certains l'excluent même de la garantie.
(Rappelons que le BMS, "Battery Management System" enregistre l'historique des conditions d'utilisation de la batterie. Avec lui on ne triche pas).
Par exemple Renault indique une possibilité de charge dite "rapide" pour la ZE 40, sur des bornes 43 KW en 1 h 05, qui correspond à un charge à 1 C, ce qui est très loin des conditions de la charge rapide réelle, qui est plutôt à 4 ou 5C, mode accepté par la batterie Panasonic de Tesla.
On imagine sans peine ce qu'il se passera lorsque plusieurs milliers de VE de ce type emprunteront l'autoroute, et devront s'arrêter tous les trois cent Km pour faire le plein en un heure…
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Une voiture électrique ne se conduit pas comme une voiture thermique, il y faut du doigté et de la modération sous peine de se retrouver à sec au bout de 200 Km, alors que le constructeur vous l'a vendue pour 350 Km.

Sur une voiture thermique, on peut être amené à consommer davantage selon les circonstances, véhicules chargé, remorque, route de montagne, galerie de toit, vitesse sur autoroute, etc. 9 Litres aux 100 au lieu de 7 habituellement, ce n'est pas très grave, on refera le plein à la prochaine station, qu'on est sûr de trouver à moins de 50 Km.
Sur une voiture électrique, une augmentation de 30% de la consommation ramène l'autonomie de 350 à 270 Km, ce qui signifie la panne sèche assurée si l'on n'a pas tenu compte de ce contretemps, et/ou si le navigateur (ou la navigatrice) s'est trompé (e) dans ses calculs.

Rouler en voiture électrique implique donc de porter une attention particulière et constante à l'état de charge de la batterie, à l'itinéraire envisagé, au chargement du véhicule, à l'emplacement des prochaines bornes de recharge, à leur disponibilité, à leur compatibilité, et surtout à la façon de conduire.
C'est un nouveau concept de mobilité, qui peut rebuter certains usagers peu soucieux de devoir se servir d'une règle à calcul pour savoir s'ils pourront rentrer chez eux le soir.
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Au vu de toutes ces contraintes, on peut se demander quelles sont les raisons qui peuvent justifier l'acquisition d'un tel véhicule aujourd'hui.

Hors la cohorte, minoritaire, des citoyens écologistes militants, et peu regardants quant à l'origine de l'électricité qu'ils mettront dans leur batterie, les autres ne seront incités que par la menace de mesures "coercitives":
- Interdiction faite aux véhicules thermiques, quel que soit leur âge, de circuler en agglomération .
- Augmentation dissuasive de la CSPE sur les carburants pétroliers et sur le GNV.
- Interdiction faite aux constructeurs de commercialiser des véhicules thermiques à partir d'une certaine date.
- Réduction drastique des seuils limite d'émissions de CO2, de gaz polluants et de particules, au-delà des normes européennes.
- Etc.
On peut y ajouter des circonstances "favorables" telles qu'une augmentation considérable des cours du pétrole et du Gaz, ou le maintien d'une prime à l'achat très consistante.
Mais peut-on bâtir un modèle économique durable sur l'espoir d'une crise pétrolière ou sur le principe de la subvention perpétuelle ?

Quelques-unes de ces menaces sont dans l'air, avec plus ou moins de crédibilité selon le pays.
En France, on en est encore à hésiter à ramener les taxes sur le gazole au niveau des taxes sur l'essence, on ne craint donc pas grand chose. Il y a bien quelques projets qui traînent ici et là sur des restrictions de circulation en centres villes, mais davantage sur le ton de la gesticulation électorale que celui de la ferme résolution.
Et n'oublions pas que la France est le pays des dérogations.
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Reste alors le problème du coût du carburant.

L'électricité la moins chère est au domicile, au tarif réglementé.
La recharge au domicile, à 14 centimes le KWh, est incontestablement attractive.
Pour le moment.
Pour faire 100 Km, il faut:
7 L de super, soit 10 e , avec une voiture thermique.
18 KWh d'électricité, soit 2,5 e au domicile, avec un VE.
Soit un rapport 4 en faveur de l'électricité-Domicile.
Pour 20 000 Km/an l'économie est de 1 500 euros, tout à fait significative.

Mais n'oublions pas que, dans les cartons de Bercy, il traîne un projet d'instauration d'un tarif progressif de l'énergie électrique, qui pourrait bien ressortir un jour.
Or la charge au domicile d'une batterie de VE consomme environ 3 600 KWh  pour 20 000 Km/an, c'est-à-dire autant qu'un logement de 80 m2 conforme à la RT 2012. L'électricité de la voiture risque alors d'être surtaxée.
Mais n'anticipons pas.

L'économie réalisée grâce à la charge au domicile doit être mise en balance avec le coût d'amortissement d'un VE.
Dans notre cas ci-dessus, si la voiture est revendue au bout de cinq ans, elle aura parcouru 100 000 Km, subi 700 à 1000 cycles de recharge, elle aura perdu une bonne partie de sa capacité (Ce qui sera évalué lors de la revente) et la perte financière peut être elle aussi significative par rapport à un véhicule à essence, d'autant plus que la technologie évolue rapidement et qu'un VE de cinq ans fera figure d'ancêtre bon pour le musée.
Le choix d'un véhicule électrique pour des raisons financières ne semble donc pas judicieux, au moins dans la période actuelle marquée par une évolution technologique frénétique.

Sans oublier que, si le prix de l'électricité est connu lorsqu'il s'agit d'une charge à domicile, il devient très incertain sur des bornes publiques et particulièrement en charge semi rapide ou rapide.
Rappelons que les gestionnaires de ces bornes ne vendent pas de l'électricité, mais un service de recharge de batterie, qui inclut de l'électricité.
Ils auront à supporter l'amortissement des installations, les coûts d'exploitation, les salaires du personnel, les frais de maintenance, les impôts et taxes, et l'achat de la matière première qui est l'électricité.
Le coût du KWh à la borne d'une station routière pourra n'avoir que de lointains rapports avec le tarif réglementé du KWh délivré au domicile.
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Pour résoudre le problème de la pollution de l'air des agglomérations, la mobilité électrique est la solution radicale.
Mais cette solution ne peut être étendue à l'ensemble du territoire qu'à deux conditions:
D'une part doter les VE d'une batterie de très forte capacité, donc très onéreuse, et d'autre part créer une infrastructure de bornes de recharge de forte puissance, elles-mêmes très coûteuses et dont la gestion entre en conflit avec le réseau de distribution électrique national.
Le compromis le plus évident est la voiture hybride, qui permet de rouler électrique en agglomération avec une batterie de taille raisonnable, et de rouler hors agglomérations avec des carburants classiques, d'origine Bio lorsque ce sera possible.

Jusqu'à présent la voiture hybride, de par sa double motorisation, est plus onéreuse que le VE pur.
C'était vrai pour les VE équipés de batteries de 20 KWh qui ont ouvert le marché.
Mais aujourd'hui, la nécessité d'augmenter leur autonomie conduit à augmenter considérablement la capacité des batteries, on parle de 60 KWh pour 2019, et déjà circulent des VE emportant 85 KWh (Tesla S) alors que les 100 KWh sont annoncés (Tesla S P100D).
Ces batteries coûtent très cher, les prévisions de baisse des coûts ne sont pas encourageantes. En 2016 le coût des batteries Li pour l'automobile était de l'ordre de 250 euros le KWh.
Il circule des prévisions très optimistes de baisse de ce coût, on parle de 150 euros le KWh en 2020, mais davantage comme un souhait que comme une certitude.
Dans cette hypothèse, une batterie de 60 KWh coûtera 9 000 euros.
Soit un surcoût de 6 000 euros par rapport à la batterie de 20 KWh d'une hybride.
Pour ce montant on peut se payer un beau moteur thermique et fabriquer un hybride de coût raisonnable.
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En 2016 les immatriculations de EV, HEV, et PHEV se sont réparties ainsi en Europe:
EV (Electrique pur): 102 600
HEV (Hybride non rechargeable): 300 000
PHEV (Hybride rechargeable): 113 000
L'électrique pur avec batterie ne représente que 0,67 % des ventes de voitures neuves en Europe en 2016, on ne peut pas vraiment parler de révolution du marché.
La répartition entre EV et Hybrides montre, si c'était nécessaire, que les clients ont bien conscience des problèmes d'autonomie et de bornes de charge, et préfèrent choisir la ceinture et les bretelles.
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La généralisation de la mobilité tout électrique à batterie n'est donc pas assurée pour l'avenir.
D'autres solutions, tout aussi écologiques et non pas concurrentielles mais complémentaires, viendront diversifier l'offre/
L'hybride évidemment, la pile à combustible, le Bio-GNV, dont les parts de marché dépendront beaucoup de l'évolution de la réglementation anti pollution, de la taxe carbone, et bien sûr du prix de l'électricité renouvelable.
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Aujourd'hui nos voitures particulières consomment 30 Milliards de litres par an, qui représentent une énergie de 300 TWh, en quasi-totalité issue du pétrole.
D'ici 2040, du moins on l'espère, ces produits pétroliers seront remplacés pour partie par de l'électricité renouvelable, pour partie par du Bio GNC, et pour partie par des Bio carburants de seconde et peut-être de troisième génération.
Les véhicules tout électriques à batterie ne représenteront qu'une part de l'ensemble du parc, pour plusieurs raisons:
- Malgré les progrès de la technologie, les batteries de forte capacité resteront lourdes, encombrantes, onéreuses, et non dénuées de risques.
- Les stations de recharge de très forte puissance, indispensables pour délivrer un service rapide, resteront en prise directe sur le réseau avec les problèmes associés, ou devront s'équiper de dispositifs de stockage très onéreux, avec un impact fort sur le coût du KWh.
- L'électricité renouvelable ne sera pas disponible en quantités suffisantes pour servir toutes les applications, y compris les voitures et les pompes à chaleur, il faudra se tourner vers les autres sources d'énergie renouvelable pour faire un mix homogène.

Malgré la publicité faite autour de la mobilité électrique "zéro émission", la démarche d'achat d'un véhicule écologique en Europe se conclut quatre fois sur cinq par le choix d'un véhicule hybride, malgré un prix plus élevé que le VE.
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