Voitures électriques, entre autonomie et vitesse, il faut choisir.

Voitures électriques, entre autonomie et vitesse, il faut choisir.

17 Octobre 2021

La promotion de la voiture électrique, la vraie, celle qui marche à l'électricité exclusivement, encore appelée VEB, ou « Voiture Electrique à Batterie », se heurte au problème de la consommation à haute vitesse, et donc à l'épuisement rapide de la batterie, et donc à une réduction drastique de l'autonomie, sauf à communiquer uniquement sur l'autonomie à 110 km/h ou bien à monter une batterie de capacité délirante très lourde et très chère.

Les deux options étant l'une frustrante quand on parle d'autoroute, et l'autre extrêmement onéreuse quand on envisage d'accompagner les enfants au collège.

Dur dur de vendre un VEB à un client qui voudrait faire les deux.

La négociation se termine en général autour d'un modèle hybride, lui-même menacé par Bruxelles pour des raisons évidentes.

( Pas commode d'expliquer au client qu'il contribuera à réduire les émissions de CO2 des moteurs thermiques en achetant un modèle hybride qui fonctionnera la plupart du temps au pétrole, et particulièrement sur autoroute … Bruxelles ne pouvait décemment pas cautionner cette imposture.

Mais le principe de réalité a prévalu, les hybrides peuvent être une étape en attendant les VEB aptes aux voyages au long cours,mais il est bien entendu que cette tolérance ne doit pas se transformer en provisoire définitif. La menace d'éviction serait pour 2035...).

Avant de signer le bon de commande, intéressons-nous à la consommation des VEB sur autoroute.

(les résultats selon le protocole WLTP sont relatifs à une moyenne de diverses conditions d'utilisation, sans grand rapport avec l'autoroute)

Sur autoroute, tout le monde roule à 130 km/h*, du moins jusqu'à la généralisation du 110 km/h, ce qui n'est pas encore à l'ordre du jour, mais la menace plane.

* Voire même à 150 km/h sur certaines autoroutes allemandes.

Les amateurs de trois voies sont donc intéressés par l'appétit à ces vitesses de l'engin électrique qu'on leur propose.

Non pas pour des raisons pécuniaires, quoique... mais plutôt pour savoir combien de fois ils devront s'arrêter à la pompe électrique pour faire le plein de leur batterie, et combien d'heures ils devront perdre ainsi sur un trajet Paris-Marseille ou Munich-Bremerhaven.

Les VEB sont réputés pour leur appétit d'oiseau, mais on dit bien que ce volatile consomme par jour l'équivalent de son poids.

La capacité des batteries des VEB d'aujourd'hui est chiche, quelques dizaines de kWh, équivalents à quelques litres de super, qu'il faut utiliser avec parcimonie malgré l'excellent rendement de la traction électrique.

On peut éprouver quelque angoisse à abandonner un réservoir de 70 litres pour une batterie dont la capacité énergétique est équivalente à 4 ou 5 litres de super; même avec un meilleur rendement, on se doute bien qu'il y a un loup quelque part .

Cherchons le loup.

Pour aller vite, il faut pousser la voiture énergiquement, avec une force de poussée constituée de deux composantes :

Une composante pour vaincre la résistance de l'air, proportionnelle au carré de la vitesse.

Une composante pour vaincre les forces de frottement et de déformation des pneus au contact du sol, et de la suspension, et le frottement du système de transmission ( Réducteur et différentiel). Cette deuxième composante est proportionnelle à la vitesse.

Si la route est en pente, il faut ajouter une troisième composante dont la valeur est fixe et dépendant de la pente et du poids de l'auto.

Ces différentes forces se calculent aisément à partir de modèles renseignés par des essais en soufflerie sur la caisse, et sur les pneumatiques, dans différentes configurations.

L'énergie nécessaire pour faire avancer l'auto est le produit de la force de poussée F par la distance parcourue.

A cette énergie de base il faut ajouter l'énergie perdue dans les différents éléments du système de motorisation : essentiellement le moteur, le convertisseur, la batterie, auxquels il faut ajouter l'énergie consommée par les accessoires indispensables ( Pompes, ventilateurs, etc) et optionnels ( électronique , chauffage de l'habitacle, éclairage, communication).

Et bien sûr il faut éventuellement tenir compte d'éléments extérieurs tels que coffre de toit ou remorque.

C'est la somme de toutes ces énergies qui constitue la « vraie »consommation du véhicule.

Les éléments qui interviennent dans ces évaluations sont très nombreux et variables d'un modèle à un autre :

Le maître-couple S, en relation avec les dimensions de l'auto ( entre 1,5 et plus de 2,5 m²).

Le Cx, en relation avec l'aérodynamisme, qui peut varier entre 0,2 et 0,6 , grosse influence sur la consommation à haute vitesse.

La densité massique de l'air, variable avec l'humidité, la température, et l'altitude.

Le vent.

Les pneus, selon leur classement et la pression.

La charge du véhicule.

Le diamètre des roues.

Et bien sûr la qualité de la conception et de la réalisation des éléments de la transmission et de la batterie, qui conduisent à un rendement global qui peut varier entre 60% et 80% selon le constructeur et le prix bien évidemment.

( Un rendement de 95%, relativement bon, sur chacun des quatre éléments de la motorisation conduit à un rendement global de 80%).

Ce nombre très élevé des éléments perturbateurs du rendement conduit à de très grandes disparités de la consommation énergétique des différents véhicules du marché dans mes mêmes conditions d'utilisation.

A titre indicatif, voici les écarts relevé dans la presse spécialisée, sur autoroute à vitesse max 130 km/h et 115 km/h de moyenne :

Tesla M3 18,5 kWh/100 km (Version grande autonomie, valeur constructeur)

Audi e-Tron 28,4 kWh/100 km

Cet écart de plus de 50% est révélateur du grand n'importe quoi en matière d'efficacité énergétique, écart qui confirme l'importance du soin à apporter à chaque détail susceptible d'affecter le rendement global.

Cet écart de 50% est en soi minime puisqu'il correspond à une différence de 1 L de super/100 km, mais pour un véhicule à batterie il signifie une différence d'autonomie de 50%, à capacité de batterie égale, ce qui est tout à fait considérable dans l'état actuel de la technologie des batteries (capacité, poids, prix, régime de charge, réseau de recharge, puissance des bornes).

Une voiture électrique de bonne facture (en 2021) consomme donc environ 20 kWh/100 km sur autoroute à 115 km/h de moyenne, ce qui est une allure « normale » dans le respect de la limite de 130.

Le rendement global de cette voiture est d'environ 75%, valeur plutôt haute.

La même voiture, équipé d'un moteur thermique verrait son rendement global tomber à 25%, et sa consommation passer à 6 L /100 km dans les même conditions.

Ce qui lui donnerait une autonomie de plus de 1 000 km avec un réservoir de 65 L.

Dans l'état actuel de la technologie des batteries, l'autonomie des VEB sur autoroute est donc encore très éloignée de celle des véhicules thermiques.

Pour atteindre l'autonomie de 1000 km sur autoroute la M3 devrait embarquer une batterie de près de 200 kWh.

Et les autres, beaucoup plus...

Ces considérations donnent la mesure des progrès à accomplir dans la technologie des batteries, et dans la puissance des bornes de recharge qui devront les remplir, l'objectif étant 15 minutes pour une recharge à 80%.

Ces obstacles, que l'on aurait tort de sous-estimer, laissent une ouverture pour la filière Hydrogène et pile à combustible malgré ses inconvénients, qui seront surmontés étant donné la forte demande d'hydrogène décarboné pour beaucoup d'autres applications.

L'Histoire de la voiture électrique n'est donc pas gravée dans le marbre.