La voiture électrique et la pompe à chaleur.

La voiture électrique et la pompe à chaleur.

5 Juillet 2022

En hiver il fait froid, des températures hivernales inférieures à zéro sont courantes dans de nombreuses régions, et pas seulement au petit matin.

La circulation automobile ne s'arrête pas pour autant et les véhicules sont équipés d'une climatisation très efficace en hiver et en été.

Le confort des voitures modernes à pétrole nous a un peu fait oublier que cette climatisation est un luxe qui coûte cher en énergie. C'est « grâce » au mauvais rendement du moteur thermique que nous disposons de grosses quantités de chaleur pas perdues pour tout le monde, et de l'essence à gogo pour alimenter la clim.

Ainsi le chauffage de l'habitacle n'est plus un problème depuis de nombreuses décennies, même sur les modèles bas de gamme, et même par des conditions extrêmes ( Souvenir de voyages en pays nordiques par – 32 °C).

Hélas cette heureuse époque est révolue.

La voiture électrique nous ramène au bon vieux temps des restrictions. Plus question de gaspiller l'énergie, la modeste quantité de kWh embarqués doit être utilisée parcimonieusement avec un souci constant de l'économie.

Car il s'agit d'utiliser l'électricité pour propulser le véhicule le plus loin possible afin d'afficher au catalogue l'autonomie la plus flatteuse possible, puisque c'est aujourd'hui LE critère de sélection.

Tous les rendements sont donc maximisés ( Ce qui est une bonne chose au demeurant ) et il n'y a quasiment plus de « chaleur perdue », ou très peu et difficilement récupérable.

Or les besoins sont toujours là pour le chauffage de l'habitacle, son refroidissement en été, et bien sûr pour les autres applications comme l'éclairage, et parfois pour la batterie elle-même dans certaines conditions climatiques.

( Oui, la batterie au Lithium ne donne toutes ses qualités qu'entre 0 et +45°C. Dans des conditions climatiques un peu fraîches il faut parfois la réchauffer, et en-dessous de zéro ses performances baissent ).

Autant les performances thermiques des bâtiments sont scrutées et réglementées drastiquement, autant il n'en est jamais question pour l'automobile.

Le problème ne se posait pas avec les moteurs thermiques puisque la chaleur perdue suffisait amplement aux besoins du chauffage ; la clim en été consommait bien un peu d'essence, mais sans affecter l'autonomie largement suffisante.

Mais avec l'arrivée du tout électrique il est essentiel de connaître l'impact du chauffage et de l'éclairage sur l'autonomie.

( Et bien sûr de la climatisation en général car l'été peut être aussi inconfortable que l'hiver, d'une autre façon ).

Les catalogues sont très discrets sur ce point, voire même secrets, les rares allusions au sujet restent très vagues.

Et pourtant il en faut des kWh pour porter et maintenir à +20 °C un habitacle roulant à 130 km/h et par une température extérieure de – 10 °C.

Au fait, combien ?

Parler chiffres en matière d'automobile c'est flirter avec le diable. Et quand en plus l'auto est une électrique à batterie, et qu'il s'agit d'autonomie, la plus grande prudence est de rigueur.

Aussi est-il bon de se raccrocher d'abord à la technologie, les chiffres viendront après.

Le rendement énergétique de ces autos est excellent, mais pas de 100%. Chaque étage de la motorisation contribue à la baisse de ce rendement global:

La batterie, le convertisseur-onduleur, le moteur, le réducteur, la transmission, contribuent aux pertes sous forme de chaleur ; en estimant chaque rendement à 95%, le rendement total sera de l'ordre de 80%.

Cette perte de chaleur, répartie dans divers blocs, est difficilement récupérable et ne peut pas servir à chauffer l'habitacle. De plus elle est variable en fonction de l'effort demandé à la motorisation, donc pas gérable.

(Contrairement au moteur thermique qui dégage une chaleur considérable facilement récupérable ).

La voiture électrique devra donc prélever sur la batterie l'énergie dont elle aura besoin pour les fonctions annexes: chauffage et climatisation de l'habitacle, éclairage, signalisation, électronique de bord, communications, sonorisation, direction, freinage, aides à la conduite, équipements électriques de bord, chauffage des sièges, et même à l'occasion réchauffage de la batterie elle-même dans certaines conditions hivernales sévères.

La climatisation de l'habitacle est le poste le plus consommateur, son influence sur l'autonomie sera la plus importante.

La batterie elle-même voit ses performances dégradées à basse température.

Dans des conditions hivernales l'autonomie du véhicule est diminuée significativement, au point de constituer un risque de panne sèche si ce facteur n'est pas pris en compte dans la préparation du déplacement.

Dans les véhicules électriques modernes le chauffage est alimenté par une pompe à chaleur, et les pertes du véhicule sont ( doivent être ) contrôlées par une isolation thermique renforcée.

Le résultat final, dans des conditions équivalentes, dépendra des performances de cette pompe à chaleur et de l'isolation thermique de l'habitacle.

Si la réalisation est peu performante, on pourra constater jusqu'à 30 à 40 % de perte d'autonomie dans des conditions de vitesse et de température extérieure encore raisonnables.

Ce facteur de perte d'autonomie doit normalement être communiqué à l'acheteur du véhicule car il dégrade le résultat du test WLTP d'un facteur important variable selon la marque et le modèle.

( Le facteur en question étant très discret dans les notices publicitaires ).

Ce paramètre doit faire l'objet de l'attention particulière du futur acheteur, qui doit savoir à quoi s'attendre s'il envisage d'utiliser son véhicule au-delà de – 5°C, et même parfois bien avant.

( On parle quand même de perte d'autonomie du véhicule de 25 à 35 % dans des conditions climatiques encore loin des extrêmes, sachant que pour certains extrêmes la voiture électrique est carrément inutilisable là où le thermique passe encore ).

Pour minimiser cet inconvénient l'habitacle d'une voiture électrique doit être particulièrement bien isolé thermiquement, et le niveau d'isolation doit être un critère de choix pour l'utilisateur, comme il l'est pour les cumulus électriques.

Ce critère de choix doit s'exprimer par la puissance de chauffe nécessaire pour maintenir une température de +20°C dans l'habitacle, dans les conditions de température extérieure et de vent précisés ( par exemple 0°C / 100 km/h et/ou – 10 °C/ 130 km/h ) incluant bien entendu le taux d'humidité et la pression atmosphérique.

L'utilisateur a le droit de savoir s'il achète un nid douillet ou une niche glaciale. Le prix des voitures électriques, qui croît de jour en jour, doit se justifier par des critères d'usages au moins équivalents à ceux des véhicules à pétrole.

La performance réelle d'une voiture électrique dans des conditions climatiques sévères doit être une valeur catalogue ; aujourd'hui ce n'est pas le cas. Pour tenter de s'informer le futur acheteur, à condition qu'il soit au courant de ce « petit » détail, doit consulter des sites internet ou des revues dans lesquelles figurent des résultats d'évaluations à prendre avec les réserves d'usage.

Voir notamment :

https://www.geotab.com/fr/solutions-gestion-flotte/ev-temperature-tool/

Et essayer l'outil de simulation proposé.

Etonnant, non ?