Voiture électrique, l'obsession de l'autonomie.

Voiture électrique, l'obsession de l'autonomie.

4 Avril 2024

L'arrivée de la voiture électrique a fait naître chez certains usagers un nouveau motif d'anxiété qui est l'obsession de l'autonomie engendrant la crainte de la panne sèche.

Les constructeurs en sont parfaitement conscients, qui rivalisent d'ingéniosité pour minimiser l'importance de ce « petit » défaut en affichant des performances d'autonomie qui, tout en étant parfaitement conformes aux normes officielles de mesures ( WLTP ) n'ont que de très lointains rapports avec la réalité de tous les jours.

C'est alors la double peine : l'autonomie réelle n'est pas celle que l'on attendait, et de plus elle

dépend des conditions de conduite, de la vitesse, et des conditions météo !!!

Précisons que ce « petit » problème n'a rien à voir avec le savoir faire des constructeurs d'autos, il est dû aux limites actuelles de la chimie des batteries, qui ne permet pas d'emporter toute l'énergie nécessaire, dans les limites d'un poids et d'un coût acceptables, et qui est très sensible à la température.

( On découvre à cette occasion la formidable supériorité du pétrole sur les autres sources d'énergie : Un petit bidon de 10 L en tôle suffit à transporter la même quantité d'énergie qu'une batterie de 500 kg dont le coût est 500 fois celui du petit bidon !

Certes, dans les moteurs, la différence de rendement atténue cet écart, qui demeure cependant énorme, et qui permet de comprendre combien il sera difficile de se débarrasser du pétrole ).

Dans un avenir, que l'on espère proche, la chimie des batteries va évoluer vers plus d'efficacité, et l'on pourra emporter deux ou trois fois plus d'énergie sans augmentation du poids, et même avec un coût plus raisonnable. On parle de l'horizon 2030...

Mais alors se posera un autre problème, qui est celui du temps de rechargement de cette super batterie, qui exigera des puissances électriques de bornes de recharge qui seraient inacceptables par le réseau ( On parle de Mégawatts!!!).

Il s'agit donc d'un problème sérieux, et non d'un simple contretemps que les bureaux d'études pourraient résoudre facilement.

On peut donc craindre que cette course à l'échalote entre la capacité de la batterie, son coût, son poids, le temps de rechargement, et la puissance des bornes de charge, ne perdure encore longtemps comme inhérente au principe même de la traction électrique à batterie.

Dans ce cas, il nous reste à espérer que ce vice congénital soit accepté par les utilisateurs, comme une rançon versée à la fée électricité en échange de ses bienfaits décarbonés*.

*( La voiture électrique permet à la fois de supprimer les émissions de CO2 fossile du véhicule et de diviser par trois le besoin en énergie.

Son intérêt n'est donc pas remis en cause.

Encore faut-il avoir de l'électricité elle-même décarbonée ).

Voyons de plus près cette histoire d'autonomie :

Une voiture thermique de gamme moyenne consomme environ 7 L/100 km dans les conditions classiques d'utilisation.

Avec un réservoir de 60 L son autonomie atteint donc 800 km. Le plein est réalisé en cinq minutes sur une borne standard.

7 L de carburant contiennent environ 70 kWh d'énergie ( moyenne entre super et gazole ).

Le rendement maximal d'un moteur thermique est d'environ 40% au banc, mais peut descendre à 15% en dehors de la zone la plus favorable de régime et de charge.

Le rendement moyen effectif est autour de 25%, ce qui correspond à une consommation énergétique de l'ordre de 18 kWh/100 km.

( Energie nécessaire pour faire avancer le véhicule ).

Le reste des 70 kWh est dissipé en chaleur...Un scandale à une époque où l'énergie va se faire rare.

La même voiture, avec une motorisation électrique, aura donc besoin de la même quantité d'énergie pour le même type d'utilisation.

( En fait, lors du passage à l'électrique, des modifications sont apportées pour réduire les pertes notamment au niveau des pneumatiques, et de la transmission, en sorte que la consommation est plutôt autour 15 kWh/100 km).

L'électricité est alors fournie par une batterie.

L'autonomie de la voiture dépend donc de la capacité de cette batterie.

La technologie actuelle des batteries permet d'embarquer 50 kWh dans une voiture moyenne.

( Le surpoids est ainsi « limité » à 3 ou 400 kg mais le prix demeure encore très élevé...).

Pour préserver la bonne santé de la batterie, on doit éviter de la décharger complètement, la capacité utile est donc autour de 90% de la valeur nominale, soit 45 kWh dans notre cas.

Ce qui donne à cette voiture électrique une autonomie théorique de l'ordre de 300 km, très loin des 800 km de notre pétrolette.

Mais ici intervient une particularité qui différencie le thermique de l'électrique, et qui change tout :

Sur une voiture thermique, le rendement varie entre 40% et 15% selon le point de fonctionnement du moteur. Sur route, à puissance élevée et à régime stabilisé, sur le cinquième rapport, il pourra être de 40%, alors qu 'en ville avec des changement de rapports et de régime fréquents, mais à puissance faible, il tombera à 15 ou 20%.

En sorte que le produit de l'énergie demandée par le rendement sera « relativement » constant.

La consommation sera donc elle aussi relativement constante.

( Une voiture thermique consomme quasiment autant en ville que sur la route...)

Par contre, sur une voiture électrique, le rendement est relativement constant, et très élevé, et donc la consommation est directement proportionnelle à l'énergie demandée.

On constatera par exemple une consommation de 10 kWh/100km en ville avec récupération d'énergie au freinage, et 20 kWh/100 km sur autoroute à 130 km/h.

( Quelquefois nettement plus que 20 kWh selon les marques… ) .

L'autonomie de la voiture électrique dépend donc au premier degré des conditions d'utilisation.

Une autonomie de 300 km en conduite « apaisée » à moyenne vitesse pourra alors se trouver réduite à 150 km sur autoroute à 130 km/h....

C'est donc la double peine :

Une autonomie déjà intrinsèquement faible, limitée par la capacité de la batterie, et en plus une autonomie variable du simple au double selon les conditions d'utilisation.

Que disent les catalogues et la publicité ?

La référence catalogue pour l'autonomie d'un VEB est le résultat obtenu lors des tests WLTP.

(Encore faut-il préciser s'il s'agit des tests en cycle mixte ou en cycle urbain avec récupération d'énergie au freinage. Le second est plus flatteur...).

La norme WLTP a ceci de commode qu'elle est parfaitement définie dans la suite des conditions de mesures, et donc incontestable, tout en étant parfaitement incompréhensible du commun des mortels.

( Les mauvaises langues diront que c'était un peu le but...).

Passer d'une voiture thermique à une électrique signifie donc quitter une autonomie assurée de 800 km pour une autonomie réduite à 300 km, voire beaucoup moins, fluctuante selon les conditions d'utilisation.

Et si, en plus, le réseau de bornes de recharge des batteries n'est pas à la hauteur des besoins, le succès commercial de ce nouveau produit de trouve compromis.

Ces limitations congénitales auraient pu être outrepassées par l'attractivité du prix de vente. C'est le contraire qui s'est produit puisque le prix des électriques dépasse de 20% celui des thermiques !

( Seuls les « geeks » et les écologistes convaincus achèteront le produit …).

Le lancement a cependant été couronné d'un certain succès grâce aux subventions de l'Etat et à certains avantages fiscaux; mais le procédé n'est pas tenable sur la durée et ne correspond à aucun modèle commercial viable. Il doit donc disparaître dès que les ventes atteignent un volume significatif, ce qui est le cas en 2023.

L'autre façon d'encourager les ventes consiste à développer les ZFE d'une part, et annoncer l'arrêt des ventes de voitures thermiques en 2035 d'autre part.

Mais, tous ces artifices n'effacent pas les problèmes décrits ci-dessus.

D'ici 2035, le marché du VE sera ainsi ballotté entre les réglementations dissuasives, les menaces, les incertitudes concernant les solutions alternatives comme l'hybride, la pile à Hydrogène, ou les biocarburants, et bien sûr les progrès, ou pas, sur les batteries, sans oublier les menaces de taxation du carburant électrique.

Le tout dans une chaleureuse ambiance de guerre économique entre l'Europe, l'ASIA PAC, et les USA, orchestrée par les détenteurs des cartes pétrolières, et/ou des gisements de cuivre, de Lithium, de Cobalt, ou quelques autres non encore identifiés et qui serviront de Joker pour les futurs affrontements.

Annexe.

Dans la vie de tous les jours les performances annoncées sous cycle WLTP sont rarement atteintes, c'est le moins que l'on puisse dire.

C'est pourtant cette valeur WLTP qui est mise en avant dans les placards publicitaires.

Prenons l'exemple de la E 308 Peugeot ( Exemple récent typique du modèle de moyen de gamme et de ce qui se fait de mieux aujourd'hui en la matière ), qui est plutôt dans le peloton de tête du point de vue efficacité énergétique :

Sur le modèle équipé d'une batterie de 54 kWh ( 51 kWh utiles ) l'autonomie WLTP en Cycle mixte est annoncée à 400 km environ, et 520 km en cycle urbain, grâce à la récupération d'énergie au freinage, et à la vitesse réduite évidemment.

Soit environ 13 kWh/100 km en cycle mixte et 10 kWh/100 en cycle urbain.

( Ce qui correspond à respectivement 1,3 et 1 Litre de super aux 100 km, saluons la performance...)

Mais sur autoroute il en va tout autrement. Et l'autonomie sur autoroute n'est pas prise en compte par le WLTP.

Ce qui signifie que l'on peut trouver n'importe quoi en pratique.

A 130 km/h, le moteur électrique d'une voiture de gamme moyenne est soumis à très rude épreuve, avec des régimes dépassant largement les 10 000 tr/mn* et des rendements qui commencent à sortir de la zone de confort, résultant en une consommation qui peut devenir exotique...

( Les voitures électriques sont dépourvues de boite de vitesse. Le régime de rotation du moteur est donc directement proportionnel à la vitesse de la voiture.

Le rapport de proportionnalité est un compromis entre la nécessité d'avoir un couple max dès le démarrage de la voiture, tout en gardant un régime de rotation dans les limites technologiques à vitesse max du véhicule.

Actuellement il est difficile de vendre une voiture, même en gamme moyenne, dont la vitesse max annoncée est inférieure à 150-170 kmh.

Il y a des moteurs conçus pour des régimes jusqu'à 18 000 tr/mn, mais dans les voitures de gamme moyenne, les prix interdisent ce type de moteurs, et les régimes sont alors limités à 10 ou 12 000 tr/mn, avec des vitesse max de 150 à 170km/h.

A 130 km/h ces moteurs sont déjà es des limites et les rendements baissent, entraînant des consommations parfois excessives ( 20 à 25 kWh/100 km ) affectant grandement l'autonomie.

C'est un paramètre très important à vérifier...)

On prend rarement l'autoroute pour rouler à 90 km/h, surtout pour un voyage de plusieurs centaines de km.

Or, à la vitesse autoroutière de 130 km/h une voiture, quelle qu'elle soit, consomme 25 à 30 % d'énergie de plus qu'aux vitesses sur routes limitées, ce qui nous fait environ 17 kWh/100 km pour la E 308. ( Ce sont des valeurs plutôt conservatives, la valeur exacte n'a pas été communiquée ).

L'autonomie est alors réduite à 300 km, en partant avec une batterie bien chargée et jusqu'à un point de décharge acceptable de la batterie ( ici environ 5%).

(On est déjà loin des 520 km du cycle urbain, et même loin des 400 km du cycle mixte WLTP).

Sur autoroute, on utilise la charge rapide ( Qui irait payer l'autoroute pour accepter de perdre une heure ou plus à chaque recharge?).

La batterie de la E-308 accepte une puissance de charge de 100 kW, correspondant au régime 2C qui est maintenant la norme.

Pour maintenir la batterie en bon état et la faire durer longtemps, il est recommandé de ne pratiquer les charges rapides fréquentes que dans les limites de 20% et 80% de sa capacité.

C'est une règle générale dont le respect est fortement conseillé par les fabricants de batteries.

( Les bornes rapides bien conçues savent cela et limitent d'elles-même la charge à 80% . Au-delà le courant de charge est alors réduit considérablement, ce qui dissuade le client de persister, surtout si d'autres clients attendent leur tour...).

Notre batterie de E-308 récupérera donc au maximum 30 kWh lors d'une charge rapide sur une borne de 100 kW , en vingt minutes environ,

( 60% de 50 kWh ).

Avec ces 30 kWh, la voiture pourra donc parcourir 180 km, qui lui permettront d'atteindre la prochaine borne de charge ( s'il y en a une disponible...).

Donc, pour un long voyage sur autoroute, à vitesse autoroutière, notre 308 pourra parcourir 270 km en partant avec une batterie chargée à 100%, jusqu'à atteindre les 20% de réserve de capacité et donc le premier arrêt à une borne rapide.

Ensuite il lui faudra recharger ( de 20% à 80% ) tout les 180 km.

Adieu l'autonomie WLTP...

Il lui faudra donc recharger quatre fois sur borne rapide pour un trajet de 800 km...

Dans le meilleur des cas, une recharge de 20% à 80% sur borne de 100 kW dure vingt minutes pour une batterie de 50 kWh.

Soit une heure et vingt minutes, sans compter le temps perdu bien sûr, surtout s'il y a un peu d'affluence aux bornes...

Cette gymnastique de trapèze volant de borne en borne n'est pas du goût des usagers habitués à faire huit-cent km avec leur bon vieux quatre cylindres à gazole en s'arrêtant une ou deux fois quelques minutes pour une petite vidange personnelle..

Cette « particularité » de la voiture électrique de gamme moyenne n'est pas claironnée dans les dépliants publicitaires, et à peine évoquée dans les entretiens avec le vendeur, dont le rôle est de conclure une vente et non pas de s'attarder sur les points faibles.

Ces « petits » embarras sont rapportés par le bouche à oreille, et diffusés par les réseaux sociaux, distordus selon les opinions préconçues des rédacteurs.

Quant à la Presse spécialisée, sa liberté d'expression est inversement proportionnelle à ses ressources publicitaires.

Il en résulte que, plutôt qu'être pris en compte comme une caractéristique inhérente à la voiture électrique, le problème de l'autonomie réduite des VEB est devenu une rumeur dont on ne sait plus très bien sur quoi elle est fondée.

Il y a en France 30 Millions de ménages, dont 84% sont motorisés, soit 25 Millions.

40% de ces ménages possèdent deux voitures.

Le total du parc atteint ainsi 35 Millions de véhicules particuliers.

Source :

https://www.insee.fr/fr/statistiques/4277714?sommaire=4318291

Aujourd'hui, le parc de voitures électriques ( VEB ) en France est très faible* ( < 3% selon l'AVERE ). Les problèmes évoqués ici n'affectent encore qu'une faible part de ces 3%.

* (Les hybrides ne sont pas comptés ici. Ils ne sont évidemment pas concernés par les problèmes d'autonomie. Ils appartiennent à la catégorie PHEV).

Les usagers de VEB déjà confrontés à ce problème d'autonomie sur autoroute ne sont donc pas encore nombreux.

La question demeure encore de savoir quel sera le bon compromis entre la capacité des batteries, le nombre de bornes de charge, leur puissance, le régime de charge des batteries ( 1C, 2C, 3C, davantage ? ), les tarifs de recharge dans ces différents modes, et la taxation sur cette électricité.

Toutes questions qui n'incitent pas à investir dans un domaine aussi manifestement encore en phase de mise au point.