Overblog Tous les blogs Top blogs Technologie & Science Tous les blogs Technologie & Science
Suivre ce blog Administration + Créer mon blog
MENU
23 septembre 2024 1 23 /09 /septembre /2024 11:13

La voiture électrique piégée par sa batterie, sauvée par l'Hydrogène ?.

23 Septembre 2024

La voiture électrique à batterie ( VEB ) européenne est clairement en mauvaise posture. Son élément central, la batterie, semble lui échapper pour au moins trois raisons :

La première tient à la place prépondérante déjà occupée par la Chine qui contrôle au moins 60% du marché mondial.

La deuxième raison est que cette même Chine contrôle également la plupart des sources d'approvisionnement en matériaux rares nécessaires pour confectionner ces batteries.

La troisième raison, corollaire des deux premières, est que l'Europe ne dispose pas des capacités d'innovation nécessaires à la reconquête de ce marché.

( Assez curieusement, les constructeurs européens ont sous-estimé l'importance de la batterie dans une voiture électrique, et n'ont pas investi suffisamment dans la recherche et le développement sur cette technologie très exigeante ).

Dans l'état actuel de la technologie, la batterie représente en moyenne environ 40% du coût du VEB. Un constructeur qui ne contrôlerait pas la chaîne de fabrication de ce composant ne pourrait pas prendre une part significative du marché mondial, surtout s'il dépend de son concurrent pour se la procurer !

( Il ne suffit pas de produire des batteries à partir d'un savoir-faire acquit par l'achat de brevets étrangers, mais bien de dominer le sujet pour être dans le peloton de tête pour les innovations. L'époque du « me too product » est révolue ).

Fabriquer une voiture est un jeu d'enfant pour un constructeur d'automobiles chevronné.

Mais fabriquer une batterie de voiture électrique qui répond au très sévère cahier des charges automobile tout en étant suffisamment légère pour ne pas plomber le poids du véhicule, est une autre paire de manches.

Les technologies nécessaires pour tenter d'approcher l'objectif appartiennent au très haut niveau de l'électrochimie et doivent être mises en œuvre en très grandes séries pour réduire les coûts.

L'industrie Européenne de l'automobile a toujours tenu le haut du pavé pour la fabrication de moteurs thermiques performants et compétitifs ; mais lors du passage à l'électrique, la batterie a vu son importance sous-estimée et elle fut plutôt considérée comme un composant secondaire que l'on pourrait toujours se procurer auprès d'un fournisseur classique, comme des amortisseurs, des freins, des batteries au plomb 12 V, ou des déclencheurs d'airbags...

C'était une grave erreur, et cet aveuglement a laissé le champ libre à des concurrents qui n'ont pas les deux pieds dans le même sabot.

( la demande des usagers pour une autonomie comparable à celle des thermiques est encore considérée parfois comme un caprice d'enfant gâté...).

Pour faire bouger les lignes, l'Europe tente de susciter malgré tout une réaction par la réglementation, à travers le CRMA ( Critical Raw Meterials Act ) voté en Avril 2024.

Ce document se veut une feuille de route ( certains diront « un vœu pieux » ) fixant un quota d'extraction en Europe de matériaux rares, et une part de 40% de fabrication européenne du besoin en batteries.

S'il suffisait de fixer des objectifs pour les voir se réaliser, cela se saurait depuis longtemps*...

*( En Chine, peut-être..)

Lire :

https://single-market-economy.ec.europa.eu/sectors/raw-materials/areas-specific-interest/critical-raw-materials/critical-raw-materials-act_en

Cet obstacle qu'est devenu la batterie au Lithium risque fort de devenir un caillou dans la botte de l'industrie Européenne de l'automobile si un remède efficace n'est pas trouvé rapidement.

Il paraît en effet difficile (!) de tenir une place importante sur le marché de la voiture électrique si l'on ne contrôle pas la filière batterie qui en est le composant le plus coûteux et le plus critique.

On peut alors être tenté de remplacer la grosse batterie par des bouteilles d'Hydrogène, l'électricité étant obtenue grâce à une pile à Hydrogène.

Ce procédé, déjà expérimenté ici et là avec un certain succès, présente l'avantage de résoudre les deux principaux problèmes de la batterie actuelle : L'autonomie et le temps de recharge, tout en conservant les avantages de l'électricité.

Mais c'est au prix d'autres problèmes, qui touchent cette fois le rendement énergétique, le réseau de distribution de cet Hydrogène, et le coût de la pile à combustible..

L'Hydrogène est déjà largement utilisé dans l'industrie et obtenu principalement à partir d'hydrocarbures fossiles. Il existe un réseau de distribution et de stockage.

Ce n'est évidemment pas celui-là que l'on va utiliser pour faire avancer nos voitures !!

Il nous faut un Hydrogène décarboné, c'est-à-dire ne devant rien aux fossiles.

Il sera obtenu par électrolyse de l'eau avec de l'électricité elle-même décarbonée. Ce procédé est déjà opérationnel dans le cadre du développement de la filière Hydrogène destinée à l'Industrie pour ses propres besoins, qui sont très importants.

Pour l'automobile, ou les transports routiers en général, cet Hydrogène sera retransformé en électricité dans la voiture grâce à une pile PEMFC ( Proton Exchange Membran Fuel Cell ).

Les deux opérations électrolyse, puis pile à Hydrogène, induisent des pertes énergétiques qui réduiront le rendement, et auront un impact important sur le prix de l'électricité finale.

C'est du moins le principe de la chose.

( Rappelons au passage qu'il existe des sources d'Hydrogène naturel dont l'existence est maintenant avérée, mais leur caractère de réserve et/ou de flux n'est pas encore établi, pas plus que les quantités disponibles et la distribution des sites. C'est cependant un espoir pour les prochaines décennies, et un encouragement pour la filière Hydrogène...).

Mais les piles à Hydrogène fonctionnent ( aujourd'hui ) grâce à un catalyseur à base de Platine dont la rareté, et donc le coût, interdisent son utilisation à très grande échelle.

Il est donc essentiel de trouver des solutions de remplacement de ce Platine, qui soient également efficaces et durables.

Notamment concernant la résistance du catalyseur à l 'empoisonnement lié au fonctionnement irrégulier par nature dans la voiture. Les recherches sont toujours en cours...

Que ce soit du côté de la batterie ou du côté de la pile à Hydrogène, les perspectives ne sont donc pas encore dégagées, et ne permettent pas d'envisager sereinement une généralisation de l'un ou l'autre des procédés au parc mondial de plus de un Milliard de véhicules, en augmentation constante.

Cependant, le mouvement se démontre en marchant. La recherche ne peut être soutenue que par un marché demandeur de l'une ou l'autre des solutions, peut-être des deux.

Une chose est sure : la demande de voitures ne va pas disparaître* et, si la batterie ou l'Hydrogène ne peuvent pas satisfaire tout les besoins, le moteur thermique pourra s'en charger grâce aux biocarburants et aux carburants de synthèse qui permettront la décarbonation, mais sans les économie d'énergie du moteur électrique.

* ( Le fonctionnement de nos sociétés machinistes actuelles est basé sur les déplacements des biens et des individus : voitures, camions, bateaux, avions, engins divers...Le retour à l'économie de village n'est pas envisagé dans la transition énergétique, sauf par certains marginaux dont l'influence n'atteint pas les sphères de décisions...)

Il faut nous attendre à voir cohabiter différentes technologies en replacement du moteur thermique, qui lui-même verra son existence prolongée grâce aux carburants de synthèse et/ou d'origine bio.

Le pétrole a permis le développement d'un marché mondial de l'automobile grâce au moteur thermique qui a pu répondre à tout les besoins par une solution technologique remarquablement généralisable.

L'abandon du pétrole est le coup de pied dans la fourmilière.

Plusieurs décennies seront nécessaires pour retrouver une situation gérable au plan technologique, mais au prix de nombreuses pertes dans ce secteur industriel dont les cartes auront été quelque peu redistribuées...

 

 

Partager cet article
Repost0
11 septembre 2024 3 11 /09 /septembre /2024 09:37

 

10 Septembre 2024

En plus de leur autonomie problématique, les voitures électriques actuelles seraient exposées à un risque d'incendie spontané lié à un possible emballement thermique de la batterie au Lithium.

( Ce risque est déjà avéré pour certains autres matériels embarquant une batterie au Lithium : Vélo et scooter électriques, Smartphones, ordinateurs portables, outillage électrique portatif, appareils électroménagers sans fil, etc...).

Cette rumeur est hélas fondée, et la voiture électrique n'échappe pas à cette malédiction.

L'absence d'informations fiables sur la prévalence de ces feux laisse libre cours à toutes les rumeurs, et le côté spectaculaire et explosif de ces incendies fait le reste.

Les réseaux sociaux en ont fait leurs choux gras ; une publicité dont la voiture électrique n'avait pas besoin.Les combustions spontanées de voitures électriques, mythe ou réalité ?

Le risque d'incendie n'est pas propre à la voiture électrique, il est présent partout où existe un matériau combustible.

Les habitations, les forêts, les bâtiments publics, les écoles, les usines, les clochers d'églises, sont également parfois détruites par le feu.

Chaque année en France plusieurs dizaines de milliers de voitures à moteur thermique partent en fumée sous des causes diverses : Accidents de la route, malveillance, fraudes aux assurances, émeutes, étincelles de court-circuits, mégot mal éteint, fuite de carburant sur collecteur d'échappement, etc.

Ces feux se maîtrisent avec les moyens habituels dont disposent les pompiers, et qui consistent essentiellement à étouffer l'arrivée d'oxygène ( extincteurs ) et noyer le foyer pour éviter une reprise.

Les voitures électriques sont sujettes aux mêmes aléas que leurs consœurs thermiques. L'absence de réservoir d'essence pourrait même laisser prévoir une moindre tendance à l'incendie.

( C'est ce que montrent certaines statistiques, dont l'origine n'est malheureusement pas vérifiée ).

Mais si les électriques échappent au risque d'incendie aggravé par le carburant pétrolier, elles doivent en supporter un autre, qui est le risque d'emballement thermique de la batterie au Lithium.

La technologie actuelle des batteries au Lithium impose une limite de température interne au-delà de laquelle se produit l'emballement thermique. Selon la composition interne cette limite peut varier entre 140 et 160 °C.

En cours de fonctionnement normal, la batterie s'échauffe par effet Joule et par les réactions chimiques internes. La température à de pas dépasser est fixée par le fournisseur de batterie ; généralement autour de 120 °C.

La marge de sécurité est donc faible, ce qui nécessite la mise en œuvre d'une boucle de surveillance efficace, précise, et de réaction rapide.

Cette batterie est refroidie par un fluide qui peut être de l'air, de l'eau, ou un autre liquide adéquat mis en circulation par une pompe vers un radiateur externe.

Ce circuit de refroidissement est évidemment prévu pour rester efficace même dans des conditions rudes de températures externes et internes élevées, afin de ne jamais dépasser la température maximale fixée par le fournisseur de batterie.

Si malgré tout la température interne s'approche de la limite, le BMS de la voiture impose une réduction des performances, ou une réduction du courant de charge s'il y a lieu.

En cas défaillance du BMS de la voiture, ou du BMS de la borne de charge s'il y a lieu, ou du système de refroidissement, ou du système de transmission d'alerte ( ou absence du conducteur...), un système de sécurité doit prendre la relève et couper le circuit de puissance.

Mais en cas de court-circuit interne dans un élément de la batterie, si la température d'emballement a été atteinte, rien ne pourra arrêter la catastrophe.

En cas de départ d'incendie du à l'emballement thermique, la décomposition des matériaux de la batterie produit de l'Oxygène qui alimente l'incendie, et l'étanchéité du boîtier de la batterie entraîne une réaction explosive.

Ce système de contrôle sophistiqué, plus ou moins perfectionné selon le constructeur de l'auto, le fabricant de la batterie, et le fabricant de la borne de charge, assure, en principe, une bonne protection contre un emballement thermique dans le cadre d'une utilisation « normale » du véhicule.

Mais il est évident que, dans le cas d'une défaillance, ou d'un défaut de conception, de ce système de contrôle, ou de la batterie elle-même, un emballement thermique pourrait se produire dans des conditions d'utilisation extrêmes sur la route ou en cours de recharge.

L'emballement thermique pourrait également se produire en cas de formation de dentrites dans un ou plusieurs éléments, ou d'un court-circuit interne dû à une détérioration d'un élément, pouvant résulter d'un choc lors d'un accident, d'une surcharge répétée, ou d'un défaut interne non détecté au contrôle final qualité .

Toutes proportions gardées, on peut assimiler le rôle des BMS ( Celui de la voiture, et celui de la borne de charge quelle qu'elle soit ) à la chaîne de sécurité d'un réacteur nucléaire qui, lui aussi, est sujet à l'emballement thermique ( ! ).

Il n'existe aucun système de sécurité infaillible.

La seule parade possible consiste à doubler ou tripler les systèmes de sécurité, à en tester régulièrement l'efficacité, et à remplacer systématiquement les éléments sensibles.

Ce qu'il est possible de faire sur un réacteur nucléaire n'est pas transposable à la batterie au Lithium d'un véhicule électrique ; Le coût, la complexité, et surtout l'enjeu ne le permettent pas.

De plus, l'exploitation d'un réacteur nucléaire est extrêmement encadrée par un personnel nombreux et hautement qualifié, dont l'activité est partie intégrante de la sécurité. Alors que la voiture électrique est dépourvue de personnel de sécurité, et mise par définition entre des mains non qualifiées, sans aucune formation, et donc susceptible d'infliger à la batterie des conditions de surcharge répétées qui peuvent dépasser les possibilités d'intervention du BMS.

Ces incendies de batteries de véhicules électriques sont très spectaculaires et impossibles à éteindre avec les moyens classiques, ils sont souvent accompagnés d'explosions et se communiquent aisément aux véhicules et/ou aux locaux voisins. Les services de lutte contre le feu doivent utiliser des procédures spéciales, les interventions sont très longues et nécessitent de très importantes quantités d'eau. Les extincteurs classiques sont inopérants.

Il résulte de tout cela que le risque d'incendie de batterie est, pour certains, perçu comme une épée de Damoclès, même si la probabilité d'un tel sinistre demeure très faible.

Ce « point faible » des batteries au Lithium, et le caractère dramatique et définitif d'un feu de batterie, avec les dégâts collatéraux possibles, peuvent dissuader une catégorie de futurs acheteurs peu soucieux de laisser entrer dans leur garage une éventuelle bombe à retardement.

La réduction de ce risque de feu de batterie est, avec l'amélioration de l'autonomie, un passage obligé pour lever les derniers obstacles à d'adoption du VEB sans arrière-pensée.

Pour approfondir le sujet on pourra consulter le rapport de l'INERIS :

( Institut National de l'Environnement Industriel et des RISques )

https://www.ineris.fr/sites/ineris.fr/files/contribution/Documents/212018-VERSION%20PUBLIC%20Op%20D2%20IDE-10-%20travaux%20sur%20l%27extinction%20des%20feux%20de%20batteries%20Li-ion%20v1.pdf

 

Ce rapport montre, s'il en était besoin, que ce problème de feu de batteries est un problème réel, même si son incidence demeure faible.

Sa prise en compte nécessite un engagement réel de la part de la profession.

Sont concernés les fabricants de batteries évidemment, les constructeurs de voitures, les responsables des systèmes de gestion des batteries et des bornes de recharge, les forces de lutte contre ces incendies très particuliers, les responsables de la sécurité incendie dans les parkings notamment souterrains, et bien sûr les pouvoirs publics chargés de faire appliquer les règles de sécurité particulières, ou de les créer lorsqu'elles sont inexistantes.

Voici la réponse du Gouvernement suite à une question de Françoise Dumont , de la Commission des Lois du budget de la sécurité civile :

Réponse du Ministère de l'intérieur et des outre-mer publiée le 16/02/2023

« L'occurrence des feux de véhicules électriques ne fait pas l'objet d'un suivi statistique en France, il convient dès lors de s'appuyer sur des données disponibles qui proviennent des États-Unis. Sur leur fondement, concernant l'évaluation des risques et la prévention de ce type d'accident, le constat établi en termes d'accidentologie est juste : les véhicules électriques brûlent beaucoup moins que les véhicules thermiques, a contrario des véhicules hybrides. Ces seules données ne permettent pas d'en connaître la cause, ce qui aurait permis, le cas échéant, d'identifier des améliorations des dispositifs de sécurité lorsque les mises à feu ne sont pas volontaires. Concernant l'analyse de ce risque, les problématiques liées à l'extinction des véhicules électriques sont identiques à celles des véhicules traditionnels, hormis un comportement au feu différent. En effet, s'il y a emballement thermique de leur batterie, cela implique une durée d'intervention plus importante et des moyens en eau plus conséquents. Le milieu considéré peut aussi aggraver ou, au contraire, atténuer ce risque. A l'air libre, tout incendie provoque des fumées toxiques et les batteries électriques contribuent à la diffusion de nouveaux produits de combustion aussi dangereux que ceux produits par la combustion d'un véhicule thermique. Les atteintes à l'environnement ou à la santé sont identiques et les sapeurs-pompiers sont dotés d'équipement de protection individuelle à même de les protéger. En milieu confiné, actuellement, les protocoles d'intervention des secours sont adaptés pour figer la situation, permettre dans un premier temps l'extinction du véhicule puis la mise en sécurité de celui-ci afin d'écarter tout risque de propagation. La configuration de certains établissements peut toutefois être un facteur aggravant. Des réflexions sont en cours visant à intégrer ce risque aux dispositions constructives des bâtiments en harmonisant les réglementations applicables aux établissements recevant du public, aux bâtiments d'habitation et à ceux à usage professionnel en vue d'assurer le même niveau de protection contre l'incendie. Dans l'attente de l'effectivité de ces mesures bâtimentaires, il convient de prendre des mesures complémentaires, soit en restreignant l'accès de ces véhicules à certains établissements comme c'est déjà le cas pour les véhicules GPL, soit par des dispositions techniques intégrées aux véhicules. Des constructeurs automobiles ont ainsi développé des batteries dotées d'opercule à ouverture semi-automatique permettant aux sapeurs-pompiers de noyer directement leurs éléments et de stopper leur emballement en quelques minutes. Ce dispositif pourrait devenir un équipement obligatoire au plan européen. Par ailleurs, les conditions de mise en œuvre des installations de recharge des véhicules électriques et de leur remisage sont en cours de révision, à l'aune des dispositions de la loi n° 19-1428 du 24 décembre 2019 d'orientation des mobilités, qui imposent leur généralisation.

Publiée dans le JO Sénat du 16/02/2023 - page 1173 « 

Malgré un long préambule qui se veut rassurant, l'affaire est donc prise au sérieux, comme en témoignent les conclusions qui évoquent un arsenal de mesures qui touchent à la fois les bâtiments, les infrastructures de recharge, et les véhicules électriques eux-mêmes.

 

 

 

 

Partager cet article
Repost0
30 août 2024 5 30 /08 /août /2024 18:09

La saga des batteries de voitures électriques : LFP contre NMC, en attendant mieux et moins cher ?

30 Août 2024

Dans le passé, plusieurs tentatives de promotion de la voiture électrique eurent lieu, toutes avortées en raison de l'insuffisance de la capacité des batteries.

Mais la voiture électrique à batterie a cependant trouvé son marché de niche dans les applications pouvant se contenter d'une faible autonomie : Engins de manutention, véhicules de livraisons, certains taxis, etc.

( L'auteur peut en témoigner pour avoir bénéficié, avant la seconde guerre mondiale, d'un service de ramassage des poubelles par camion électrique alimenté par des batteries au plomb ).

La technologie des batteries ayant fait d'énormes progrès, et la demande de véhicules décarbonés jointe aux économies d'énergie possibles en électrique ont permis d'envisager une nouvelle tentative de remplacer les moteurs thermiques par des électriques, au moins sur les VLP ( Véhicules Légers Particuliers ) et sur les VUL ( Véhicules Utilitaires Légers ).

L'idée était même de généraliser ce progrès à l'ensemble des voitures de la Planète, et même aux camions, signant ainsi la mort du thermique.

( S'agissant de répondre au triple impératif de réduire les émissions de CO2, réduire le besoin énergétique, et parer à la pénurie prévisible de pétrole, il s'agissait cette fois de viser le marché mondial, c'est-à-dire plus de un Milliard de véhicules ).

On sait ce qu'il en a été : Les modèles de voitures électriques se sont multipliés, avec des caractéristiques remplissant toutes les cases du cahier des charges, sauf deux :

- L'autonomie, très insuffisante.

- Les prix, très supérieurs à ceux des modèles thermiques à remplacer.

Ces « défauts » sont liés à la batterie pour deux raisons bien connues:

La première est la faiblesse de la capacité spécifique énergétique dans la technologie actuelle, qui conduit à un poids dissuasif, de plusieurs centaines de kilogrammes pour obtenir une autonomie convenable.

La seconde est la nécessité de compenser ce surpoids et cette faiblesse de la capacité par des mesures coûteuses d'aménagement de l'ensemble du véhicule, ces surcoûts s'ajoutant au coût élevé de la batterie elle-même.

( Un véhicule devant supporter une surcharge permanente de 300 à 400 kg doit nécessairement avoir un châssis renforcé, des freins surdimensionnés, une suspension adaptée, et pour économiser l'énergie électrique il faut une isolation thermique de l'habitacle, et une pompe à chaleur pour assurer la climatisation. Le coût de production est donc augmenté en conséquence. A ce surcoût structurel vient s'ajouter évidemment celui de la batterie.)

Ces problèmes ont été considérés passagers, et devant disparaître grâce aux progrès de la technologie et à la magie des grands nombres ( le parc automobile de la Planète dépasse le milliards de voitures et offre de belles perspectives de croissance ).

Dans l'état actuel des choses, à chaque gamme de voiture correspond un type de batterie puisque son coût représente une part très importante du coût total, et qu'il est impossible de l'« up grader » sans modifier profondément la voiture elle-même.

Cette symbiose entre la batterie et la voiture n'est pas rationnelle car cette batterie étant une pièce d'usure, la voiture elle-même devient un objet jetable puisque son coût de remplacement la rend difficilement vendable en seconde main.

( Ce problème n'existe évidemment pas avec les modèles thermiques, dont de nombreux modèles sont encore sur nos routes après trente ans de bons et loyaux services...)

Ce n'est certainement pas en fabriquant des voitures jetables que l'on pourra conquérir le marché automobile mondial.

Il est donc impératif de faire progresser la technologie de ces batteries pour espérer remplir l'objectif de remplacement du parc mondial de véhicules légers, faute de quoi le VEB restera un marché de niches, ce qui est déjà honorable, mais en dehors de l'objectif.

( Si la voiture électrique peine à trouver son marché, celui-ci pourra se reporter sur les carburants décarbonés qu'ils soient Bio ou de synthèse. Le problème du CO2 sera ainsi résolu, mais sans l'économie d'énergie associée à l'électrique.

Il subsistera cependant l'étrangeté du système qui consiste à utiliser le CO2 atmosphérique comme composante des carburants synthétiques alors que ce même CO2 est l'ennemi à abattre. ).

Aujourd'hui deux technologies de batteries se partagent le marché : LFP et NMC.

En très gros, LFP a l'avantage de ne pas utilisé le Manganèse et le Cobalt qui sont des minéraux exotiques, et présente de bonnes performances en fiabilité, tenue dans le temps, et coût de fabrication « raisonnable ».

Le NMC a l'avantage d'une meilleure capacité spécifique énergétique, mais utilise le Manganèse et le Cobalt, et coûte plus cher, tout en ayant une moins bonne tenue dans le temps et une moins bonne tenue en température.

Ces deux technologies sont utilisées, selon le type de véhicule, les accords avec tel ou tel fournisseur de cellules, l'importance accordée à telle ou telle caractéristique, sans qu'il y ait rien de définitif, sachant que tout le monde attend la technologie d'après, toujours dans les laboratoires.

La batterie étant le cœur de la voiture électrique, il est clair que celle-ci évoluera au rythme des progrès réalisés dans ce domaine.

Un autre facteur d'évolution du VEB est l'évolution de la structure des réseaux de recharge des batteries.

La capacité d'une batterie est une chose ; les conditions dans lesquelles elle peut être rechargée sont une autre chose.

En face de la capacité de la batterie, il faut mettre le temps de rechargement et la facilité de trouver une borne convenable qui pratique un tarif acceptable.

Entre une batterie de 50 kWh qui supporte une charge au régime 2C, donc 100 kW max, et une batterie de 150 kWh qui accepte un régime de charge de 4C, donc 600 kW, on ne parle pas de la même voiture ni du même réseau de charge, ni bien bien sûr de la même technologie de batterie..

Entre ces extrêmes, comment se situera la voiture de milieu de gamme ?

Le bon choix, à un moment donné, dépend de l'état du réseau de rechargement à ce moment .

Or le réseau public de bornes de rechargement est en pleine évolution, tant en ce qui concerne les puissances de charge des bornes, que l'emplacement et le nombre de ces bornes.

( Sans parler des tarifs pratiqués...)

Des bornes de 50 kW semblaient convenir en charge rapide il y a encore deux ans, aujourd'hui on prévoit des bornes de 150 kW sur les autoroutes européennes, et la charge rapide en 350 kW.

Aujourd'hui les batteries sont en 400 V, demain elles seront en 800V, et la charge super-rapide est envisagée avec des bornes de 500 kW ( limite qui sera repoussée si le réseau s'étend à la recharge des camions, en cours d'évaluation.

Aujourd'hui la batterie sert à faire avancer la voiture ; demain elle servira aussi aussi pour le stockage réversible domestique, donc avec un cahier des charges différent, en particulier au niveau des interfaces I2G en cours d'expérimentation aujourd'hui.

Aujourd'hui la voiture thermique, et les transports routiers en général, sont énergétiquement dépendants du monde du pétrole.

Demain, si la transition vers l'électrique est un succès, il seront dépendants énergétiquement du monde de l'électricité et devront s'adapter à ses exigences, en particulier en matière de disponibilité de réseau de distribution, de la puissance disponible, de l'intermittence et du stockage, du coût de cette énergie, et de son empreinte carbone selon le mode de production de l'électricité reçue.

( Une voiture électrique alimentée en électricité par une centrale au charbon serait un non sens...)

Ces incertitudes ( c'est le moins que l'on puisse dire ) sur l'évolution de la technologie des batteries, des voitures électriques elles-mêmes, et des réseaux de recharge qui doivent s'adapter sans cesse aux nouvelles exigences, est un obstacle à une électrification rapide de ce marché.

Le passage d'une technologie à une autre peut être rapide lorsque la technologie nouvelle est parfaitement définie et au point.

Ce n'est pas le cas de la voiture électrique, pour laquelle il existe encore beaucoup d'incertitude autour de la batterie, et du réseau de recharge.

Le passage à la voiture électrique a radicalement changé la physionomie de l'industrie automobile.

Le coût de la batterie, estimé aujourd'hui à 150 euros le kWh, en fait l'organe essentiel de la voiture, particulièrement concernant les modèles de grande diffusion vendus autour de 20 000 euros.

Le secteur industriel de l'automobile quitte ainsi le domaine de la métallurgie pour passer dans le domaine de l'électrochimie.

La métallurgie subsiste mais voit son rôle réduit à celui de pourvoyeur de composants dans des technologies relativement standardisées et dont les coûts sont bien encadrés ( Une carrosserie, des roues, une suspension, des freins, …).

L'électrochimie détient désormais la maîtrise d’œuvre du projet automobile, avec d'autres compétences, un autre savoir-faire, d'autres matériaux de base, d'autres sources d'approvisionnement, d'autres structures entrepreneuriales, d'autres financements, d'autres centres de recherche et développement, toutes choses pour lesquelles les leaders de l'automobile classique ne sont pas forcément structurés.

Les constructeurs historiques subissent de plein fouet ce changement de portage et certains peinent à gérer ce passage de relais de la métallurgie vers l'électrochimie.

Ne pas contrôler la conception, la fabrication et le coût du principal composant de la voiture est en effet un rude choc, d'autant plus que le savoir-faire des batteries est pour le moment hors de l'Europe et entre les mains d'entrepreneurs très dynamiques qui, accessoirement, savent aussi fabriquer des voitures....

Pour les constructeurs européens, il est crucial de reprendre la main sur ce composant essentiel qui est la batterie, sous peine de devoir s'approvisionner auprès de fournisseurs non européens qui sont également leurs concurrents sur le produit fini.

Toutes ces péripéties font de la voiture électrique un objet évolutif tant en ce qui concerne les caractéristique techniques que les coûts encore très élevés.

L'intérêt de la clientèle pour un tel produit se porte alors plutôt sur l'aspect écologique lié à l'utilisation d'électricité décarbonée, sur l'accès aux zones ZFE, sur le coût réduit de l'énergie si la recharge est faite au domicile, et bien sûr sur d'autres aspects comme les primes à l'achat, et la promesse de frais d'entretien réduits.

Pour les clients intéressés, mais qui utilisent souvent la voiture sur autoroute et pour des trajets importants, Le VEB sera alors plutôt une seconde voiture, en complément d'une thermique classique, ou un hybride.

C'est plus ou moins la physionomie du marché actuel, qui représente la phase 1 , validation du produit par rapport aux exigences du marché.

Les résultats de cette phase 1 ( le REX, Retour d'EXpérience ) , et eux seuls permettront d'entamer la phase 2 ( Industrialisation à grande échelle ).

Aucune décision administrative ne peut remplacer la validation d'une phase de production industrielle, qui est un processus purement technique.

L'ukase de Bruxelles, qui interdit la vente de voitures thermiques à partir de 2035, possède à peu près la même crédibilité que le calendrier établi en France pour la mise en route de l'EPR de Flamanville...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Partager cet article
Repost0
23 août 2024 5 23 /08 /août /2024 10:40

Le marché de la voiture électrique, une grande volatilité.

23 Août 2024

L'arrivée du véhicule électrique est un pavé jeté dans la mare tranquille du business des voitures thermiques.

On aurait pu penser au premier abord qu'il suffisait de remplacer un moteur thermique par un électrique et de fourrer quelque part une batterie de quelques dizaines de kWh.

( C'est d'ailleurs ce que font certains petits malins en proposant le « rétrofit » ).

Mais non, il fallait voir plus grand, frapper un grand coup, ouvrir une nouvelle ère de l'automobile.

On allait voir ce qu'on allait voir...

Et on a vu.

Une décennie après le lancement de ce nouveau produit, on ne sait toujours pas ce que sera la voiture électrique moyenne de monsieur tout le monde, la voiture à tout faire pour la famille, le trajet-travail, les vacances, et qui est d'ailleurs toujours disponible en thermique pour 20 000 euros, voire beaucoup moins en occasion.

Les « designers » de la nouvelle voiture électrique des années 2 000 se sont très vite heurtés au problème ancestral de la batterie : sa très faible capacité énergétique spécifique qui, même en faisant appel à la technologie Lithium-ion, demeure très inférieure à celle du carburant pétrolier.

Pour obtenir une autonomie équivalente à celle d'une voiture thermique ordinaire il faudrait embarquer une batterie Lithium de près d'une demi-tonne, soit le poids de sept adultes !

Cet obstacle rédhibitoire est un boulet que la voiture électrique traîne depuis son lancement, et qui est un obstacle à son adoption spontanée par les utilisateurs.

En sus du poids, il faut également gérer l'encombrement de cette batterie qui, pour ne pas déséquilibrer la voiture, doit être placée le plus bas possible, sous le plancher du véhicule.

Pour des raisons de sécurité, la batterie doit être protégée contre les chocs éventuels et préserver une garde-au-sol suffisante, ce qui impose une architecture type SUV de préférence.

L'augmentation de poids dû à la batterie nécessite un renforcement du châssis, des suspensions, et bien entendu du système de freinage, sans oublier la structure même de ce châssis qui doit être renforcé pour satisfaire les test de collision malgré d'augmentation du poids.

La batterie devient ainsi un élément du châssis, difficilement remplaçable en cas de nécessité.

Enfin, le chauffage de l'habitacle ne pouvant plus être réalisé à partir de la chaleur « perdue » par le moteur électrique, nécessite un prélèvement d'énergie sur la batterie, ce qui réduit d'autant l'énergie disponible pour la propulsion. Il est donc impératif d'isoler thermiquement l'habitacle.

Toutes ces modifications indispensables viennent s'ajouter au coût exorbitant de la batterie, pour donner un coût global nécessairement supérieur à celui de thermique équivalent.

( La tentative de Bruxelles d'imposer l'électrique par la force de la Loi est une preuve de plus, s'il en fallait, de l'inadaptation du VEB actuel aux besoin des clients ).

Les constructeurs proposent une multitude de solutions électriques, chacune adaptée à une application, mais la bagnole à tout faire se fait toujours attendre. Entre la voiturette sans permis pour faire les courses ou aller au Lycée, et le super car pour frimer sur la croisette, on trouve une palanquée de versions qui ont en commun une autonomie limitée, voire très limitée sur autoroute.

Les seuls modèles assurant une autonomie « normale » sont les hybrides, qui ne sont que des thermiques déguisées en électriques.

Tout cela pour tenter de glisser sous le tapis le défaut congénital de l'électrique: la faiblesse de la capacité spécifique de la technologie actuelle des batteries.

Tous les laboratoires spécialisés de la Planète travaillent à la mise au point d'une technologie de batterie susceptible de résoudre ces problèmes, mais sans succès jusqu'à présent. Par ailleurs il subsisterait toujours le problème annexe de la charge rapide de batteries de très fortes capacités, qui exigerait des bornes de charge de plus d'un Mégawatt, dont l'utilisation entraînerait un déséquilibre du réseau de distribution électrique.

Le VEB fut donc lancé en toute connaissance de cause, en faisant confiance aux développeurs de batteries pour progresser dans le perfectionnement d'icelles, et concurrencer dignement le réservoir de pétrole en tôle de cinquante litres dont le coût avoisine celui d'un sandwich au jambon, et dont le poids, lorsqu'il est plein, ne dépasse pas le dixième du poids d'une batterie de 50 kWh.

( Pour une voiture, le poids est primordial. Chacun connaît la différence de comportement d'une auto avec cinq adultes à bord ou avec le seul conducteur, sans parler d'une éventuelle remorque.

Le surpoids de la batterie dans une voiture électrique représente le poids de cinq adultes, et ce n'est encore qu'une « petite » batterie de 50 kWh....).

Le pari était risqué, mais c'était çà ou rien, puisque le thermique était sensé avoir rendu son dernier souffle dans différents scandales, et que le CO2 était désormais mis au ban de la société automobile.

Cette stratégie de Bruxelles, qui consiste à brûler ses vaisseaux pour couper toute retraite, est extrêmement risquée puisque rien ne permet de penser que la batterie « idéale » sera disponible à temps ( 2035 ) pour équiper dignement les VEB.

Certains se sont étonnés du désintérêt de Bruxelles pour la solution biocarburants, qui aurait pu être envisagée pour assurer un passage progressif du pétrole vers l'électricité ; d'autant plus que par ailleurs ces combustibles neutres en carbone sont la solution retenue pour produire de l'électricité en soutien de l'intermittence des renouvelables ( Biogaz ), et également pour l'aviation ( e-fuel ) une fois reconnue l'impossibilité de faire voler des avions avec de l'électricité ( !!...).

( Il y aura bien des engins volants électriques, mais limités à l'aviation dite « légère » et sur de courtes distances ).

Heureusement, devant ce mur d'incohérences, Bruxelles est récemment revenue à de meilleurs sentiments et a donné son feu vert pour admettre les carburants alternatifs décarbonés dans la liste des élus au service de l'automobile.

( L'objectif demeure malgré tout la propulsion électrique qui permet une amélioration considérable du rendement énergétique, à condition que cette électricité soit elle-même décarbonée !! ).

Il est évident que, devant ces valses hésitations, certains acheteurs potentiels sont perplexes et se demandent de quoi l'auto de demain sera faite : Electrique à batterie, Hybride non rechargeable, Hybride rechargeable, électrique à prolongateur d'autonomie, thermique à e-fuel, thermique à biocarburants, et pourquoi pas électrique à Hydrogène avec PEMFC ( Proton Exchange Membrane Fuel Cell )...

Pour ce qui concerne les VEB ( Voiture Electrique à Batterie ), chaque nouveau modèle met en avant une autonomie et des capacités de recharge rapide améliorées, de quoi « ringardiser » les modèles à peine vieux de six mois...

Tout ceci n'est pas de nature à booster les ventes et met en évidence le caractère évolutif de l'environnement automobile électrique, plutôt dissuasif pour le « père de famille » peu soucieux d'investir dans un objet coûteux dont la valeur sera peut-être quasi nulle dans quelques années.

( A cette dépréciation du VEB viendra s 'ajouter l' « usure » de la batterie dont le SOH, State Of Health, imposera peut-être un remplacement coûteux, voire impossible au bout de quelques années).

Compte tenu de la faiblesse congénitale de la capacité de la batterie, de son poids considérable, et de son coût très élevé, la voiture électrique est en pratique construite autour de la batterie choisie, laquelle est déterminée en fonction de la catégorie de véhicule commercialement visé.

Cette batterie étant partie intégrante du châssis, ne pourra pas être « up gradée » si son propriétaire veut augmenter sa capacité. De plus il lui faudrait refaire homologuer son véhicule, ce qui est totalement dissuasif.

Ce « handicap », persistant dix ans après son lancement, fait de la voiture électrique un objet inclassable, toujours à la recherche de la batterie qui en fera un engin utilitaire d'usage courant équivalent à son homologue thermique.

D'autre part, alors qu'un véhicule thermique peut être utilisé dans n'importe quelle partie du monde, le VEB ne peut être utilisé que dans les régions de la Planète équipées d'un réseau électrique suffisamment dense et puissant capable d'assurer le service de la recharge des batteries.

( Il n'est pas inutile de rappeler cette évidence, bien souvent glissée sous le tapis...).

De plus, autre évidence, cette électricité devra être décarbonée, faute de quoi l'énergie économisée par le moteur électrique, et les émissions de CO2 évitées, se trouveraient ipso facto reportées sur les centrales de production électriques fonctionnant au fuel ou au Gaz.

Ce qui ferait un bilan à somme nulle, beaucoup de bruit pour rien...

Or la production mondiale d'électricité est encore réalisée majoritairement à partir des fossiles.

Pour toutes ces raisons le marché automobile sera très probablement et encore pour plusieurs décennies basé majoritairement sur le thermique, pour peu que le carburant soit disponible.

La probabilité est grande de trouver encore sur le marché, pendant plusieurs décennies, soit des carburants pétroliers, soit des biocarburants, ou des carburants de synthèse.

( L'Aviation a déjà pris la décision, ce sera du e-fuel ).

La demande pour des véhicules thermiques persistera donc encore longtemps, avec une part de marché qui pourra être très significative, y compris pour les véhicules légers.

Il est illusoire de croire que le Milliard ( et bientôt bien davantage ) de voitures sillonnant la Planète seront toutes électrifiées avant la fin du présent siècle.

Tout constructeur d'automobile généraliste devra donc envisager de produire les deux types de véhicules sous peine de se couper d'un marché futur qui serait « confisqué » par des concurrents plus agressifs ou plus prévoyants.

Dans l'histoire du progrès technologique, et parmi toutes les applications, l'automobile électrique est le premier exemple d'un nouveau modèle de machine pour une application existante dont la facilité d'utilisation est en recul par rapport aux anciens modèles ( Ce qui est le cas du VEB, qui cherche toujours la bonne batterie ).

Certes les raisons de cette baisse des prestations sont louables dès lors qu'il s'agit de sauver la Planète. Mais les réactions négatives de certaines usagers sont compréhensibles, d'autant plus que le nouveau produit est proposé à un coût très supérieur à celui des anciens modèles, qui donnent encore toutes satisfactions.

Jusqu'à présent la notion de progrès était associée à une amélioration des performances.

( La voiture à moteur remplace la charrette, La radio remplace le télégraphe, le vélomoteur remplace le vélo, le téléphone portable remplace le téléphone de grand père, la Télé couleur remplace la Télé noir et blanc, l'avion remplace le bateau, la maison isolée remplace la passoire thermique, Internet remplace le papier, la pompe à chaleur remplace les grille-pains, le lave-linge remplace la lessiveuse de grand-mère, l'électricité remplace la chandelle, la perceuse électrique remplace la chignole, etc , avec à chaque fois un progrès tangible dans le confort d'utilisation ).

La voiture électrique serait donc la première innovation qui exige un sacrifice sur les prestations du modèle ancien existant.

Il s'agit d'un choc culturel qui peut être perçu comme l'amorce de la décroissance annoncée par les porte-drapeaux de l'écologie.

( Ce qui expliquerait le succès des véhicules hybrides, qui concrétisent le choix de la ceinture et des bretelles, mais qui ne fait pas beaucoup avancer la transition énergétique ).

Le développement du marché du VEB est ainsi contrarié par le manque de clarté sur encore de nombreux points :

- L'autonomie insuffisante des modèles actuels d'une part, et les annonces de nouvelles technologies de batteries performantes d'autre part, incitent « certains » acheteurs à surseoir à l'achat d'un VEB dans l'attente d'une version plus performante, ou choisissent la solution hybride.

( Qui suscite un regain d'intérêt depuis la levée de l'interdit sur les e-fuels...).

- La disparition progressive des subventions à l'achat d'un VEB se traduit naturellement par une baisse de l'enthousiasme de certains acheteurs. Les prix hors subventions ne peuvent attirer que les convaincus ou les « geeks ».

- Les infrastructures de recharge des batteries sont encore en pleine évolution, la recharge au domicile est quasi impossible dans l'habitat collectif, elle est balbutiante en ville sur la voie publique, les bornes de charge de puissance sont encore trop rares, les moyens de paiement disparates, et les tarifs peu lisibles. 

- Le prix de la recharge sur des bornes payantes est encore un rébus difficile à déchiffrer puisque le gérant d'une station ne vend pas de l'électricité, mais un service. D'autre part le sort futur de la TICPE sur la recharge est encore inconnu.

Mettre sur le marché des voitures fonctionnant à l'électricité est une chose. Créer l'environnement et les infrastructures propices à l'utilisation de ces voitures est une autre chose.

 

Partager cet article
Repost0
15 août 2024 4 15 /08 /août /2024 18:42

Le temps de recharge des batteries, un problème qui peut en cacher un autre.

15 Août 2024

La substitution du moteur électrique au moteur thermique dans la voiture de monsieur tout le monde se heurte à un problème inattendu qui est l'optimisation de la capacité de batterie en fonction de l'autonomie recherchée du véhicule et du temps de rechargement des batteries.

Les données du problème sont relativement simples :

Toutes les voitures à moteur thermique offrent une autonomie largement suffisante pour traverser le pays sans problème, et le cas échéant les nombreuses station-services existantes permettent de s'approvisionner en cinq minutes, et même avec un choix de carburants.

Chaque modèle de voiture thermique, petite ou grosse, est équipée d'un réservoir en tôle d'une contenance suffisante ( 35 à 70L ) pour assurer une autonomie d'au moins 600 km, même sur autoroute où la consommation est plus élevée.

Pour ces voitures, il n'y a tout simplement pas de problème d'autonomie...

Il en va tout autrement avec une voiture électrique.

Reconnaissons d'abord que c'est une technologie merveilleuse, qui offre de nombreux avantages par rapport aux modèles thermiques : Pas d'émission de CO2, pas de fumées d'échappement, pas de bruit, entretien réduit au strict minimum, silence de fonctionnement, performances d'accélérations, consommation d'énergie remarquablement faible, coût du carburant électrique dérisoire, voire quasiment nul dans certaines conditions, accès aux zones à faibles émissions, etc.

L'intérêt de cette technologie ne peut pas être mis en doute.

Il n'y a qu'un seul petit inconvénient : il existe un ( gros ) problème d'autonomie.

Non seulement cette autonomie est très inférieure à celle de son homologue thermique, mais en plus elle est très variable en fonction des conditions d'utilisation.

S'il s'agissait d'un problème de jeunesse appelé à être rapidement corrigé sur les prochains modèles, il n'y aurait pas lieu de s'attarder.

Mais ce nouveau concept de motorisation électrique a été relancé il y a plus de dix ans, et le problème d'autonomie n'est toujours pas résolu.

Et aujourd'hui on patauge toujours...

Certes, d'importants moyens informatiques ont été implémentés dans la voiture afin d'aider le conducteur à gérer sa réserve électrique en fonction du trajet prévu, du temps qu'il fait, de la charge du véhicule, de l'allure prévue, du profil de l'itinéraire, des bornes de recharge disponibles à tel endroit, de la capacité de ces bornes à fournir la puissance requise, du moyen de paiement accepté, des tarif de la recharge, du temps de recharge à prévoir, etc, etc.

(Cette assistance lourde confirme l'importance du problème s'il en était besoin).

Mais, si l'informatique facilite la gestion de ce problème, elle ne le supprime pas.

En particulier l'informatique ne compensera jamais le temps perdu aux différentes stations de rechargement, et ne créera jamais des bornes de recharge là où il n'y en a pas...

Ce problème constitue un frein à l'achat pour une partie non négligeable de la clientèle. Après l'avoir nié, les constructeurs en sont maintenant parfaitement conscients puisque toutes les publicités sont centrées sur l'autonomie des modèles en vente.

Quelle est la genèse de ce problème ?

Une voiture électrique consomme donc de l'électricité ( Les mêmes kWh qu'à la maison ) qui sont fournis par la batterie.

Comme sur une voiture thermique, la consommation d'une électrique dépend du type de voiture et des conditions d'utilisation.

Par exemple, là où une thermique consommera entre 6 à 8L de carburant pétrolier aux 100 km, une électrique consommera de 10 à 20 kWh selon les conditions d'utilisation.

Aujourd'hui, pour des raisons de poids et de coût, la capacité d'une batterie de VEB est limitée à 50 kWh environ pour un véhicule de milieu de gamme, dans la technologie actuelle.

( Au-delà de 50 kW le poids et le prix seraient dissuasifs pour le milieu de gamme ).

Dans les meilleures conditions ( Charge à 100% et décharge à 5% ), conduite « raisonnable » avec récupération d'énergie au freinage, l'autonomie des meilleurs modèles « peut » atteindre 450 km.

On trouve ce genre de valeurs dans les résultats des tests WLTP.

Mais dans la réalité, il en va tout autrement.

( Non pas en raison d'une duperie quelconque dans le procédé de mesure, mais simplement que les conditions du test WLTP ne sont pas les conditions d'utilisation « normales » du véhicule ...)

Selon la vitesse, la charge, la température, le profil de la route, la façon de conduire, l'utilisation ou pas de la climatisation, etc, la consommation d'une électrique peut atteindre 20 kWh/100 km ( et parfois beaucoup plus ).

Sur un trajet autoroutier, la batterie est rechargée non pas entre 5% et 100%, mais entre 10% et 80% pour des raisons de sécurité.

( C'est la borne elle-même qui limite la charge à 80% ).

La capacité d'une batterie de 50 kWh voit ainsi sa capacité réelle disponible entre deux recharges autoroutières réduite à 35 kWh.

Jusqu'à nouvel ordre, et compte tenu du coût des péages, « on » utilise l'autoroute pour gagner du temps et on roule à 130 km/h .

La consommation est alors proche de 20 kWh/100 km, l'autonomie entre deux recharges est alors limitée à 170 km, ce qui est évidemment inacceptable pour un trajet autoroutier.

Mais ce n'est pas tout.

Le temps de recharge d'une batterie dépend de sa capacité nominale bien sûr, mais aussi du courant maximum de charge qu'elle peut supporter ( Puissance de charge ), et/ou que la borne disponible peut lui délivrer, et bien sûr de son état de charge au moment du branchement.

Le régime de charge tolérable ( spécifié par le constructeur ) s'exprime par rapport à sa capacité nominale C.

( Le régime 1C correspond au courant qui charge la batterie de 0 à 100% en un heure. Un régime 2C la chargera en une demi-heure, etc...).

Le courant max de charge d'une batterie, au-delà duquel elle se détériore avec des risques de vieillissement prématuré et/ou d'incendie, dépend bien sûr de sa technologie, de la manière dont les éléments sont assemblés, et donc de son coût final.

Aujourd'hui la technologie de moyen de gamme permet d'accepter des régimes de charge d'environ 2C. Certains modèles de haute de gamme montent des batteries tolérant le régime 4C, voire 5C, mais le prix n'est pas le même.

Le régime 2C pour une batterie de 50 kWh correspond à une puissance de charge de 100 kW .

Cette puissance max, également à respecter à la décharge, permet d'alimenter un moteur de 135 CV, ce qui correspond à un modèle de milieu de gamme.

Une telle batterie, qui équipe de nombreux modèles de milieu de gamme, pourra être rechargée sur des bornes de 100 kW, et passer de 10% à 80% en 20 minutes environ*.

C'est, en gros, ce que permet la technologie d'aujourd'hui pour les gammes moyennes.

*( Il faut donc oublier les promesses de recharge en 5 minutes, ces batteries-là ne sont pas faites pour cela et de toutes façons les bornes de recharge qui le permettraient n'existent pas...

D'une façon générale il y a deux sortes de batteries : celles qui illustrent les articles des revues, et celles qui sont dans les voitures...)

Devoir se contenter d'une autonomie autoroutière de seulement 170 km, et passer 20 minutes à la borne pour reprendre 170 km d'autonomie ( à condition de trouver une borne de 100 kW ), cela n'est pas accepté par les automobilistes qui souhaitent retrouver avec l'électrique l'autonomie qu'ils avaient avec leur pétrolette.

( Bien sûr il existe une catégorie d'usagers prêts à accepter de réduire leur vitesse à 110 km/h sur autoroute, voire moins, mais ils ne constituent pas encore une majorité significative, d'autant plus que ce « sacrifice » ne permet toujours pas de retrouver l'autonomie d'une thermique.).

Dans cet état des choses, la voiture électrique de moyenne gamme demeure une seconde voiture, puisqu'il en faut une autre pour s'évader dans les grands espaces...

Et les moyens financiers pour l'acquérir.

Il y a donc une très forte pression sur le marché en faveur d'une augmentation significative de la capacité des batteries, et d'une réduction significative du temps de recharge, même sur le moyen de gamme.

Cette augmentation passe par un changement radical de technologie.

(Les gazettes sont pleines d'annonces catégoriques concernant la mise prochaine sur le marché d'un modèle de batterie qui remplira le cahier des charges. Mais justement ce cahier des charges est tellement sévère que l'objectif n'est toujours pas atteint, et ne sera peut-être jamais atteint).

En effet, derrière ce problème de capacité des batteries se cache un autre problème tout aussi épineux : il s'agit des temps de recharge de ces batteries survitaminées.

Car il ne suffit pas d'avoir une grosse batterie qui permette d'améliorer l'autonomie, il faut également limiter le temps « perdu » à la recharge de ces monstres.

Le challenge actuel est de recharger une batterie de 10% à 80% en moins de dix minutes.

Pour réaliser ce cycle de charge avec une batterie de 100 kWh, il faut remplir deux conditions :

- Trouver une borne de charge capable de délivrer une puissance de 500 kW.

- Avoir une technologie de batterie capable de supporter le régime de charge 6 C sans exploser.

Et de plus cette batterie devra avoir un coût compatible avec le milieu de gamme, et bien sûr un poids acceptable pour les modèles considérés..

On peut dire, sans crainte de beaucoup se tromper, que ce n'est pas demain la veille que ces trois conditions seront remplies pour le moyen de gamme...

( Par contre les gazettes nous les annoncent pour demain matin...sans préciser l'année )

Pour obtenir une autonomie comparable à celle d'une thermique équivalente de gamme moyenne, il faudrait une capacité de batterie « exploitable » de l'ordre de 120 kWh, soit une capacité nominale de 170 kWh puisque les bornes de charge rapide s'arrêtent à 80% de charge.

Pour obtenir un temps de recharge de 5 minutes avec une telle batterie, afin d'égaler les thermiques, il faudrait une puissance de charge de 1,5 Mégawatt, ce qui est parfaitement absurde*.

( Ces puissances sont réservées à l'alimentation des réseaux de chemin de fer et à la grosse Industrie ).

* (Le parc français de VPL et VUL est d'environ 45 Millions de véhicules.

Dans l'hypothèse d'une électrification complète de ce parc , si seulement 1% de ces véhicules se branchaient simultanément sur des bornes de 1,5 MW, la puissance nécessaire soutirée au réseau serait de 675 GW, soit plus de cinq fois la puissance installée du parc électrique français....

Et il ne s'agit que de 1% du parc de véhicules ).

Cette limite physique de la puissance soutirée pour la recharge des batteries de voitures interdit de facto la généralisation de la charge ultra-rapide, qui ne serait autorisée que dans des cas particuliers.

Il est donc probable que la puissance max soutirée pour la recharge des véhicules légers soit limitée dans l'avenir, un peu comme sont limitées les puissances des installations domestiques ( 36 kW aujourd'hui ).

Cette régulation sera incluse dans le réseau intelligent avec les applications V2G ( Vehicle to Grid) , batterie domestique, et gestion programmée incluant la recharge des batteries.

On peu dès lors penser que les stations de recharge super-rapides devront être équipées de leurs propres moyens de production et de stockage électrique pour fournir des mégawatts aux véhicules équipés pour les recevoir ( Les camions, les Bus, ? ).

( Il en existe déjà quelques-unes, équipées de panneaux solaires, et/ou d'éoliennes, et d'un système de stockage électrique suffisant pour avoir une certaine autonomie. Mais la généralité des bornes ne dépassera pas 150 kW...Ce qui est déjà respectable ).

Donc le problème des batteries de VEB n'est pas seulement technologique et financier, il est également présent dans les infrastructures réseau et les installations de rechargement pour la gestion des charges rapides. Ces installations devront être couplées à des moyens locaux de production et de stockage d'énergie électrique afin de ne pas surcharger le réseau RTE, ce qui en fera des petites unités industrielles, avec les coûts de fonctionnement qui se répercuteront sur les coûts du service au client.

Ceci nous conduit très loin de la petite voiture utilisée en trajet-travail et rechargée le soir à la maison, et pour laquelle une petite batterie de 30 kWh suffit amplement.

L'inconvénient réside dans l'écart entre la batterie de 30 kWh rechargée le soir à la maison pour les petits trajets journaliers et montée dans une voiture de petite et moyenne gamme qui coûte 15 000 euros, et la batterie de 170 kWh rechargée sur les bornes de charge rapide 300 kW pour sillonner les autoroutes, mais avec des voitures qui coûteront plus de 50 000 euros.

Il ne s'agit pas du même objet...

L'introduction du VEB crée ainsi une scission à l'intérieur d'un marché jusqu'alors très démocratique dans lequel une « petite » voiture thermique à 15 000 euros pouvait pratiquer l'autoroute à 130 km/h sans coup férir.

Ce n'est plus possible aujourd'hui avec l'électrique de moyenne gamme sans devoir accepter des contraintes d'un autre âge.

Si ces problèmes ne sont pas résolus avant 2035, le maintien du passage obligé à l'électrique sera sportif socialement parlant...

Partager cet article
Repost0
11 août 2024 7 11 /08 /août /2024 15:11

La transition énergétique, vers la double peine ?

11 Août 2024

Depuis plusieurs décennies, la planète est placée en état d'alerte climatique et énergétique, dont la cause première serait* le dégagement de CO2 lié à la combustion des énergies fossiles.

*( D'autres causes sont évoquées par d'autres climatologues, mais le consensus du GIEC n'a retenu que le CO2 fossile comme cause principale; C'est donc sur lui que se focalisent toutes les actions vers la transition énergétique ).

Nous sommes ainsi menacés d'un double désastre :

Le premier est la catastrophe climatique causée par les émissions de CO2 de ces fossiles.

Le second est l'épuisement inéluctable des ces mêmes sources fossiles.

Deux raisons majeures de leur trouver une solution de remplacement.

( Attendre tranquillement l'épuisement des réserves fossiles, donc des émissions de CO2 associées, ne serait pas un bon calcul car il y en a encore pour plus d'un siècle... ).

Mais, chacun sait qu'il est quasiment impossible de mettre fin à la consommation d'une drogue si celle-ci demeure disponible sur le marché et si les clients en redemandent...

( Des exemples de ce cercle vicieux nous sont offerts tout les jours...).

Or l'énergie est la drogue qui maintient en vie notre société dite développée, et les fossiles contribuent pour 80% à nous fournir cette énergie.

Le sevrage sera donc très difficile, d'autant plus que le testament des fossiles comporte un codicille :

«  L'abandon des sources fossiles ne doit pas entraîner de catastrophe socio-économique, ni entraver la marche des pays en voie de développement vers des niveaux de vie décents ».

( Préserver le climat de la Planète, oui, mais en préservant aussi des conditions de vie décentes pour les 11 milliards d'Humains qui la peupleront en 2050, et combien au-delà ? ).

Les modes de vie considérés ( à tort ou à raison ) comme décents sont ceux des pays dits « développés », qui reposent sur l'utilisation d'une multitude de « machines » ( au sens large )* grosses consommatrices d'énergie, laquelle est obtenue aujourd'hui à 80% à partir des fossiles.

L'objectif est donc de remplacer ces fossiles par d'autres sources d'énergie non émettrices de CO2 , tout en conservant, dans la mesure du possible, cette multitude de machines permettant de soutenir les modes de vie considérés comme le standard à conserver.

*( Le terme de « machine » désigne aussi bien le téléphone portable que le porte-conteneurs ou l'avion de ligne ).

( Il existe un courant de pensée, respectable au demeurant, qui soutient l'idée de mettre à profit ce changement forcé pour adopter des modes de vie moins énergivores. Si cette nouvelle religion comporte beaucoup d'adeptes, peu d'entre eux se décident à mettre en pratique l'exercice de ce nouveau culte...).

Les avertissements solennels du GIEC, réitérés chaque année depuis deux décennies avec plus d'insistance, et les nombreuses réunions internationales ( COP ) des responsables politiques afin de prendre des engagements sur des politiques de réduction des émissions de CO2 fossile, auraient dû aboutir à des résultats tangibles déjà perceptibles.

Où en sommes-nous ?

On sait ce qu'il en a été de ces bonnes résolutions ( Voir article du 30 Juillet ) :

Sur les dix dernières années la consommation annuelle mondiale d'énergie primaire à augmenté de 14%, passant de 528 à 604 Exajoules ( # 170 000 Milliards de kWh ) .

( Equivalents à la production de 14 000 réacteurs nucléaires type EPR !!!

La part des énergies fossiles est encore de 82%.

La part des énergies décarbonées ou à carbone recyclable n'a augmenté que de 3% sur les deux dernières décennies passant de 15% à 18%, incluant les « anciennes » énergies renouvelables ( Hydroélectricité, Nucléaire, Biomasse, Géothermie ) et les « nouvelles » ( Solaire, Eolien ).

Sur les deux dernières décennies, le taux du CO2 atmosphérique à continué d'augmenter imperturbablement de 2,4 ppm/an, soit 0,6%/an, sans manifester une tendance à la baisse.

Ce bilan incontestablement négatif montre que le mouvement de remplacement des fossiles est certes entamé, mais que le rythme du remplacement est largement insuffisant pour atteindre un résultat significatif .

Que faire pour avancer ?

Compte tenu du rythme de croissance de la population du Globe et de la demande de développement des pays du Sud, la demande énergétique ne peut qu'augmenter dans le futur si rien n'est fait pour la tempérer.

Au rythme actuel de la croissance de cette demande, les moyens envisagés pour remplacer les fossiles se révéleront très insuffisants pour stopper la croissance du taux de CO2.

Développer des solutions décarbonées ne suffira donc pas, il nous faudra également réduire drastiquement la demande énergétique globale.

(Le développement des énergies de remplacement des fossiles est certes essentiel, mais cette production décarbonée sera submergée par une demande toujours plus élevée s'il n'est pas mis en place un programme d'économies drastiques de la demande énergétique).

La révolution des énergies décarbonées, qui fait la une des gazettes, n'est que l'arbre qui cache la forêt.

Ces énergies sont déjà identifiées ; en fait, à part le photovoltaïque et le nucléaire, ce sont les anciennes sources d'énergie modernisées grâce aux technologies modernes et à l'électricité. Il « suffit » d'investir dans les installations adéquates remises au goût du jour.

Le vrai problème est dans la maîtrise de nos consommations énergétiques, lesquelles sont indissociables de nos modes de vie et du système économique et financier qui les sous-tend.

Avons-nous réellement besoin chaque année de 170 000 Milliards de kWh pour faire fonctionner une société de 8 Milliards d'Humains ( et 11 Milliards en 2050 ) ?

Tous les secteurs d'activité des sociétés humaines consomment de l'énergie, et tous sont concernés par la nécessité de remplacer les fossiles par autre chose, et de réviser nos procédés d'utilisation de cette énergie.

Rappelons les solutions de remplacement :

Les cinq sources d'énergie naturelle disponibles connues* sont le rayonnement solaire, l'énergie interne de l'Atmosphère, le flux de chaleur interne du Globe, constitué du flux de refroidissement du noyau et le flux de la désintégration des noyaux des corps radioactifs présents naturellement, l'énergie de rotation du Globe, et l'énergie de liaison des atomes.

*( Une sixième source d'énergie naturelle est en cours de validation en tant que flux continu, il s'agit des émissions d'Hydrogène en provenance de la coûte terrestre, dont l'existence est prouvée mais non encore quantifiée ).

Ces cinq sources, inépuisables à l'échelle de temps de l'Humanité, sont à l'origine de sources secondaires dont certaines sont utilisées depuis la nuit des temps :

- La Biomasse, incluant l'Humanité, les animaux, la chaleur de la combustion, et la vie en général, due principalement au rayonnement solaire.

- Les vents ( moulins à vent, navigation à voile ).

- Les mouvements de marées et de courants, et le cycle de l'eau, liés à la rotation de la Terre.

- Le flux de chaleur interne du Globe, qui entretient la température de surface et le volcanisme, permettant la Géothermie.

Ces sources naturelles, sous leurs formes primaires et secondaires, sont déjà exploitées depuis la nuit des temps.

Jusqu'à la découverte des gisements fossiles de produits énergétiques, charbon, pétrole, gaz, les énergies naturelles furent utilisées avec les « moyens du bord » et avec une efficacité qui suffisait à développer une société dans laquelle les « machines » n'avaient qu'un rôle très modeste.

( Force animale, énergie du vent et de l'eau, et bien sûr le Soleil avec l'énergie de la Biomasse ).

Les découvertes, quasi simultanées des produits fossiles énergétiques, de la machine à vapeur, et de l'électricité, ont permis le développement du monde d'aujourd'hui caractérisé par une croissance démographique soutenue par un univers de machines consommant des quantités fabuleuses d'énergie, et un système économique fondé sur la croissance :

8 Milliards d'habitants aujourd'hui, et bientôt 11 Milliards en 2050.

Consommant une quantité d'énergie énorme : 170 000 Milliards de Kilowattheures par an, obtenus à 80% par des fossiles.

La poursuite du saint Graal est remplacée par la croissance du PIB :

Le PIB Mondial était de 35 000 Milliards de dollars en 2 000.

Il est passé à 97 000 Milliards de dollars en 2021. 

Soit un taux de croissance annuel de 5%.

( Le taux de croissance annuelle de la population du Globe a été de 0,8 %. Question: à qui a profité l'augmentation du PIB ? ).

Il est très peu probable que les cinq sources naturelles « natives » citées plus haut, même avec l'appui de la technologie moderne, puissent suffire à remplacer le flux extravagant de la demande mondiale d'énergie. 

Mais alors, que faire ?

Ce problème est évidemment connu et les incitations à la modération énergétique sont permanentes, mais sans effets notables jusqu'à présent.

La croissance économique demeure le credo de ce monde financiarisé ou tout investissement doit être rentable à court-moyen terme et n'est approuvé que si le taux d'actualisation est attractif.

( Le taux d'actualisation financier d'un investissement industriel est « évidemment » beaucoup plus important que le taux de survie d'une peuplade touchée par le réchauffement climatique...).

Construire des grandes installations de captation des énergies naturelles est l'affaire des grandes compagnies et des Etats, seuls capables de gérer ce type de projets, qui mobilisent des capitaux très importants et des emprunts sur le très long terme. Comme ce fut le cas autrefois pour les grands barrages hydroélectriques, les réseaux électriques, les autoroutes, les ponts, les centrales nucléaires, etc.

Il faut faire de même avec les centrales solaires, les champs d'éoliennes, les barrages hydroélectriques, les nouvelles centrales nucléaires.

Encore faut-il inscrire ces investissements dans de vastes programmes régionaux afin d'apporter une certaine cohérence dans la démarche qui se doit d'être mondiale.

Par contre, définir et mettre en œuvre une politique d'économies d'énergie, et ceci également au plan mondial, nécessite la mobilisation de tous les acteurs, y compris les citoyens, autour d'un projet qui nécessite à la fois un engagement financier et une adhésion à de nouveaux choix de vie qui seront contraignants.

Et ceci est une autre paire de manches...Surtout dans un contexte de disponibilité illimitée des énergie fossiles et de multiplication des offres de services et de produits consommateurs d'énergie.

Tant que les fossiles seront disponibles en quantités et pour un prix abordable, le mouvement spontané vers les énergies décarbonées demeurera anecdotique.

On dit grand bien de l'électricité renouvelable, mais aujourd'hui l'électricité mondiale est encore produite en majorité par des fossiles.

Quant aux pouvoirs publics, ils dépensent leur énergie ( verbale ) dans des querelles d'un autre âge comme :

Faut-il ou non faire du Nucléaire ? Faut-il ou non développer les énergies de la biomasse ? Les e-fuels sont-ils ou pas des produits d'avenir ? Faut-il ou pas fabriquer en Europe des batteries de voitures ? Faut-il ou pas exploiter les mines de Lithium d'Europe ?

Ce grand bazar n'est pas de nature à convaincre le quidam de s'endetter pour vingt ans dans des applications électriques sensées sauver la Planète, alors que l'électricité actuelle est elle-même encore produite avec une grande part de fossiles...

Pendant ce temps le taux de CO2 atmosphérique continue d'augmenter...

Et le réchauffement climatique de son côté devient de plus en plus prégnant, quelle qu'en soit la cause réelle.

( Le changement climatique lié au réchauffement de l'Atmosphère n'est hélas plus contestable, même si la querelle d'experts sur les causes n'est pas encore éteinte. Quelle que sera l'issue de cette querelle, les dégâts sont déjà bien là et il faut dès aujourd'hui prendre des mesures de « mitigation ».

Mais l'existence de cette polémique laisse planer un doute sur la seule culpabilité du CO2 par rapport à d'autres sources d'élévation de la température. Ce doute est de nature à freiner certaines initiatives ( Même à haut niveau politique décisionnel ) en faveur de la transition énergétique, au motif que « les fossiles n'y sont pour rien » et que la transition peut attendre des jours meilleurs...).

Même si les experts du GIEC rejettent ces thèses comme fantaisistes et non scientifiquement établies, le ver est dans le fruit et ses dégâts peuvent être importants ).

Au-delà de ces querelles de spécialistes ( parfois auto-proclamés ), une certitude se dégage : les réserves fossiles ne sont pas inépuisables. Au rythme actuel de la croissance des appétits mondiaux, et selon le type de fossiles concernés, la pénurie s'installera avant qu'un siècle se soit écoulé.

Un siècle, c'est très court pour accomplir des changements aussi importants ; il est donc impératif de commencer dès maintenant à changer de modèle énergétique pour ne pas être pris au dépourvu lorsque la disette fossile s'installera.

La menace de catastrophe climatique causée par l'usage des fossiles, est donc un excellent argument en faveur d'une véritable transition énergétique.

Que cette menace soit fondée, ou quelque peu exagérée, est parfaitement secondaire...

Partager cet article
Repost0
30 juillet 2024 2 30 /07 /juillet /2024 18:46

Les énergies renouvelables, où en sommes-nous ?

30 Juillet 2024

Les énergies renouvelables occupent le devant de la scène depuis deux décennies.

Il est bon aujourd'hui de faire un état d'avancement de ce projet planétaire dont le succès, ou l'échec, conditionnera la pérennité de nos modes de vie actuels fondés sur le machinisme au sens large, lui-même dépendant au premier chef de la disposition d'énormes quantités d'énergie.

Le graphique suivant décrit l'évolution de la part des différentes sources dans la consommation mondiale d'énergie primaire sur les deux décennies écoulées.

Les données complètes sont ici :

https://www.connaissancedesenergies.org/sites/connaissancedesenergies.org/files/pdf-actualites/Statistical%20Review%20of%20World%20Energy.pdf

Les énergies renouvelables, où en sommes-nous ?

Plusieurs remarques :

A quelques pourcents près, la répartition entre fossiles et renouvelables n'a pratiquement pas évolué, ce qui est pour le moins alarmant eu égard à l'urgence de la crise climatique annoncée, et dont les premières atteintes sont déjà perceptibles.

Après deux décennies de mobilisation aux niveaux les plus élevés contre le risque climatique lié aux émissions de CO2 fossile, la part des énergies renouvelables n'a que très peu augmenté, et peine à dépasser la part des « anciennes » énergies décarbonées ( Hydroélectrique et Nucléaire ) qui ont elles-mêmes tendance à baisser.

( Ces dernières baisses étant liées mathématiquement à une production stable confrontée à une demande énergétique en augmentation...).

Les sources d'énergie fossile, qui n'ont perdu que 3% de part sur deux décennies, demeurent ainsi encore largement dominatrices.

Ce bilan chiffré indique que le Monde n'est clairement pas encore entré dans l'ère des énergies renouvelables ; il demeure sous l'empire des fossiles, avec même un petit avantage au charbon, malgré son effet plus nocif sur les émissions de CO2.

La cause mécanique de cette situation peu glorieuse tient à l'évolution croissante de la demande qui demeure supérieure à la production des renouvelables.

( Encore une course à l'échalote...)

Le cumul de la production énergétique des « vedettes » que sont l'Eolien et le Solaire n'atteint en 2023 que 2,4 % de la consommation mondiale d'énergie primaire.

( 4 000 TWh sur 166 000 TWh ).

C'est une part très faible par rapport à l'ambition du projet de convertir à l'électrique une grande partie des applications de la Planète.

Notons que la part du Nucléaire est encore plus faible, 1,6% seulement, avec 2 650 TWh.

Heureusement il nous reste l'hydroélectrique, qui fait 4 300 TWh ( 2,6% ), et la biomasse qui fait environ 10%, avec la Géothermie.

( Cette Biomasse bien discrète possède un potentiel de croissance considérable ).

Au vu de ces résultats peu flatteurs malgré deux décennies de promotion à tous les niveaux, on peut conclure à un échec de l'approche « soft » qui consiste à chercher à atteindre un résultat concluant sans accepter de profonds bouleversements de nos modèles d'économies financiarisées fondées sur la consommation et le profit.

Quels sont les moyens d'inverser cette tendance ?

Jusqu'à présent il n'est pas question de chercher à changer de modèle d'économie mondiale financiarisée. Les sociétés occidentales ne sont pas prêtes à modifier spontanément leurs modes de vie, lesquels sont fondés sur toujours plus de consommation, d'accumulation de biens, de mobilité, de loisirs, et d'exotisme générateur d'échanges planétaires frénétiques.

Et les sociétés en voie d'occidentalisation sont avides de partager les mêmes « idéaux ».

Les « gestes » écologiques consentis ici et là ne sont pas suffisants pour infléchir significativement la marche du Monde.

Reste alors à essayer la solution de s'attaquer à l'Energie elle-même pour tenter d'en réduire le flux.

Freiner la croissance de la demande énergétique mondiale constitue une partie essentielle du challenge.

Mais cette croissance étant proportionnelle à la croissance du PIB, c'est donc aux structures mêmes de l'économie financiarisée qu'il faudrait s'attaquer. Or il n'existe aucun projet global dans ce sens.

Bien au contraire :

Entre 2012 et 2022, La consommation mondiale d'énergie primaire est passée de 528 à 604 Exajoules, soit une augmentation de 14,4 %.

( On pourrait s'en féliciter dans la mesure où l'augmentation de la consommation d'énergie correspond à une augmentation de niveau de vie des populations, mais ce n'est pas forcément le cas partout...).

Compte tenu d'une part, de la croissance démographique prévue ( + 37% d'ici la fin du siècle ), et d'autre part de la forte demande ( Justifiée) d'amélioration des niveaux de vie des pays en voie de développement, il ne faut pas trop espérer une baisse spontanée de la demande énergétique mondiale.

Pour tenter de contenir malgré tout ce débordement de demande d'énergie, deux actions sont engagées ( du moins planifiées sur le papier ) :

La première action consiste à réduire drastiquement le « gap » qui subsiste entre l'énergie « primaire » et l'énergie « finale ».

Sans entrer dans les détails, cela conduit à électrifier les applications qui fonctionnent aujourd'hui avec des fossiles à travers des procédés peu efficaces énergétiquement, essentiellement les moteurs thermiques ; et d'autre part à récupérer la chaleur perdue en pratiquant la cogénération.

La deuxième action consiste en une gigantesque « chasse au gaspi » à tous les niveaux et dans tous les secteurs énergivores.

On pourrait ajouter une troisième action qui consisterait à analyser toutes les applications énergétiques du point de vue de leur utilité réelle, et de la pertinence des procédés mis en œuvre.

Quant à réformer les usages de l'énergie eux-mêmes, il ne faut pas trop y compter avant longtemps...Et pourtant c'est bien là qu'il y aurait matière à économiser l'énergie...

( Limiter les déplacements, construire ( ou reconstruire) des bâtiments à énergie positive, modérer les externalisations, développer les usages des chemins de fer de préférence à la route, etc, seraient très efficaces mais exigeraient d'énormes capitaux ).

La deuxième action consiste à remplacer les fossiles par des renouvelables.

C'était le but au départ, mais qui paraît de plus en plus lointain au regard des piètres résultats obtenus jusqu'à présent...

En tout cas, pour remplacer les fossiles par des renouvelables, il faut d'abord les produire.

S'agissant d'un projet long terme au bénéfice des générations futures, les investisseurs habituels ne se précipitent pas sans d'importantes participations des Etats. Et malgré ces subventions, il subsiste d'importants problèmes d'acceptabilité, de coordination entre les régions du Globe, d'approvisionnement des matériaux nécessaires, de réorganisation des réseaux de distribution de l'énergie, toutes choses qui ne sont pas facilitées par le délabrement actuel des relations internationales, et par la gestion purement financière de l'économie mondiale plus orientée vers le profit immédiat que vers le bien-être des générations futures.

Par ailleurs, le remplacement des fossiles par des sources renouvelables décarbonées se révèle beaucoup plus difficile technologiquement que prévu au premier abord :

Les sources produisant de l'électricité, supposent l'électrification des applications fonctionnant auparavant avec des fossiles. Des secteurs entiers seront directement impactés, avec des investissement colossaux, et parfois des incompatibilités obligeant à trouver d'autres sources d'énergie non électriques mais décarbonées quand même...Biomasse, e-fuels ?

( Contrairement aux apparences, il n'existe pas encore de consensus au sujet du ou des types d'énergies renouvelables qui auraient « droit de cité » pour la transition :

L'énergie Nucléaire est encore contestée par une partie de l'opinion, ce qui plombe tout projet de développement susceptible d'être interrompu par décision d'un nouveau gouvernement...

L'énergie de la biomasse est suspectée d'entrer en conflit avec les usages tels que les cultures vivrières, l'agroforesterie, qui seraient détournées au profit de la production d'énergie.

L'implantation des parcs éoliens se heurte à des conflits d'usages dans les zones fortement peuplées, ce qui en limite drastiquement le potentiel dans certaines régions.

L'usage des biocarburants, et/ou des e-fuels,est contesté en raison d'une part du très mauvais rendement des moteurs thermiques, et d'autre part des émissions de gaz toxiques et de nanoparticules associées.

Toutes ces oppositions larvées, déjà sensibles au niveau actuel de faible production, laissent prévoir de grandes difficultés lorsqu'il s'agira de produire au régime de croisière requis pour remplacer les fossiles ).

Par ailleurs, le solaire PV et l'éolien fournissent une énergie intermittente qui ne pourra être gérée par le réseau que si elle est soutenue en « back-up » par des moyens de production électrique stables et pilotables ; ces moyens doivent être eux-mêmes alimentés par des sources non intermittentes, qui ne peuvent être que des centrales thermiques ( Alimentées par de la Biomasse ou du combustible nucléaire ), ce qui accroît considérablement les investissements.

Et l'électrification globale suppose la généralisation des réseaux électriques modernes et puissants dans toutes les régions du Monde élligibles à la transition énergétique.

Encore des investissements colossaux...

Les deux décennies écoulées ont surtout servi à développer des technologies efficaces, identifier les problèmes que seule l'expérience permet de découvrir, mesurer l'ampleur financière d'une transition énergétique, et prendre la mesure de ce qu'il faudrait faire pour concrétiser les belles courbes de croissance qui ornent les planifications papier.

Cet état des lieux confirme, s'il en était besoin, que les réunions internationales, les comités scientifiques de ceci et de cela, les rapports de 900 pages sur ce qu'il aurait fallu faire, ou ce qu'il faudrait faire si...les courbes des variations prévisionnelles de la température de l'Atmosphère en fonction de telle ou telle stratégie, demeurent impuissants à faire bouger significativement les lignes.

Les deux prochaines décennies seront cruciales pour juger de notre capacité à réaliser la transition énergétique planétaire sans plonger la civilisation actuelle dans un désordre socio-économique où il nous faudrait gérer à la fois les dégâts du changement climatique, le déclin naturel des énergies fossiles, et la crise énergétique due à une production chaotique de sources renouvelables diverses mal maîtrisées.

Les péripéties actuelles de la voiture électrique ne sont qu'un épiphénomène par rapport aux problèmes de fond qui nous attendent lorsque le pétrole et le gaz fossiles viendront effectivement à manquer...

Partager cet article
Repost0
24 juillet 2024 3 24 /07 /juillet /2024 18:38

E-fuels et Biocarburants, une affaire de Carbone doublement recyclé.

24 Juillet 2024

Certains constructeurs d'automobiles européens doivent préserver leur business de grosses voitures de luxe sur lesquelles de confortables marges sont réalisées.

Ces modèles survitaminés se doivent d'afficher des performances en rapport avec l'égo surdimensionné de l'acheteur visé. Une motorisation de plusieurs centaines de CV est un must, qui doit permettre des accélérations et des vitesses max frisant la formule 1.

Dans un premier temps l'arrivée du moteur électrique dans les voitures a été perçue par ces constructeurs comme une possibilité d'offrir des performances encore supérieures, grâce au couple de démarrage qui n'est limité que par l'adhérence des pneus sur la route.

Et c'est vrai, à condition bien sûr d'avoir une batterie capable de fournir la puissance requise...

( Le, ou les moteurs électriques, ne posent pas problème dès lors que le prix de vente n'est pas limité. Pour la batterie, c'est une autre histoire).

Mais, dans un deuxième temps, il est apparu que, passé le temps d'épater les copains, ces voitures devaient « éventuellement » aussi transporter des passagers sur de longues distances tout en restant dans la file de gauche à une vitesse illimitée, du moins sur 66% du réseau autoroutier allemand.

Et il est très vite apparu que cet exercice ne plaît pas du tout à la batterie, du moins dans sa technologie actuelle.

A ces allures les kWh s'envolent et la capacité de la batterie fond comme neige au soleil. Le temps perdu à la recharge devient vite intolérable et vécu comme une vexation, situation inacceptable pour ce type de clientèle.

Augmenter la capacité de batterie aurait l'effet d'un cautère sur une jambe de bois. L'augmentation de poids résultante aurait pour résultat de pénaliser les performances d'accélération, et d'augmenter le temps de rechargement...

(Les clients de ce type de véhicules ne sont pas du genre à accepter des contraintes, surtout si elles pèsent précisément sur les caractéristiques qui leurs permettent d'affirmer leur statut).

Faire le gros dos et attendre la sortie des batteries miraculeuses promises pour demain matin serait prendre le risque de tuer la poule aux œufs d'or, et surtout laisser la voie libre aux concurrents asiatiques qui s'y connaissent « un peu » en batteries et pourraient bien récupérer aussi ce secteur.

D'où la demande de surseoir à l'application de la Loi 2035 en remplaçant le carburant fossile par des e-fuels, afin de préserver ce marché de niche fort lucratif.

( Bien sûr en attendant les jours meilleurs qui permettront l'accès à des batteries beaucoup plus performantes, et à un réseau de bornes de recharge suffisamment puissantes pour les recharger en dix minutes.

Pour fournir 200 kWh en 10 minutes à une batterie, il faut une borne de 1 200 kW de puissance, à condition évidemment que cette batterie accepte le mode 6C, ce qu'aucune batterie ne sait faire aujourd'hui sur le marché...

Bon courage...

La requête de ces constructeurs de voitures de haut de gamme est d'autant plus justifiée que d'autres clients, même moins fortunés, ne subissent pas la même peine...

En effet, le Parlement Européen est à l'origine de l'initiative ReFuelEU Aviation, qui établit un calendrier pour l'introduction des CDA ( Carburants Décarbonés Aviation ).

Voir :

https://www.consilium.europa.eu/fr/press/press-releases/2023/10/09/refueleu-aviation-initiative-council-adopts-new-law-to-decarbonise-the-aviation-sector/

Certes l'avion électrique n'existe pas encore, sauf dans les revues spécialisées futuristes ; le basculement sur le e-fuel est donc incontournable, sauf à supprimer les avions, ce que « certains » n'hésitent pas à préconiser.

On peut toujours rêver...

La dérogation à la loi de 2035, demandée par les constructeurs de jouets roulants pour riches, est fondée dans la mesure où il existera déjà de toutes façons un marché pour les e-fuels, comme il existe un marché pour la Biomasse et les biocarburants qui sont indispensables, avec le Nucléaire, à la compensation de l'intermittence des renouvelables décarbonées...

Après avoir été honni, le Carbone devient ainsi une ressource précieuse, du moins dans sa version recyclable :

Recyclé une première fois dans les centrales thermiques brûlant de la Biomasse, il sera récupéré en sortie de ces centrales afin d'être recyclé une seconde fois pour produire des e-fuels avec de l'hydrogène issu de l'électrolyse, voire même de l'Hydrogène naturel si les découvertes récentes sont confirmées.

( L'exercice de trapèze volant exhibé en Amérique du Sud pour produire du e-fuel avec de l'Hydrogène vert et du CO2 « pompé » dans l'air ambiant est un exemple de jusqu'où on peut aller pour échapper à la voiture électrique...).

Le Carbone atmosphérique, principal acteur du désastre climatique, deviendrait ainsi une denrée indispensable au maintient de notre société des machines...

Il n'est pas exclu que ce Carbone devienne une denrée indispensable à la transition énergétique.

Curieux retour des choses …

Au fait, le prix du litre de e-fuel ne saurait refroidir l'enthousiasme des amateurs de super-cars, pas plus que les pourboires laissés aux voituriers des hôtels de luxe...

 

Partager cet article
Repost0
19 juillet 2024 5 19 /07 /juillet /2024 10:13

20 Juillet 2024

Dans l'article précédent (15 Juillet) nous évoquions le risque de « booster » les ventes de voitures électriques alors que l'électricité est encore à 64% produite par des fossiles dans le Monde.

L'idée de remplacer les moteurs thermiques par des électriques repose sur le gain d'efficacité énergétique apporté par cette solution, et bien sûr la réduction des émissions de CO2 associée au changement de carburant.

Mais ces avantages ne sont réels qu'à condition de disposer d'une électricité dont la filière de production est elle-même exempte de pertes énergétiques et d'émissions de Carbone fossile.

Or l'électricité qui irrigue la Planète est produite à 64% par des centrales thermiques brûlant des fossiles.

Le schéma suivant montre qu'en électrifiant les voitures dans ces conditions, le gain d'efficacité énergétique est minime et que l'urgence est bien d'agir d'abord sur la production d'électricité afin d'en écarter les fossiles.

Les réseaux de distribution électrique, goulot d'étranglement pour la transition énergétique ?

Le remplacement des fossiles par des Biocarburants ( ou des e-fuels ) dans les voitures résoudrait le problème des émissions de CO2 fossile en le remplaçant par du CO2 prélevé dans l'Atmosphère ( Carbone recyclable ). Mais le problème du mauvais rendement thermodynamique des moteurs subsisterait.

Il demeure donc souhaitable de remplacer les moteurs thermiques par des électriques, mais à condition que l'électricité soit issue de sources renouvelables décarbonées.

( Et à condition que les réseau électrique existe, ce qui n'est pas le cas dans toutes les régions du Monde...).

Par ailleurs, la demande d'électricité est appelée à croître considérablement pour plusieurs raisons :

D'une part l'électrification d'applications aujourd'hui utilisant des fossiles ( Voitures, pompes à chaleur, …), d'autre part les nouvelles demandes des pays en voie de développement.

La deuxième urgence est donc de développer les réseaux de distribution d'électricité sur la Planète afin de créer un terrain propice à l'électrification des applications.

A ce sujet, l'AIE ( Agence International de l'Energie ) pousse un cri d'alarme :

« Sans réseaux électriques adaptés pour connecter les nouvelles capacités de production à la demande, il existe un risque que les transitions énergétiques stagnent »

« Pour atteindre les objectifs de transition énergétique à travers le monde, il serait nécessaire d' ajouter ou rénover un total de plus de 80 millions de kilomètres de réseaux d’ici 2040, soit l’équivalent de la totalité du réseau électrique actuel ». L'AIE juge « vital » de disposer de ces réseaux modernes et numériques pour « garantir la sécurité électrique pendant les transitions énergétiques propres ».

( https://www.connaissancedesenergies.org/les-reseaux-electriques-goulot-detranglement-des-transitions-energetiques-240426)

L'électrification des voitures est donc l'arbre qui cache la forêt des vrais problèmes qui sont :

- La décarbonation de la production actuelle d'électricité.

- Le développement mondial des réseaux de distribution d'électricité, qui soient à la fois suffisamment maillés et suffisamment puissants pour accueillir toutes les nouvelles applications électriques grosses consommatrices d'énergie.

En investissant à tour de bras pour remplacer partout sur la Planète les voitures thermiques par des électriques, on se trompe d'objectif.

C'est un peu comme installer des salles de bains dans des logements qui n'ont pas l'eau courante...

 

Partager cet article
Repost0
15 juillet 2024 1 15 /07 /juillet /2024 14:19

La biomasse, les biocarburants et les carburants synthétiques, quels rôles dans la transition ?

15 Juillet 2024

Dans la distribution des rôles aux acteurs de la transition énergétique, et dans la mise en scène, l'électricité occupe le devant de la scène :

Eolien, Solaire, Hydroélectrique, sont les rôles titres qui font la une des publications de masse. Ce sont incontestablement des sources naturelles, renouvelables, et dont l'exploitation ne donne lieu à aucune émission de CO2.

( Cette dernière remarque n'inclut pas le CO2 éventuellement émis lors de l'extraction des matériaux nécessaires à la construction des dispositifs de production d'électricité, leur mise en place, leur entretien, et leur recyclage ; toutes choses qui font partie de la face cachée de la transition... ).

Mais, comme tous les grands acteurs, il leur arrive d'avoir des trous, des « intermittences ».

Un manque de Soleil, un défaut (ou un excès) de vent, des réservoirs de barrages vides par manque de pluie...

Comme au théâtre, dans le rôle du souffleur chargé de les soutenir dans ces passages difficiles, il est fait appel à des acteurs moins spectaculaires mais efficaces :

Stations de pompage-turbinage (STEP).

Stockage d'électricité sur batteries, ou autres dispositifs.

Mais il est vite apparu que ces acteurs de complément ne suffiraient pas à assurer le spectacle et qu'ils seraient vite eux-même dépassés en cas de conditions météorologiques durablement contraires.

Pour pallier cette vulnérabilité congénitale des EnR, il a fallu faire appel à des acteurs de remplacement moins prestigieux mais exempts de « trous de mémoire » et donc capables d'assurer le « job » en toutes circonstances.

Il s'agit de centrales thermiques dont les chaudières sont alimentées soit par de la Biomasse ( Déchets de bois, ou Biogaz ), soit par du combustible nucléaire de facture traditionnelle ( fission ) déjà utilisé depuis plus d'un demi siècle ici et là ( ou tout autre version plus moderne...).

La Biomasse et/ou le combustible nucléaire étant stockables en grandes quantités, nous sommes à l'abri des intermittences incontrôlables.

On constate donc déjà à ce stade que l'électricité renouvelable décarbonée ne peut être exploitée efficacement qu'avec l'appui de la Biomasse, ou éventuellement du Nucléaire.

( Ce qui met un terme à la controverse sur l'opportunité de développer la Biomasse énergie...).

Où en sommes-nous aujourd'hui ?

- Aujourd'hui l'électricité renouvelable décarbonée, la seule en odeur de sainteté, ne représente encore que 9%* de la consommation mondiale d'énergie finale ( Voir article précédent ), incluant le Nucléaire.

Autant dire que l'on part de très bas.

*( Les données citées sont mondiales car le problème du CO2 est lui-même planétaire. Il n'y aurait aucun sens à se satisfaire de quelques chiffres régionaux flatteurs non transposables au reste du monde...).

L'électrification de la Planète entière est-elle un objectif réaliste ?

Aujourd'hui, l'électricité représente 25 % de l'énergie finale consommée dans le Monde.

Cette électricité est encore très majoritairement produite à partir de sources fossiles ( 64% ).

Les capacités de la Planète à s'électrifier à 100% ne pourront être estimées avec quelque vraisemblance que lorsque la production électrique sera elle-même entièrement issue de sources renouvelables.

Nous en somme très loin aujourd'hui puisque les fossiles contribuent encore à hauteur de 64% de la production électrique mondiale.

« Avant de viser Mars, il faut d'abord atteindre la Lune... »

Ce n'est que lorsque cette première étape clé sera accomplie qu'il sera permis d'envisager d'augmenter la demande d'électricité en électrifiant des applications qui fonctionnent aujourd'hui avec des fossiles.

Augmenter prématurément la demande d'énergie électrique n'aurait comme résultat que de perpétuer la course à l'échalote sans autre résultat qu'augmenter la consommation de fossiles.

Cette première étape, qui consiste à éliminer les fossiles de la production d'électricité, sera une affaire de longue haleine, susceptible de s'étendre sur plusieurs décennies  ( Dans le meilleur des cas, autour de 2050...).

Ensuite seulement il sera « raisonnable » d'envisager d'élargie l'électrification à des applications utilisant aujourd'hui des fossiles.

Les usages non-électriques de l'énergie représentent aujourd'hui 75 % de la consommation mondiale d'énergie finale.

13% sont déjà fournis par les EnRth ( Biomasse, Biogaz, Biocarburants ), le reste ( 62% ) utilise des fossiles.

Ce « reste » considérable concerne tout les secteurs : Industrie, travaux public, Agriculture, secteur secondaire, secteur tertiaire, transports, etc.

L'électrification des 62% restant de la consommation d'énergie finale mondiale ( aujourd'hui pris en charge par les fossiles ), sera évidemment l'affaire du siècle.

Elle n'aura lieu d'être que lorsque l'on saura déjà produire l'électricité sans faire appel aux fossiles, c'est la moindre des choses.

La ruée sur l'électrification des voitures est justifiée au premier degré par la formidable économie d'énergie théoriquement réalisable en remplaçant un moteur thermique par un électrique, le rendement est amélioré d'un facteur 4 en moyenne.

( 15 kWh/100 km pour une électrique contre 60 kWh/100 km ( 6 L /100) pour une thermique ).

Mais le diable se cache dans les détails.

L'énergie électrique mondiale est fournie à 64% par des fossiles, bien souvent du charbon.

Le rendement moyen des centrales électriques fossiles est de 50% ( 40% pour des centrales à charbon, 60% pour des centrales à Gaz CCCG ).

Les réseaux de distribution électrique induisent des pertes évaluées à 10%, auxquelles il faut ajouter les pertes liées au rendement des systèmes de recharge, et les pertes propres des batteries.

( Pertes qui n'existent pas avec les carburants liquides ).

Donc en pratique, une grande partie de l'énergie économisée au niveau de la voiture électrique est perdue au niveau des centrales thermiques qui participent pour 64 % de l'électricité utilisé.,

Dans ces conditions, le bilan énergétique global est très dégradé et les émissions de CO2 ne sont que légèrement diminuées.

( Au lieu d'être produit par la voiture, le CO2 est produit par les centrales thermiques qui produisent l'électricité ).

Sans compter bien sûr l'énergie et les investissements colossaux nécessaires à la généralisation au niveau mondial des réseaux électriques nécessaires pour alimenter les 1,8 Milliards de véhicules concernés.

Donc la « formidable » économie d'énergie attendue de la voiture électrique n'est qu'un leurre lorsque l'on regarde le problème au niveau mondial.

Mais alors, par quel bout commencer pour amorcer cette transition?

Les applications qui consomment aujourd'hui 62% de l'énergie finale mondiale utilisent des fossiles.

( Les EnRth couvrent la part entre 62% et 75% sous forme de Biomasse solide, liquide, et gazeuse ).

Toutes ces applications ne sont pas forcément convertibles à l'électricité, pour plusieurs raisons :

- Seules les régions disposant d'un réseau de distribution d'électricité suffisamment dense et puissant pourront éventuellement songer à électrifier certaines des applications.

- Compte tenu des difficultés de stockage de l'électricité, certaines applications seront exclues, notamment les transports maritimes et aériens de longues distances, et probablement une partie des transports routiers lourds.

- D'autre part, l' électrification massive se heurterait aux problèmes d'approvisionnements en minéraux et matériaux spécifiques comme le cuivre, les « terres rares », les semi-conducteurs, le Lithium, le Cobalt, le Platine, etc.

( Problème dont on commence à mesurer l'importance déjà aujourd'hui à propos des voitures électriques...).

- La croissance de la production d'électricité renouvelable à hauteur des besoins planétaires rencontrera des limites à l'extension de l'éolien, du solaire et de l'Hydroélectrique, et le Nucléaire ne pourra prendre le relais que dans certaines régions privilégiées.

Pour toutes ces raisons, et compte tenu de la situation politico-économique de certains pays, l'hypothèse d'une Planète « tout électrique » est peu réaliste.

Mais alors, par quoi remplacer les fossiles dans toutes les utilisations non compatibles avec l'électricité ?

Nous avons déjà vu plus haut que l'électricité produite par des sources renouvelables décarbonées dépendant des conditions météorologiques et hydrologiques ne pouvait alimenter un réseau stable que grâce au soutien de centrales thermiques alimentées par des sources d'énergie pérenne non sujettes aux intermittences.

Il s'agit d'une part des EnRth ( Biomasse solide, Biogaz, Biobarburants ), et des carburants de synthèse obtenus à partir d'Hydrogène vert et de carbone recyclable.

Et d'autre part des centrales nucléaires si l'accès aux EnRth est difficile.

La croissance d'un parc de production d'électricité décarbonée basé sur l'Eolien, le Solaire, et/ou l'Hydroélectrique, se double donc obligatoirement d'un parc de production électrique alimenté par des EnRth et/ou du Nucléaire, et dont la capacité représente 20 à 30% de la capacité électrique totale.

Les EnRth seront donc obligatoirement présentes dans un programme de transition énergétique incluant du Solaire, de l'Eolien, ou l'Hydraulique.

( Le Nucléaire pourra intervenir en fonction de certains choix à la fois Technologiques et Politiques, et selon les capacités du Pays à disposer, ou pas, de suffisamment d' EnRth.

Les EnRth étant ainsi appelées à jouer un rôle essentiel pour la production d'électricité renouvelable, il est logique de chercher à les mettre aussi à contribution pour remplacer les fossiles dans les applications non-électriques, sans chercher systématiquement à mettre de l'électricité partout.

Les EnRth utilisées dans les centrales thermiques en soutien du trio Eolien- Solaire-Hydraulique, utiliseront principalement du Biogaz et de la biomasse solide ( Bois, déchets...), ou du combustible nucléaire le cas échéant.

Les transports lourds routiers, les transports maritimes et aériens, non compatibles avec l'électrification, utiliseront des carburants issus de la biomasse et/ou des carburants synthétiques.

La Géothermie de surface et l'Aérothermie s'associeront à l'énergie électrique grâce aux pompes à chaleur déjà largement répandues.

La Géothermie profonde, déjà exploitée dans les régions favorables, fournira les réseaux de chaleur et alimenteront des turbines pour produire de l'électricité.

L'électrification d'autres applications, aujourd'hui alimentées par des fossiles, n'est pas pertinente tant que l'électricité actuelle reste elle-même dépendante des fossile ( à 64% ).

La tentative actuelle de généralisation de la propulsion électrique dans les transports légers terrestres à l'ensemble de la Planète ( Car c'est bien de cela qu'il s'agit ) impliquerait de couvrir le globe terrestre d'un réseau de distribution d'électricité suffisamment dense, ce qui n'est pas très réaliste ( c'est le moins que l'on puisse dire...), mais en plus ce réseau devrait posséder une capacité de puissance considérable pour répondre aux besoins de recharge des batteries, ce qui est assez invraisemblable.

Et si, de plus, l'électricité était comme c'est le cas aujourd'hui produite majoritairement par des fossiles, le remède serait pire que le mal.

Ces considérations, valables à l'échelle du Globe, n'empêchent pas certaines régions privilégiées de la Planète de développer un programme tout électrique, mais qu'il sera difficile d' exporter ailleurs.

Le cas de la voiture électrique est typique de cette dichotomie :

Les pays développés pourront électrifier la plus grande partie de leur parc de VP et VUL , mais ces véhicules seront invendables dans les pays en voie de développement tout simplement à cause de l'absence de réseau de distribution d'énergie électrique décarbonée suffisamment maillé et suffisamment puissant pour soutenir toutes ces batteries.

 

 

 

Partager cet article
Repost0