En 1982, le réalisateur Ridley Scott prédisait la banalisation des voitures volantes en tant que biens de consommation courants d’ici 2019. En 2022, nous en sommes encore loin, ce qui est regrettable, mais cela ne signifie pas que la voiture du futur n’a pas déjà atterri...
Les véhicules électriques sont à la pointe de la technologie, qu’il s’agisse de leur transmission à un seul rapport ou du freinage à récupération d’énergie, et la batterie qui les alimente est tout aussi passionnante. Mais comment fonctionnent-ils réellement ?
Ce blog vous plongera au cœur d’un voiture électrique et vous expliquera les tenants et les aboutissants de la conduite électrique.
Regardons cela de plus près...
Voitures électriques ou véhicules à combustion
Avant de nous intéresser au fonctionnement intérieur d’une batterie de voiture électrique, il convient de comprendre les différences fondamentales entre un véhicule électrique et un véhicule à moteur à combustion interne. Même si le sujet ne vous passionne pas, cela peut vous être utile lors de votre prochain contrôle technique.
Si vous regardez un véhicule électrique et un véhicule à moteur à combustion interne côte à côte, vous ne pourrez pas les différencier : quatre roues, un toit, un coffre et des portes, soit l’esthétique typique. Mais la similitude s’arrête là si l’on regarde sous le capot.
Les véhicules à essence et diesel traditionnels utilisent un moteur à combustion interne pour brûler le carburant et alimenter le moteur afin de faire tourner les roues. Ce processus est bruyant, il fait appel à de nombreuses pièces mobiles et repose sur l’utilisation de combustibles fossiles.
Nous savons tous que les combustibles fossiles (comme le pétrole) produisent du dioxyde de carbone (CO2) lorsqu’ils sont brûlés, mais connaissez-vous les autres gaz nocifs présents dans les gaz d’échappement ? Aussi choquant que cela puisse paraître, ils ne sont bons ni pour l’environnement, ni pour la santé :
Oxydes d’azote (NOx) : c’est un groupe de gaz produits par le processus de combustion, dont le plus nuisible est l’oxyde nitrique (NO). Ces gaz sont très réactifs et contribuent à la pollution de l’air et au smog dans les villes.
Dioxyde de soufre (SO2) : un gaz incolore mais irritant qui peut causer toute une série de problèmes pulmonaires. La combustion du SO2 produit de l’acide sulfureux, en partie responsable des pluies acides et du smog.
Monoxyde de carbone (CO) : incolore et inodore, le CO est hautement toxique pour l’homme. Même si les moteurs à combustion interne modernes n’en produisent qu’une faible quantité, les risques et les symptômes liés à l’empoisonnement au CO peuvent être graves.
Benzène (C6H6) : gaz hautement inflammable, volatil et à l’odeur douceâtre. Le benzène est naturellement présent dans l’essence et le diesel, mais l’exposition prolongée à ce gaz peut entraîner une anémie et une leucémie.
La liste ci-dessus n’est malheureusement pas exhaustive. Les moteurs à combustion interne produisent en grande quantité de gaz nocifs et sont plus polluants que les autres, mais qu’en est-il des véhicules électriques ? Quelles sont les différences entre les deux ?
Les véhicules électriques sont, sans aucun doute, beaucoup plus respectueux de l’environnement et meilleurs pour la santé. Construits sans moteur ni pot d’échappement, les voiture électriques ne produisent aucun gaz d’échappement et sont, de loin, plus performants. Quelle grande bouffée d’air frais (au sens propre du terme) !
Mais comment est-ce possible ?
La réponse à cette question se trouve dans la source d’alimentation du véhicule électrique : sa batterie.
Qu’est-ce qu’une batterie Lithium-ion ?
Les batteries Lithium-ion (ou Li-ion) représentent la force motrice de la plupart des voiture électrique. Agissant comme le cœur du véhicule, elles sont la seule explication au fait que les voiture électriques peuvent être maintes fois rechargés.
Il existe en réalité deux types de batteries pour voiture électrique : lithium-ion (Li-ion) et nickel-hydrure métallique (NiMH). La batterie Li-ion est utilisée par tous les constructeurs, à l’exception de Toyota. Bien que moins chère à fabriquer, la batterie NiMH n’a pas la même densité énergétique qu’une batterie Li-ion et ne peut donc pas stocker autant d’énergie.
Même si son nom ne l’indique pas, une batterie Li-ion contient plusieurs matières premières, dont le lithium, le cobalt, le graphite et le nickel. Ces matériaux sont extraits dans le monde entier – de l’Amérique du Sud à l’Indonésie – et raffinés en composés chimiques sûrs utilisés dans les cellules de batteries.
Malheureusement, le processus d’exploitation minière et de fabrication n’est pas bon marché. Bien que le prix des batteries de voiture électrique ait chuté d’environ 90 % au cours de la dernière décennie, on parle toujours de 5 223 € en moyenne. Même s’il reste élevé, le prix des batteries pour véhicules électriques devrait continuer à baisser avec l’introduction de matériaux alternatifs et la mise au point de nouveaux modèles fabriqués en série. À produire des batteries moins chères, on réduit le prix des véhicules électriques.
Dans l’éventualité, même improbable, où la batterie de votre voiture électrique tomberait en panne pendant la période de garantie (généralement 8 ans), ne vous affolez pas. La garantie couvre normalement tous les coûts de réparation ou remplacement ; vous n’aurez donc pas à casser votre tirelire !
Lorsque les voiture électriques sont arrivés sur le marché, il était courant que les constructeurs vendent la voiture mais louent la batterie séparément en raison de son coût élevé. Bien que la location de batteries soit devenue rare, imaginez vendre une voiture avec un contrat de location de batterie non négociable !
Comment les batteries Li-ion font-elles pour alimenter un voiture électrique ?
Une batterie de voiture électrique peut être divisée en trois composants :
Une cellule : une seule pile Lithium-ion.
Un module : plusieurs cellules disposées selon un schéma particulier (parallèle ou en série).
Le bloc : c’est le produit fini, assemblé en reliant plusieurs modules aux capteurs thermiques et enfermé dans un cadre de protection.
On croit souvent à tort que les voiture électrique sont alimentés par une seule batterie de taille gargantuesque, alors qu’en réalité, ils font appel à des centaines de cellules. Par exemple, une batterie de Nissan Leaf contient 192 cellules, disposées en 24 modules. Mais comment ces cellules font-elles pour accumuler et conserver l’énergie ?
C’est là que ça devient un peu technique... et chimique aussi... mais restez avec nous !
Une batterie Li-ion contient deux types d’électrodes appelées anode et cathode.
La principale raison pour laquelle les batteries Li-ion sont utilisées dans les voiture électriques réside dans leurs électrodes, qui ont une capacité remarquable à stocker les ions lithium (énergie) lors de la recharge. Par rapport à d’autres types de batteries (telles que NiMH), une batterie Li-ion a une densité énergétique presque deux fois plus élevée (Wh/kg) pour une taille bien plus faible. Cela signifie essentiellement que les voiture électriques peuvent stocker de grandes quantités d’énergie dans un bloc-batterie compact.
Nous employons le terme « compact », mais les batteries de voiture électrique représentent généralement la partie la plus lourde du véhicule. Par exemple, la batterie d’une Tesla Model 3 contribue à hauteur de 26 % à son poids total, soit 480 kg.
Techniquement parlant, les cellules d’un voiture électrique se déchargent pendant la conduite. Lorsqu’un voiture électrique puise de la puissance dans sa batterie, les ions de lithium stockés se déplacent entre les deux électrodes (de l’anode à la cathode), créant ainsi de l’énergie sous forme d’électricité. C’est ce qui permet à un voiture électrique de se déplacer.
Lorsque vous rechargez un voiture électrique, ce processus est inversé.
Malheureusement, en raison de sa composition chimique, une batterie Lithium-ion finit par se dégrader au fil du temps et des nombreuses sessions de recharge, mais ayons foi en l’avenir !
La batterie tout-solide est censée révolutionner le voiture électrique de demain. Bien qu’en cours de développement, on estime que la batterie tout-solide sera bien plus durables que son homologue Lithium-ion actuelle, et offrira des performances optimales pendant 30 ans ! L’autonomie du voiture électrique s’en verra également impactée, avec une augmentation d’environ 50 % selon certaines prévisions.
De nombreux grands constructeurs mènent actuellement des recherches sur les batteries tout-solide, qui ne devraient pas tarder à arriver sur le marché...
Les véhicules électriques n'ont-ils qu'une seule vitesse ?
Si vous avez déjà conduit un véhicule à boîte manuelle, la sensation de tremblement lors du changement de vitesse ne vous est que trop familière. Mais savez-vous pourquoi cela se produit ?
Pour faire simple : il s’agit d’un manque d’efficacité des moteurs à combustion interne. Au lieu de disposer d’un couple (puissance) immédiatement disponible, un moteur à combustion interne brûle du carburant pour faire correspondre le régime (tours) à la vitesse de conduite pour le freinage et l’accélération. Cela signifie qu’il faut des rapports de vitesse pour transmettre la puissance du moteur (en petites quantités) au reste du véhicule.
Comme les moteurs de voiture électrique tournent beaucoup plus vite, le couple est atteint presque instantanément. Dès lors, les voiture électrique n’ont pas d’étagement spécifique pour la conduite et n’ont pas besoin de rapports pour transférer la puissance au reste du véhicule, contrairement aux véhicules dotés d’un moteur à combustion interne. Les moteurs de voiture électrique tournent dans un sens pour avancer et dans l’autre pour reculer.
Comment cela affecte-t-il l’expérience de conduite ? Elle est beaucoup plus fluide ! L’accélération étant ininterrompue, la conduite d’un voiture électrique offre des performances optimales. Dites adieu aux étages et aux boîtes de vitesses et découvrez la transmission à un seul rapport !
La transmission à un seul rapport n’a rien à voir avec la transmission automatique, qui fait toujours appel à une boîte pour que le véhicule puisse rouler à différentes vitesses ! Un voiture électrique passe du stationnement à la marche avant et à la marche arrière grâce à la pression d’un bouton, sans l’intervention d’une boîte de vitesses.
Qu'est-ce que le freinage régénératif ?
Vous avez probablement déjà entendu parler du « freinage à récupération d’énergie », mais qu’est-ce que cela signifie ? Le freinage, c’est l’action de freiner, n’est-ce pas ? En quoi le freinage d’un voiture électrique diffère-t-il de celui d’un véhicule à moteur à combustion interne ? En beaucoup d’aspects, apparemment.
Comme évoqué précédemment, les véhicules à moteur à combustion interne sont inefficaces et leur mécanisme de freinage ne fait pas exception.
Pendant son déplacement, un véhicule accumule de l’énergie cinétique et, comme l’indiquent les manuels de physique, l’énergie se déplace pour aller quelque part. Malheureusement, dans le freinage mécanique (utilisé dans les véhicules à moteur à combustion interne), l’énergie cinétique est libérée en tant qu’effluent sous forme de chaleur. C’est pourquoi les disques de frein surchauffent et s’usent au fil du temps.
Heureusement, les freins des véhicules électriques fonctionnent différemment. Au lieu de convertir l’énergie cinétique en effluent, le freinage à récupération d’énergie la transforme en énergie électrique, qui est ensuite stockée dans la batterie. Cela veut non seulement dire plus d’efficacité, mais aussi davantage d’autonomie pour votre véhicule puisque l’énergie retourne dans la batterie.
Alors, comment ça marche en pratique ?
Supposons que vous roulez et qu’un feu passe à l’orange : vous commencez à appuyer sur la pédale de frein. Lorsque la pédale de frein est engagée, l’énergie cinétique qui déplace le véhicule est transférée au moteur, ce qui ralentit le véhicule. Lorsque le moteur tourne, il produit de l’électricité qui retourne dans la batterie du voiture électrique, prête à l’emploi lorsque le feu passe au vert et que le véhicule doit accélérer à nouveau.
Qui a dit que le freinage était ennuyeux ?
Bien qu’utilisant le freinage à récupération d’énergie, les voiture électriques sont toujours équipés d’un système de freinage hydraulique pour plus de sécurité (en cas de défaillance électrique) et pour empêcher un véhicule à l’arrêt de rouler (en l’absence d’énergie cinétique).
