Lorsque l'on parle de voitures électriques, la première chose que la plupart des gens évoquent est le « moteur électrique » ou « l'absence d'émissions de CO 2 ». Mais ce qui donne réellement vie à ces véhicules, ce que l’on pourrait considérer comme leur « cœur », c’est la batterie. Sans batterie, aucune voiture électrique ne fonctionne.
C’est un peu comme le réservoir d’essence des voitures à combustion, mais à un niveau beaucoup plus avancé. Aujourd'hui, je vais vous dire tout ce que vous devez savoir sur les batteries des voitures électriques, de leur fonctionnement aux différents types qui existent et à leur avenir.
Qu'est-ce qu'une batterie de voiture électrique ?
Une batterie de voiture électrique est un ensemble de cellules qui stockent de l’énergie sous forme d’électricité et la restituent lorsque cela est nécessaire. Ce processus de stockage et de libération d’énergie permet à la voiture de rouler, au moteur de tourner et à vous de vous déplacer.
Les piles ne sont pas nouvelles, elles existent depuis qu’Edison a inventé les premières au 19ème siècle. Cependant, les batteries des voitures électriques constituent une technologie plus complexe. Même si la batterie que vous utilisez dans la télécommande de votre téléviseur a une capacité limitée, la batterie d'une voiture électrique doit stocker suffisamment d'énergie pour déplacer un véhicule pesant plus d'une tonne à des vitesses pouvant dépasser 150 km/h. Ce n'est pas une mince affaire.
Types de batteries de voitures électriques
Sur le marché des voitures électriques, il existe principalement deux types de batteries : les batteries lithium-ion et les batteries à semi-conducteurs . De plus, on parle beaucoup de batteries nickel-hydrure métallique , mais elles sont aujourd'hui moins courantes dans les voitures électriques de nouvelle génération. Je vous explique chacun :
Batteries lithium-ion (Li-ion)
Ce sont sans aucun doute les plus courants dans les voitures électriques d’aujourd’hui. Ils fonctionnent en faisant circuler des ions lithium entre l’anode et la cathode de la batterie. Leur grand avantage est qu’ils ont une densité énergétique élevée, ce qui signifie qu’ils peuvent stocker beaucoup d’énergie dans un petit espace. Ils sont légers et efficaces.
Aujourd’hui, la plupart des voitures électriques, de la Tesla Model 3 à la Nissan Leaf, utilisent ce type de batteries. Cependant, ils présentent également quelques inconvénients, comme leur sensibilité aux températures extrêmes (s'il fait très chaud ou très froid, ils perdent en efficacité) et leur dégradation dans le temps.
Piles à semi-conducteurs
Bien qu’ils soient encore en phase de développement et ne soient pas largement utilisés dans les voitures électriques, ils promettent de révolutionner l’industrie. Ces batteries utilisent un électrolyte solide au lieu d'un liquide, ce qui les rend plus sûres (aucun risque de fuite ou d'incendie) et avec une densité énergétique plus élevée.
Si on les compare aux batteries au lithium, une batterie solide pourrait offrir une bien plus grande autonomie dans le même espace. Le problème est qu'ils sont très coûteux à produire et ne sont pas encore prêts pour le grand public, mais de grandes marques comme Toyota et Volkswagen investissent déjà beaucoup d'argent dans leur développement.
Piles nickel-hydrure métallique (NiMH)
Ils étaient très populaires dans la première génération de voitures hybrides, comme la Toyota Prius. Aujourd’hui, elles sont encore utilisées dans certains hybrides, mais ont été largement remplacées par des batteries au lithium dans les voitures 100 % électriques. Ils sont plus lourds et ont une densité énergétique plus faible, les constructeurs les ont donc un peu laissés de côté pour les véhicules purement électriques.
Comment fonctionnent-ils ?
Le fonctionnement d’une batterie de voiture électrique peut paraître compliqué, mais il est assez simple si l’on se résume à l’essentiel. La voiture stocke l'énergie dans les cellules de la batterie lorsque vous la connectez à une source d'alimentation, telle qu'une borne de recharge ou une prise de votre maison. Cette énergie est utilisée par le moteur électrique lorsque vous appuyez sur l’accélérateur.
À l’intérieur, la batterie convertit l’énergie chimique en énergie électrique grâce à une réaction électrochimique. Le courant qui en résulte passe au moteur, qui à son tour entraîne les roues de la voiture. L’ensemble du processus est silencieux, efficace et surtout sans émissions de gaz polluants.
Bien entendu, les performances de la batterie dépendent de plusieurs facteurs : la température, l’usage que vous faites à la voiture et, bien sûr, son âge.
Combien de temps dure une batterie de voiture électrique ?
C'est ce qui inquiète beaucoup : « Et combien de temps durera la batterie ? C'est une bonne question, car changer une batterie n'est pas bon marché. La bonne nouvelle est que les batteries des voitures électriques modernes sont conçues pour durer longtemps. La plupart des constructeurs garantissent leurs batteries entre 8 et 10 ans soit environ 160 000 kilomètres.
Bien entendu, comme toute autre batterie, elles perdent de leur capacité avec le temps. Par exemple, une batterie qui avait une autonomie de 400 km à l’état neuf peut perdre 10 à 20 % de sa capacité après ces 8 à 10 ans. Mais cela ne signifie pas que la batterie « meurt » soudainement. Vous devrez simplement recharger la voiture plus fréquemment.
Ce qui provoque la dégradation des batteries au fil du temps est principalement le nombre de cycles de charge . Un cycle de charge consiste à charger la batterie de 0 % à 100 %. Plus vous effectuez de cycles, plus la batterie se détériore rapidement. C'est pour cette raison que de nombreux fabricants recommandent de ne pas toujours le charger à 100 % et d'éviter qu'il ne se décharge complètement.
Autonomie : combien de kilomètres puis-je parcourir avec une charge ?
L’autonomie est sans aucun doute l’une des grandes préoccupations lors de l’achat d’une voiture électrique. Et c’est logique, car l’un des grands avantages des voitures thermiques est que l’on peut trouver une station-service presque partout. Avec une voiture électrique, les infrastructures de recharge se développent, mais elles ne sont pas aussi répandues que les stations-service traditionnelles.
Concernant l’autonomie, elle dépend de plusieurs facteurs :
- Taille de la batterie : Plus la batterie est grande, plus l’autonomie de la voiture est grande. Une Tesla Model S, dotée d’une batterie de plus de 100 kWh, peut parcourir environ 600 km avec une seule charge. Une voiture plus petite, comme la Renault Zoe, a une autonomie d'environ 300 km.
- Conditions de conduite : Si vous roulez à grande vitesse sur autoroute, la batterie se déchargera plus rapidement. La même chose se produit si la climatisation ou le chauffage est allumé. Dans des conditions urbaines normales, où les vitesses sont plus faibles, l’autonomie est généralement meilleure.
- Climat : Le froid extrême affecte négativement les batteries lithium-ion. Si vous habitez dans une région aux hivers très froids, vous remarquerez une baisse d’autonomie durant ces mois. Des températures très élevées peuvent également affecter la batterie, mais pas autant que le froid.
Temps de charge
Autre question très courante : « Combien de temps faut-il pour charger ? La réponse ici dépend du type de chargeur que vous utilisez.
- Recharge à domicile (Wallbox) : Si vous rechargez la voiture à domicile avec un chargeur mural (wallbox), qui est l'option la plus courante pour les propriétaires de voitures électriques, le temps de recharge dépend de la puissance de votre installation. En moyenne, une charge complète peut prendre entre 5 et 8 heures. Il est idéal pour recharger la nuit et préparer la voiture le matin.
- Chargeurs rapides : Si vous utilisez un chargeur rapide, que vous pouvez trouver dans les stations-service ou les points de recharge publics, vous pouvez charger jusqu'à 80 % de la batterie en 30 à 40 minutes environ. C'est idéal pour les longs trajets, où vous ne voulez pas passer beaucoup de temps à recharger.
- Charge ultra-rapide : Certains superchargeurs permettent de recharger la batterie en moins de 20 minutes, mais toutes les voitures ne sont pas compatibles avec ce type de recharge. De plus, le réseau de chargeurs ultra-rapides continue de s’étendre, ils ne sont donc pas aussi faciles à trouver que les chargeurs rapides.
L'avenir des batteries
L’avenir des batteries des voitures électriques est prometteur. Les chercheurs travaillent sur plusieurs technologies qui pourraient changer notre vision des voitures électriques. Parmi les développements les plus intéressants figurent :
- Batteries Solid State : Comme je l’ai déjà mentionné, ces batteries pourraient être une révolution. Si les chercheurs parviennent à résoudre certains des problèmes actuels, nous pourrions voir des voitures avec une autonomie supérieure à 1 000 km et des temps de recharge beaucoup plus courts.
- Recyclage des batteries : Un grand défi est de savoir quoi faire des batteries lorsqu'elles atteignent la fin de leur durée de vie utile. Des techniques sont actuellement développées pour recycler plus efficacement les matériaux des batteries. Certains constructeurs, comme Tesla, travaillent déjà sur des programmes de recyclage pour donner une seconde vie aux batteries usagées.
- Amélioration des infrastructures de recharge : Même si les infrastructures de recharge se sont beaucoup améliorées ces dernières années, il reste encore beaucoup à faire. Cependant, grâce aux investissements massifs des gouvernements et des entreprises privées dans la création de réseaux de recharge, recharger une voiture électrique sera probablement aussi simple que faire le plein d’essence dans un avenir proche.
Conclusion
Les batteries sont au cœur des voitures électriques et, même s’il reste encore du chemin à parcourir, la technologie a beaucoup progressé ces dernières années.
Avec une autonomie accrue, des temps de charge améliorés et de nouvelles recherches sur les batteries à semi-conducteurs, l’avenir des voitures électriques s’annonce prometteur. Donc, si vous envisagez de passer à une voiture électrique, rassurez-vous : les batteries sont plus fiables que beaucoup ne le pensent et continueront de s'améliorer avec le temps.