Les voitures électriques

Au moment où l’on commence à réaliser que l’on dépense plus pour alimenter sa voiture que son corps, lisez ce qui suit. Cette histoire est incroyable et vraie : en 1996, les premières voitures électriques américaines de série, les EV1, fabriquées par General Motors, apparurent sur les routes californiennes. Elles étaient rechargeables dans son garage, silencieuses et nerveuses ; de 0 à 100 km/h en moins de 9 secondes ! Elles ne produisaient aucun gaz de combustion et n’avaient d’ailleurs pas de pot d’échappement. Dix ans plus tard, ces voitures du futur avaient complètement disparu ! Elles ne pouvaient pas être achetées, mais uniquement louées et les contrats de location ne furent tout simplement pas renouvelés. General Motors récupéra, de gré ou de force, toutes les EV1, malgré l’opposition de nombreux utilisateurs satisfaits et les voitures… furent détruites !

En 1997, Nissan aurait présenté son modèle électrique Hyper mini au salon de Tokyo. La ville californienne de Pasadena l’adopta alors comme véhicule professionnel pour ses employés. Ceux-ci l’apprécièrent beaucoup, en particulier pour sa maniabilité. En août 2006, le contrat de location arrive à expiration. La ville de Pasadena essaie de racheter les véhicules mais Nissan refuse, récupère ses voitures et les détruit.

En 2003, Toyota, qui est maintenant le premier constructeur mondial, décide d’arrêter la production de la RAV4-EV. Ce 4x4 électrique est pourtant un bijou technologique très apprécié par les utilisateurs. En 2005, les contrats de location arrivent à terme. Toyota s’apprête à récupérer tous ses véhicules afin de les détruire mais l’association DontCrush (NeCassePas) entre en action pour tenter de sauver les RAV4-EV. Cette association met Toyota sous pression pendant trois mois. Finalement victoire ! Toyota fait marche arrière et autorise les locataires de la RAV4-EV à acheter le véhicule. Curieusement, alors que les techniques sont éprouvées, Toyota l’a d’ailleurs prouvé avec la Prius, les modèles électriques sont massacrés en masse et ceux à combustion sont bien protégés.

En juin 2001, Jeffrey Luers, vingt-trois ans, activiste américain pour la défense des forêts, en a fait la triste expérience. Il a été condamné à vingt-deux ans et huit mois de prison pour avoir brûlé trois SUV (un SUV, c’est un camion que l’on fait passer pour une voiture). Il voulait exprimer par ce geste la menace que représente ce monstre ultra polluant pour notre planète.

Le gouvernement hollandais, de son côté, voit les choses en grand. L’objectif est simple : aucun habitant ne devra se trouver à plus de 50 km de ces stations de rechargement à l’horizon 2020 pour assurer la recharge batteries des voitures électriques et hybrides rechargeables ! C’est avec l’aide de la société suisse ABB que la Hollande souhaite accélérer son programme de véhicules électriques et l’étendre au niveau national.

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Station de rechargement

 

La mise en place de ces infrastructures, ou peut-être mieux de bornes de rechargement multiprise dans les parkings, encouragerait les citadins à investir dans des véhicules électriques et à moins polluer. Les chargeurs de 50 kilowatts de la société ABB, alimentés en partie par des panneaux solaires, permettraient de recharger un véhicule en moins de trente minutes. Avec près de 400 habitants au km², soit une densité de population quatre fois supérieure à la France, la Hollande semble être le petit pays idéal pour la voiture électrique. Voilà qui devrait inciter certaines de nos régions ayant une densité de population comparable à la Hollande à agir.

Quant à la France, qu’adviendra-t-il des petites voitures électriques en location « Bluecar » de la firme Bolloré, maintenant que le contrat arrive à expiration suite à cette malencontreuse histoire avec la Maire de Paris? Les 3 000 voitures de ce type mises en place sur Paris et sa région sans compter celles mises en place dans 40 villes françaises seront-elles détruites à expiration du contrat ou vendues à quelques heureux propriétaires ?

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Quoiqu’il en soit, faut se réjouir du succès rencontré par l’application du dispositif bonus-malus et de l’application du principe pollueur payeur dans le cas de l’automobile. Les pénalités infligées aux grosses voitures polluantes devraient participer au financement d’infrastructures destinées au rechargement de la batterie des voitures électriques. Ces infrastructures en zone urbaine vont devenir aussi indispensables au développement de la voiture électrique que les réseaux d’alimentation en eau non potable sont indispensables aux pompes à chaleur aquathermiques pour le chauffage de nos cités.

La performance des voitures électriques

Les installateurs de bornes électriques dans les parking des immeubles estiment que la consommation d'une voiture électrique est proche de 150 watt heures par km parcouru. Ou en d’autres termes que la batterie de 8 kWh d’une voiture hybride rechargeable permet de parcourir 50 km chaque jour en mode électrique en étant rechargée chaque nuit. Ceci alors qu’une voiture à essence consommant 0,05 litre au km* (5 litres au 100) délivre sensiblement 500 wattheures par km parcouru vu que l’équivalent thermique résultant de la combustion d’un litre d'essence est de 10 kWh ou 10 000 wattheures. On peut donc dire que pour parcourir un km, un moteur à essence consomme sensiblement 3 fois plus d'énergie qu'une voiture électrique. Rapport assez important s'expliquant par le fait que les kWh consommés par le moteur électrique sont convertis en énergie mécanique avec un rendement proche de 1 alors que seulement le 1/3 des kWh thermiques du moteur à combustion sont convertis en énergie mécanique dans le cycle de Carnot, La différence soit 350 wattheures par km étant dissipés vers l'environnement par le dispositif de refroidissement du moteur à essence. 

 

La voiture électrique coûte 3 fois moins cher au km parcouru si l'on considère le prix de l'énergie consommée (sauf en hiver en raison du chauffage)
Essence :  un litre d’essence c’est sensiblement 1,5 €, 10 kWh thermique et 3kWh mécanique

Electrique :  un kWh électrique à 0,15  € c’est sensiblement 1 kWh mécanique soit 3 kWh mécanique pour 0,45 €

Pour un conducteur parcourant 20 000 km/an et consommant 6 litres d’essence au 100 km la consommation annuelle est de 200 × 6 = 1200 litres/an. Soit une dépense annuelle de 1200 × 1,5 = 1800 €
L’économie annuelle en mode électrique est sensiblement de 1200 € soit sur 5 ans 6 000€

Le site suivant compare avec justesse les modes de motorisation essence et électrique

 

 

Lorsqu’ils sont implantés dans le sous-sol des immeubles pour recharger la batterie des voitures électriques les dispositifs Zeplug ou équivalent sont financièrement intéressants pour les propriétaires de ces voitures.

 Il faut en effet savoir que le kWh électrique ne leur est facturé par les pouvoirs publics que 5 cts d’ le kWh.

 

Comparaison du coût entre la voiture à essence et la voiture électrique pour 100 km parcourus avec cette fois le kWh électrique 3 fois moins cher  :

1 Avec la voiture à essence

6 litres aux 100 km
à raison de 10 kWh par litre 6 x 10 = 60 kWh
dépense à 1,5
  le litre 9

2 Avec la voiture électrique

Prix du kWh électrique 5 cts d’
Consommation avec un rendement de 1 au lieu de 30% : 20 kWh
dépense neuf fois plus faible 20 x 0,05 = 1
  Et ceci avec une voiture qui ne pollue pas l’air en ville

 

Nota
Cette comparaison est une incitation à passer à la pompe à chaleur.  Si un immeuble équipé d’une chaufferie gaz consomme par ex. 800 000 kWh à 5 cts d’€ le kWh gaz la dépense annuelle actuelle est de 48 000 €

SI la maison bénéficiait des mêmes avantages que la voiture, ce qu’il semble raisonnable de consentir pour aller dans le sens des accords de Paris sur le climat, la dépense en énergie serait divisée par 3 et passerait sensiblement à 16 000 € avec la chaufferie hybride. Ceci vu les nouvelles consommations résultant de l’amélioration des performances :
- gaz   200 000 kWh à 5 cts le kWh : 10 000 €
- élec 120 000 kWh à 5 cts le kWh : 6 000 €
soit une économie annuelle de 32 000 €   Pour compréhension voir le fichier 2consommation.pdf   Figure 43 page127      

 

La performance des voitures à essence

On observe que la performance des moteurs à explosion a pour finir assez peu progressée. Elle était proche de 150 g/cheval.heure il y a une cinquantaine d'années pour les anciens moteurs à combustion interne. Vu que la combustion d’un litre d'essence correspond à 10 kWh ou 10 000 wattheures thermique on constate en effet qu’une voiture à essence consommant 0,05 litre au km (5 litres au 100) délivre en effet sensiblement 500 watt.heures par km parcouru. On peut donc dire que pour parcourir un km un moteur à essence consomme sensiblement 3 fois plus d'énergie qu'une voiture électrique. Rapport assez important s'expliquant par le fait que les kWh consommés par le moteur électrique sont convertis en énergie mécanique avec un rendement proche de 1 alors que seulement le 1/3 des kWh thermiques du moteur à combustion sont convertis en énergie mécanique dans le cycle de Carnot. La différence soit les 2/3 restant, ou pour reprendre l’exemple ci-dessus, les 350 wattheures par km étant dissipés vers l'environnement par le dispositif de refroidissement du moteur à essence. Quant au rejet de gaz brulés fans l’atmosphère l’avantage est incontestablement à l’avantage de la voiture électrique. Un combat maintenant dépassé pourrait être celui qui consiste à comparer lequel entre le diesel et l’essence pollue le plus l’atmosphère de nos villes

Le temps de chargement des batteries

 

Etant donné la consommation d'une voiture électrique proche de 150 watt.heures par km une voiture hybride rechargeable ayant une batterie de 8 kWh permet de parcourir une cinquantaine de km en mode électrique sans polluer l’atmosphère des villes

Le temps de chargement de la batterie dépend de la puissance de charge retenue et de la capacité en kWh de la batterie. La puissance de charge la plus faible de 2kW permet de recharger une batterie de 8 kWh en 4h

Les puissances de charges disponibles s’échelonnent entre 2 kW et une vingtaine de kW. Le prix de l’électricité est comprise dans l’abonnement

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Dès à présent, les batteries lithium-ion de certains vélos électriques garantissent une centaine de kilomètres d’autonomie et se rechargent facilement sur la prise secteur en deux à trois heures. Leur durée de vie à l’optimum d’environ 30 000 km se dégrade légèrement au-delà de ce kilométrage. La découverte par le physicien russo-britannique Konstantin Novoselov en 2004 d’un nouveau matériau dérivé du graphite, le graphène, lui a valu le prix Nobel de physique en 2010 pourrait encore diminuer le temps de chargement. En découvrant fortuitement ce matériau qui peut stocker l’énergie électrique, Konstantin est le précurseur d’une nouvelle pile flexible et résistante ayant des temps de rechargement qui permettraient de recharger la batterie de nos futures voitures électriques en quelques minutes. Après plusieurs tests, une diode électroluminescente (LED) a pu être alimentée pendant cinq minutes alors que la charge n’a été que de trois secondes ! Depuis cette période, plusieurs sociétés conscientes du marché commencent à produire ce matériau appelé à concurrencer les batteries actuelles. L’évolution de la voiture à combustion interne vers la voiture électrique va probablement couter cher mais elle est maintenant irréversible. Ceci même si l’on ne peut s’empêcher d’éprouver une certaine nostalgie en observant les réalisations prestigieuses du passé.

 

Comparatif poids encombrement

Le problème de la voiture tout électrique pourrait être le poids. Les 100 kWh de la batterie Tesla sont certes récupérés en énergie mécanique mais ceci avec un poids batterie voisin de 500 kg correspondant à une énergie disponible limitée à 0,2 kWh par kg. Côté voiture à essence c'est, compte tenu de son rendement modeste, une énergie mécanique disponible maximum de seulement 4 kWh par litre de carburant que l'on récupère pour le moteur à explosion. Cela signifie que 25 litres de carburant suffisent pour "sortir" la même énergie mécanique de 100 kWh. Le poids de la batterie dans le cas présent est donc sensiblement 20 fois plus élevé que le poids de carburant délivrant la même quantité d’énergie. Le poids est un facteur qui devrait favoriser la voiture hybride par rapport à la voiture tout électrique.

 

Demain avec la voiture hybride rechargeable

La seule chance de voir la France servir de modèle sur le plan international en ce qui concerne la voiture hybride rechargeable individuelle est de parvenir à assurer une production de masse en limitant sensiblement la taille et la puissance du véhicule par rapport à ce qui se fait outre-Rhin. Cela pourrait bien être la quadrature du cercle vu qu'il va falloir pour cela baisser le prix de vente du véhicule en obtenant une fiabilité comparable à celle des couteuses voitures japonaises de ce type. Les temps ont changé et la 2CV Citroën loin derrière nous. La seule chance pour l'Europe d'y parvenir est que les sociétés allemandes et françaises et celles qui sont peut-être encore indépendantes en Suède s'associent pour ce qui concerne la motorisation et le dispositif de freinage du véhicule. Ceci avant que des sociétés comme Audi, Mercedes, Volkswagen pour l’Allemagne, Peugeot Renault et Citroën pour la France ne subissent le même sort que le petit frère de Volvo en raison de l'emprise chinoise. Un point important, le coût de la pollution, ainsi que nos poumons devrait inciter les constructeurs français à s’orienter rapidement vers la voiture fonctionnant en mode électrique en ville

A close up of a car

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L'ADEME et IFP Energies estiment la technologie hybride rechargeable plus « pertinente » que la voiture tout électrique. Leur raisonnement qui "tient la route" est le suivant : à quoi bon embarquer 100 kWh de batteries dans une voiture alors que celle-ci va parcourir dans la grande majorité des cas une distance inférieure à une trentaine de kilomètres par jour en mode électrique. Et ceci alors que 75% des citoyens prennent leur voiture pour aller travailler.  Il y a aussi une autre raison qui tient au fait qu'un couple fiscal peut se suffire en général d'une seule voiture hybride rechargeable. Quand l'on connait le prix d'un parking en région parisienne et la surface disponible au sol limitée à quelques 50 m² par habitant dans une métropole comme Paris, on mesure tout l'intérêt financier pour l’utilisateur d'une telle solution. Ceci comparativement à la petite voiture électrique pour la ville + la voiture avec moteur à combustion interne pour les plus grandes distances pendant les vacances. Une autre considération en faveur de cette orientation est le fait qu’une batterie de voiture hybride rechargeable capable de stocker journellement 10 kWh d’électricité, c’est une capacité de stockage annuelle de 3650 kWh correspondant à 18 000 kWh thermique avec un COP de 5. Au travers de ces chiffres on perçoit que grâce à l’autoconsommation qui commence à pointer le bout de son nez, ne restera à résoudre une fois comblé le retard de nos constructeurs français vers ces nouvelles motorisations  ‘’que‘’ le problème de l’alternance hiver-été du voltaïque. Le premier ainsi que le deuxième constructeur mondial de voitures individuelles sont japonais avec Toyota et coréen avec Hyundai. Ces constructeurs très en avance sur l’Europe, ne commercialisent malheureusement en France que les modèles haut de gamme qui sont la plupart du temps inabordables pour le français moyen ce qui n’accélère pas le mouvement. Les constructeurs français comme Peugeot et Citroën s'apprêtent d’ailleurs dans un proche avenir à faire la même erreur. Et ceci, facteur aggravant, avec des modèles inutilement surpuissants autant sur la partie électrique que sur la combustion interne. On peut se demander le rôle joué par l'exécutif en ce qui concerne la vision qu’il se doit de recommander aux constructeurs pour satisfaire le besoin du citoyen et la diminution de la pollution en ville.

 

Après demain avec l’hydrogène ou le tout électrique avec les batteries ?

 

On ne peut clore ce fichier sans parler de la seule réalisation qui a suivi les accords de Paris sur le climat de fin 2015. Celle qui concerne la 1ère voiture à hydrogène fonctionnant en France, à savoir le taxi Hype conçu par Toyota en collaboration avec Air liquide.

Cette réalisation est un succès qui nous aide à prendre conscience des promesses de l’hydrogène pour reprendre les termes de la revue Capital de septembre 2020.

Ceci aussi le rôle que ce fluide pourrait jouer dans l’habitat avec la « Solar Water Economy de l’enthalpie».

 

On pourrait aussi citer à ce niveau le SeaBubble à motorisation électrique d’Alain Thébault qui a sa chance comme taxi volant taxi volant sur la Seine et qui pourrait donner des idées aux constructeurs de porte-conteneurs qui pourraient imaginer de motoriser leur véhicule de transport maritime par moteur à hydrogène.

Le succès de l’hydrogène qui se concrétise également dès à présent par le fonctionnement sur le territoire allemand de trains motorisés à l’hydrogène et construit par Alstom constructeur français va très probablement se généraliser dans le domaine du transport ferroviaire et probablement pour le transport routier sur le plus long terme.

 

Quant au transport aérien cette motorisation permettrait en cas de succès de renouer avec le tourisme mondial. Voir la page 245  de la Solar Water Economy.