Projet 3A 2015-2016 - Harvard University · En 2020, cet engouement pour 2 millions de véhicules électriques devrait entraîner une consommation de 4 à 5 TWh d’énergie électrique

Projet 3A

2015-2016

L. Cuif, E. Gandon, E. Kunzinger, A. Mercier, N. Nabeebaccus, K. Soucova

Matériaux

écoresponsables

et durables pour

le développement

de véhicules

électriques

Projet 3A - Matériaux écoresponsables et durables pour le développement de véhicules électriques

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Remerciements

Nous tenons tout particulièrement à remercier toutes les personnes qui ont pris part au projet présenté dans ce rapport.

Nous tenons à remercier notre superviseur le professeur Vincent Caigneart et notre coordinateur de projet Jean-Michel Rueff.

Nous aimerions également remercier toutes les personnes qui ont accepté de participer à notre enquête concernant les véhicules électriques.


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Sommaire

Sommaire .................................................................................................................................... 4

1. Introduction.......................................................................................................................... 6

1.1. La demande en énergie actuelle et dans le futur ............................................................. 7

1.2. Les consommateurs sont-ils réellement prêts à passer au tout électrique ? ...................... 8

2. Le cadre législatif, réglementaire et normatif ....................................................................... 12

2.1. Le cadre législatif et normatif européen ........................................................................ 12

2.2. Le cadre législatif et réglementaire français .................................................................. 14

2.3. La normalisation du véhicule electrique, état de l’art .................................................... 18

3. Historique ........................................................................................................................... 18

3.1. Compagnies de voitures électriques.............................................................................. 20

3.2. Fonctionnement du moteur des véhicules électriques ................................................... 21

3.3. Spécificités des modèles ............................................................................................... 23

3.4. Avantages des voitures électriques ............................................................................... 24

3.5. Sécurité des voitures électriques .................................................................................. 24

4. Les différents matériaux inorganiques et organiques dans une voiture ................................. 26

4.1. Les métaux .................................................................................................................. 27

4.2. Les vitrages .................................................................................................................. 28

4.3. Les pneumatiques ........................................................................................................ 29

4.4. Les polymères .............................................................................................................. 31

4.5. Recyclage d’une voiture, concrètement ........................................................................ 32

4.6. Les matériaux d’avenir ................................................................................................. 33

5. Les matériaux verts dans l’automobile ................................................................................. 34


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5.1. Introduction ................................................................................................................ 34

5.2. L’évolution des matériaux verts dans les voitures .......................................................... 35

5.3. Les polymères bio-sourcés............................................................................................ 36

5.4. PolyPropylène (PP)- le polymère biosourcé ................................................................... 38

5.4.1. Présentation du PP ................................................................................................... 38

5.4.2. Synthèse du PP ......................................................................................................... 39

5.5. Les Fibres naturelles dans l’automobile......................................................................... 40

5.6. Conclusion ................................................................................................................... 43

6. Les batteries pour les voitures électriques ........................................................................... 44

6.1. Qu’est ce qu’une batterie ? .......................................................................................... 44

6.2. Batteries qui sont actuellement utilisées dans les VE ..................................................... 46

6.3. Bilan et améliorations à apporter ................................................................................. 58

6.4. Systèmes en cours de développement .......................................................................... 60

6.5. Conclusion et perspectives d’avenir .............................................................................. 62

7. Chargeurs et postes de recharge. ......................................................................................... 62

7.1. Chargement ................................................................................................................. 62

7.2. Perspectives d’avenir ................................................................................................... 64

7.3. Conclusion ................................................................................................................... 70

8. Références .......................................................................................................................... 71

9. Annexes .............................................................................................................................. 76


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1. Introduction

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, la demande d'énergie pour les voitures et autres véhicules personnels devrait très faiblement augmenter entre 2010 et 2040. En effet, les différentes améliorations développées par les industriels pour économiser le carburant des voitures particulières a permis de compenser la forte hausse du nombre de voitures dans le monde.

Dans nos sociétés actuelles, posséder une voiture est un bon indicateur de prospérité. L'expansion à venir de la classe moyenne dans le monde - et d'autres facteurs tels que la croissance de la population - devraient ainsi se traduire par une augmentation significative de l'utilisation des véhicules particuliers. En effet, le revenu par habitant est susceptible d'être plus de deux fois et demie le niveau de 2010. Le nombre de ces véhicules dans le monde devrait donc plus que doubler, passant d'environ 825 millions en 2010 à environ 1,7 milliards de dollars en 2040. Cela représente une augmentation de plus de 100% et près de quatre fois le nombre de voitures circulant aux États-Unis en 2010. A elle seule la Chine devrait représenter environ 40% de l'augmentation de la flotte mondiale.

Les véhicules hybrides devraient également augmenter de 1% des ventes de voitures neuves en 2010 à près de 50% du chiffre d'affaires en 2040, soit environ un tiers de la flotte mondiale. En effet, de plus en plus de consommateurs tendent à être séduits par ce type de véhicules car les voitures hybrides peuvent permettre une économie de carburant d’environ 30% par rapport aux voitures classiques à essence. De plus, elles sont appelées à devenir financièrement très compétitives d'ici 2025.

La mobilité électrique fait également aujourd’hui l’objet d’un fort enthousiasme. Les ventes de véhicules électriques particuliers ont augmenté de 135% en septembre 2014 par rapport à septembre 2013, avec 1 514 véhicules immatriculés. À la fin août 2014, près de 22 500 véhicules particuliers et près de 13 500 véhicules utilitaires électriques étaient immatriculés en France. Lors du Mondial de l’automobile en 2014, près d’une vingtaine de constructeurs automobiles, dont des marques de luxe, ont présenté de nouveaux modèles de véhicules électriques et hybrides rechargeables.

Les véhicules électriques sont en effet devenus un enjeu de société en raison de la montée en puissance des préoccupations environnementales, de la volatilité du prix des carburants fossiles et de la forte médiatisation des véhicules tout électrique. Le développement de ces véhicules peut s’expliquer, tout d’abord, par les objectifs environnementaux fixés dans les cadres européesn et nationaux pour lutter contre le changement climatique, visant notamment à diminuer les émissions de CO2 (Kyoto). De plus, la maturité technologique de la batterie lithium-ion ouvre des perspectives pour le développement à grande échelle du véhicule électrique.

En 2020, cet engouement pour 2 millions de véhicules électriques devrait entraîner une consommation de 4 à 5 TWh d’énergie électrique. Il est donc essentiel d’anticiper la problématique de la recharge, bien en amont du développement des véhicules électriques et hybrides rechargeables.


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1.1. La demande en énergie actuelle et dans le futur

Au cours du siècle passé, la croissance de la disponibilité et de l'utilisation de combustibles modernes (Fig. 1) - y compris l'électricité - a radicalement amélioré la vie de milliards d’êtres humains. Mais les progrès permis par l'énergie moderne n'ont pas atteint la totalité de la population mondiale. Certains pays ont prospéré plus que d'autres, reflétant en partie le rythme de la transition à l'énergie moderne et aux technologies modernes.

Figure 1: Production d'énergie mondiale au cours du temps

En 1990, les pays de l’OCDE (l'Organisation de Coopération et de Développement Economique) comprenant la quasitotalité des pays développés, consommaient plus de 50% de l'énergie du monde, en dépit d'avoir seulement 20% de sa population.

Mais dans le futur, la croissance économique en Chine, en Inde et dans d'autres pays non membres de l'OCDE permettra à environ 3 milliards de personnes de monter dans les rangs de la classe moyenne ce qui représenterait la plus forte hausse collective du niveau de vie dans l'histoire. Cela impliquera une hause de la demande en nourriture, en transport, et en électricité pour le logement, les écoles, les hôpitaux, et pour les entreprises répondant à d'innombrables besoins (Fig. 2).

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

4500000Coal, peat and oil shale: Production (ktoe)

42. World Source: IEA ©OECD/IEA 2015

Projet 3A - Matériaux écoresponsables et durable

Figure 2:

Les nouvelles technologies sont en traisociétés, mais aussi la manière dont la population consomme l’électricitéest à la hausse, les fournisseursnet de ces changements est mieuxalors que la demande d'énergie et les émissions commencent la technologie moderne et de l'énergieseulement à y avoir accès.

Afin d’atteindre les normes de la classe moyenne etdemeure - comme toujours -l'énergie tout en protégeant l'environnement. Les réponses à cette question continueront d'être trouvées grâce à des choix pratiques soutenus par l'ingéniosité humaine. Les bonnes nouvelles sont que les options pratiques pour répondre aux besoins fiable et abordable continuent

1.2. Les consommateurs sontélectrique ?

Afin de généraliser l’utilisation des véhic

semblait important de connaître l’avis de la population sur ce sujet. En effet, malgré des avancées

rapides et fréquentes concernant les véhicules électriques, leurs ventes restent tout de même très

faibles comparées aux autres véhicules disponibles sur le marché

Nous nous sommes donc demandé quelles étaient les raisons de ce manque d’engouement chez

les utilisateurs pour les véhicules électriques.

Nous avons donc élaboré des questionnaires permettant de

des consommateurs concernant les véhicules électriques.

ériaux écoresponsables et durables pour le développement de véhicules électriques

: Augmentation de la production et de la consommation

Les nouvelles technologies sont en train de remodeler non seulement nosla manière dont la population consomme l’électricité. Alors que la demande

sseurs se tournent vers des carburants à faible taux de net de ces changements est mieux vu dans les pays de l'OCDE, où les économies se développent alors que la demande d'énergie et les émissions commencent déjà à augmenterla technologie moderne et de l'énergie sont évidents, en particulier pour

s de la classe moyenne et d'augmenter le niveau de vie- comment élargir les avantages de la technologie moderne et de

l'énergie tout en protégeant l'environnement. Les réponses à cette question continueront d'être des choix pratiques soutenus par l'ingéniosité humaine. Les bonnes nouvelles

que les options pratiques pour répondre aux besoins de la populationabordable continuent de se développer.

Les consommateurs sont-ils réellement prêts à passer au tout

Afin de généraliser l’utilisation des véhicules électriques en France et dans le monde il nous



comparées aux autres véhicules disponibles sur le marché.


les utilisateurs pour les véhicules électriques.

Nous avons donc élaboré des questionnaires permettant de connaître la demande et les attentes

des consommateurs concernant les véhicules électriques.

pour le développement de véhicules électriques

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Augmentation de la production et de la consommation

n de remodeler non seulement nos économies et nos . Alors que la demande taux de carbone. L'effet

vu dans les pays de l'OCDE, où les économies se développent augmenter. Les avantages de

ceux qui commencent

le niveau de vie, la question omment élargir les avantages de la technologie moderne et de

l'énergie tout en protégeant l'environnement. Les réponses à cette question continueront d'être des choix pratiques soutenus par l'ingéniosité humaine. Les bonnes nouvelles

de la population en matière d'énergie

ils réellement prêts à passer au tout

ules électriques en France et dans le monde il nous




connaître la demande et les attentes


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1.2.1. Descriptif des questionnaires

Nous avons réalisé deux questionnaires, un en français et l’autre en anglais que nous avons posté

sur les réseaux sociaux, envoyé aux étudiants de l’ENSICAEN et que nous avons posté sur des sites

spécialisés dans le domaine des véhicules électriques.

Comme dans tout questionnaire, nous avons commencé par une série de questions générales

concernant les personnes qui ont participé à l’enquête :

- Etes-vous un homme ou une femme ?

- Quel âge avez-vous ?

Puis pour les personnes ayant déjà un véhicule électrique : Quelle a été votre principale motivation

à acheter une véhicule électrique ? (Économique, Écologique, Curiosité, Performance, Autre…).

Et pour ceux n’en ayant pas : Avez-vous déjà envisagé l’achat d’un véhicule électrique ? Quelle

serait votre principale motivation à acheter un véhicule électrique ? (Économique, Écologique,

Curiosité, Performance, Autre…)

Enfin nous avons posé aux consommateurs toute une série de questions afin de savoir pourquoi les

véhicules électriques étaient encore peu vendus :

- Selon vous, quelle est l’importance des différents facteurs (Prix, qualité, consommation,

marque, style, taille, performance, écologique, coût de maintenant et valeur de revente) à

considérer lors de l’achat d’une voiture (électrique ou non)?

- Pensez-vous que les voitures électriques sont un bon retour sur investissement ?

- Combien seriez-vous prêt à payer pour une nouvelle voiture ou une voiture d'occasion non-

électrique ?

- Combien seriez-vous prêt à payer pour un modèle similaire, mais électrique ?

- Compte tenu de votre mode de consommation, diriez-vous que vous êtes soucieux de

l’environnement ?

- De combien de kilomètres d’autonomie une voiture électrique devrait-elle disposer au

minimum pour vous convaincre de son achat ?

- Selon vous, quel est le principal défaut du véhicule électrique ? (Manque d’autonomie,

Manque de performance, Durée de vie limitée, Coûts d’achat et de maintenance trop

élevé, Manque d’infrastructures de rechargement, Autre…)

- Combien de temps seriez-vous prêt à attendre au maximum pour recharger votre voiture

électrique ?

- Seriez-vous prêt à modifier vos habitudes de conduite pour que celles-ci deviennent

compatibles avec les infrastructures de recharge sans fil (par exemple limitation de votre

vitesse pour permettre le rechargement, utilisation de certaine route) ?

- Préfériez-vous acheter une voiture hybride ? Pourquoi ?

- Pouvez-vous citer les voitures électriques que vous connaissez ?

- Avez-vous un commentaire supplémentaire à donner?


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1.2.2. Résultats obtenus

Nous avons obtenu 261 réponses pour le questionnaire en français et 87 réponses pour le

questionnaire en anglais. Vous pouvez retrouver la totalité du détail des réponses de ces

questionnaires en annexe 4 et 5.

Pour le questionnaire en anglais, une majorité d’hommes a répondu au formulaire alors que pour le questionnaire en français la population est mieux répartie (59% d’hommes et 41% de femmes). D’autre part, les personnes ayant répondu au questionnaire en français ont en majorité un âge compris entre 18 et 25 ans alors que des personnes de tout âge ont répondu au questionnaire en anglais. En effet, la plupart des questionnaires en anglais ont été posté sur des sites spécialisés alors que la majorité des personnes ayant répondu au questionnaire en français y on eu accès via les réseaux sociaux ou la boîte mail de l’ENSICAEN.

On constate également que peu de personnes possèdent un véhicule électrique mais que beaucoup ont déjà envisagé leur achat et ce en grande partie pour des raisons écologiques et économiques.

Le prix, la qualité, la consommation, le coût de maintenance et l’impact écologique du véhicule semblent être des données qui sont sensibles aux consommateurs. Le style, la puissance et la valeur de revente sont des critères ayant une importance moyenne aux yeux des consommateurs alors que la marque ne semble pas être un facteur important.

Il semblerait également que les consommateurs seraient capables de débourser un peu plus pour un véhicule électrique que pour un véhicule non-électrique et environ la moitié des personnes ayant répondu aux questionnaires pensent que l’achat d’un véhicule électrique est un bon retour sur investissement.

La grande majorité des personnes semblent également soucieux de l’environnement la plupart du temps.

Concernant l’autonomie un peu moins de la moitié des personnes interrogées estiment qu’il faudrait qu’une voiture électrique dispose au minimum de 250 km d’autonomie pour les convaincre de leur achat. Une grande majorité de ces personnes pensent d’ailleurs qu’il s’agit du principal défaut des véhicules électriques actuellement sur le marché.

De plus, la plupart des personnes ayant répondu aux questionnaires estiment que le nombre de points de rechargement est encore insuffisant.

Concernant le temps de recharge, beaucoup de personnes souhaiteraient pouvoir recharger leur voiture en une trentaine de minutes mais une bonne partie des interrogés accepteraient d’attendre 1h.

La majorité des personnes ayant répondu aux questionnaires seraient également prêts à modifier vos habitudes de conduite pour que celles-ci deviennent compatibles avec les infrastructures de recharge sans fil.


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La plupart des personnes préféreraient acheter un véhicule hybride car il semblerait être un bon compromis entre véhicule à moteur électrique pur et véhicule à moteur thermique pur. De plus, cela permettrait de rassurer les utilisateurs concernant l’autonomie et le manque de point de recharge contrairement aux voitures purement électriques. Cependant, certains utilisateurs seraient prêts à passer au tout électrique dans le futur à condition qu’il se développe et que de nombreux points de recharge soient disponibles.

De plus, d’après les interrogés il serait également bon de développer les transports en commun et beaucoup se posent également la question de la provenance de l’électricité pour approvisionner ces véhicules électriques.

1.2.3. Conclusions établies

L’étude de ces questionnaires nous a permis de réaliser quelles étaient les exigences des consommateurs concernant les véhicules électriques.

La plupart des personnes interrogées seraient prêtes à passer le cap du tout électrique à condition d’effort concernant le nombre de point de recharge et l’autonomie et seraient d’ailleurs capables de fournir quelques efforts pour se faire (prix, habitudes de conduite…). Mais ils préféreraient cependant pour l’instant acheter un véhicule hybride car il semblerait être un bon compromis et permettrait de rassurer l’utilisateur quant à la recherche et l’autonomie.

Les industriels ont donc un bon nombre d’améliorations à apporter aux véhicules électriques pour pouvoir convaincre les consommateurs. D’autant plus que beaucoup se posent également la question de leur réel impact écologique (provenance de l’électricité, recyclage, métaux rares…).


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2. Le cadre législatif, réglementaire et normatif

Que ce soit à l’échelle européenne ou à l’échelle de la France, le cadre législatif, réglementaire et normatif des infrastructures de recharge des véhicules électriques est en pleine évolution et les premiers textes ont été adoptés récemment.

2.1. Le cadre législatif et normatif européen

2.1.1. Directive du Parlement européen et du Conseil sur le déploiement d’une infrastructure pour carburants alternatifs

La directive 2014/94/UE du Parlement européen et du Conseil du 22 octobre 2014 sur le déploiement d’une infrastructure pour carburants alternatifs impose la présence de bornes de rechargement ouvertes au public sur tout le territoire national. : « Les États membres devraient veiller à ce que des points de recharge ouverts au public soient mis en place pour assurer une couverture adéquate, afin que les véhicules électriques puissent circuler au moins dans les agglomérations urbaines/suburbaines et d’autres zones densément peuplées et, le cas échéant, au sein de réseaux déterminés par les États membres. Le nombre de ces points de recharge devrait être fixé en tenant compte du nombre estimé de véhicules électriques qui seront immatriculés avant la fin 2020 dans chaque État membre ».

La directive recommande également le déploiement de systèmes de comptage évolués afin de piloter la recharge du véhicule électrique pour que son impact soit le plus limité possible sur l’équilibre du système électrique : « Dans la mesure où cela est techniquement possible et financièrement raisonnable, les opérations de recharge des véhicules électriques aux points de recharge devraient faire appel à des systèmes intelligents de mesure afin de contribuer à la stabilité du système électrique en rechargeant les batteries depuis le réseau lorsque la demande générale d’électricité est faible et de permettre un traitement des données sûr et souple ».

2.1.2. Le mandat M/468 sur l’interopérabilité des systèmes de recharge des

véhicules électriques et hybrides rechargeables

Afin de garantir une recharge pour les véhicules où qu’ils soient en Europe, il convient d’assurer une compatibilité de tous les véhicules avec le réseau de recharge.

Pour atteindre cet objectif, la Commission européenne a adressé en 2010 un mandat aux organismes européens de normalisation, CEN, CENELEC et ETSI, en leur demandant de développer une interface de recharge normalisée permettant d’assurer l’interopérabilité et la connectivité entre la borne électrique et la prise du véhicule électrique de manière sécurisée.

Par ailleurs, elle a demandé à ces organismes d’étudier la possibilité pour les utilisateurs de profiter de l’électricité durant les « périodes creuses », afin de leurs garantir une électricité au meilleur coût, mais aussi d’éviter la surcharge des réseaux électriques pendant la journée.


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Le CEN/CENELEC a donc mis en place un groupe de réflexion qui a publié son rapport sur la «Standardisation pour les véhicules routiers et les infrastructures associées» en octobre 2011. Ce rapport contient un certain nombre de recommandations mais ne présente pas de consensus pour le choix d’une interface standard unique. Par conséquent, la directive 2014/94/UE sur le déploiement d’une infrastructure pour carburants alternatifs recommande que des mesures supplémentaires soient prises afin de fournir une solution libre de droits assurant l’interopérabilité dans l’ensemble de l’Union européenne.

L’une des recommandations principales du rapport du CEN/CENELEC était d’établir un groupe de coordination sur la E-mobilité avec pour objectif de soutenir la coordination des activités de normalisation durant la phase critique de rédaction de nouveaux standards ou la mise en œuvre des standards existants. La première rencontre de ce groupe a eu lieu en mars 2012. Ce groupe réunit des représentants du CEN et du CENELEC, des organisations représentant différents secteurs (industries automobiles, acteurs de l’énergie, consommateurs, etc.) et la Commission européenne, qui ont accepté de travailler ensemble sur l’atteinte des objectifs du mandat M/468.

Un programme de travail et une liste des standards pertinents pour la recharge des véhicules électrique ont été mis à jour en novembre 2014.

2.1.3. La directive européenne 2000/53 / CE

En effet, depuis 2000, la première directive énonce plusieurs principes. Tout d'abord, les constructeurs doivent tenir compte de la réutilisation, le recyclage et la récupération des pièces et des matériaux au cours de la phase de conception pour tous les nouveaux véhicules. Cette exigence «théorique» est combinée avec une série de contingents décalés dans le temps, dont la plus importante était prévue pour 2015. En ce moment, tous les véhicules en fin de vie doivent être à 85% recyclés et à 95% récupérés. En d'autres termes, à cette date, 85% de la masse du véhicule doit être utilisés dans une seconde vie, 10% peut être récupérée pour la production d'énergie et les 5% restants peuvent être envoyés aux sites d'enfouissement industriels.

En parallèle, ces demandes de la directive stimulent le pourcentage de matériaux recyclés utilisés dans leurs véhicules et permettent de favoriser l'émergence et le développement de l'industrie du recyclage. Les règlements exigent le marquage de toutes les pièces faites de polymères pesant plus de 100g et toutes les parties en élastomère pesant plus de 200g.

En outre, il demande que certaines substances réglementées ou des substances qui pourraient être réglementés, soient clairement identifiés sur le véhicule afin de faciliter leur recyclage.

Enfin, la directive sans vraiment préciser les modalités mentionnent que ce sera la responsabilité des constructeurs automobiles de payer les éventuels coûts résiduels afin de répondre aux quotas. Ce sont, évidemment, des objectifs très restrictifs qui pourraient générer des dépenses importantes si elles ne sont pas remplies.


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2.1.4. La directive européenne 2005/64 / CE

La seconde directive, plus récente (Novembre 2005) et plus importante, sur le recyclage contient deux points importants. Il demande aux constructeurs automobiles de présenter aux autorités européennes une stratégie de recyclage basée sur des technologies éprouvées pour une zone géographique spécifique. Une telle stratégie devrait, par exemple, indiquer ce que le fabricant a l'intention de faire avec le polypropylène ou le verre dans un pays donné et à quel organisme de recyclage ces matériaux doivent être adressés.

Il est vrai que le recyclage ne peut être mandaté car il suppose l'existence d'un soutien industriel économiquement viable et d’un climat favorable. Le deuxième point abordé dans cette directive est que d'ici la fin de l'année 2008, tous les fabricants doivent prouver que tous les nouveaux modèles de véhicules entrant sur le marché sont à 85% recyclables dans leur stratégie de recyclage mentionnée précédemment.

Par conséquent, les fabricants doivent prouver le potentiel de recyclage des véhicules qu'ils fabriquent. Toutefois, il convient de noter que, depuis 2010, cette exigence n’est plus applicable seulement aux nouveaux modèles, mais à tous les véhicules vendus, y compris ceux conçus avant.

2.1.5. Pour en savoir plus :

Mandat de normalisation M/468 adressé au CEN, au CENELEC et à l’ETSI concernant la recharge des véhicules électriques

Directive 2014/94/UE du Parlement européen et du Conseil sur le déploiement d’une infrastructure pour carburants alternatifs

2.2. Le cadre législatif et réglementaire français

Le déploiement des infrastructures de recharge pour les véhicules électriques est encadré par plusieurs textes législatifs et réglementaires qui indiquent les objectifs et les moyens du déploiement de ces infrastructures.

Le 1er octobre 2009, le ministère du Développement durable a présenté un plan national pour le développement des véhicules électriques et hybrides rechargeables (VE et VHR) avec 14 actions concrètes pour favoriser le développement de ces véhicules ainsi que celui des infrastructures de recharge.

L’objectif du gouvernement est, en 2020, de voir circuler en France 2 millions de véhicules électriques et d’atteindre 4,4 millions de points de charge sur voirie et en milieu privatif, dont 90 % à installer dans les copropriétés, résidences principales et immeubles de bureaux.


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2.2.1. Le plan national d’action pour développer les véhicules propres du 1er octobre 2009

Le 1er octobre 2009, le ministère du Développement durable a présenté un plan national pour le développement des véhicules électriques et hybrides rechargeables (VE et VHR) avec 14 actions concrètes pour favoriser le développement de ces véhicules ainsi que celui des infrastructures de recharge.

L’objectif du gouvernement est, en 2020, de voir circuler en France 2 millions de VE et d’atteindre 4,4 millions de points de charge sur voirie et en milieu privatif, dont 90 % à installer dans les copropriétés, résidences principales et immeubles de bureaux.

2.2.2. L’article 57 de la loi n° 2010-788 du 12 juillet 2010 portant engagement

national pour l’environnement, dite loi « Grenelle II »

L’article 57 de la loi n° 2010-788 du 12 juillet 2010 portant engagement national pour l’environnement, dite loi « Grenelle II », confie aux communes ainsi qu’à leurs groupements la compétence du déploiement et de l’entretien des infrastructures de recharge nécessaires à l’usage des VE et VHR en cas de carence de l’initiative privée sur ce champ d’activité (« offre inexistante, insuffisante ou inadéquate »).

En effet, les communes sont naturellement chefs de file pour le déploiement de l’infrastructure de charge, en raison du fort impact sur la voirie et les places de parking.

2.2.3. Le Livre vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour

les véhicules « décarbonés »

Début mai 2011, le gouvernement a publié un Livre Vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour les véhicules « décarbonés » qui décrit le cadre conceptuel et organisationnel afin de faciliter le déploiement de ces infrastructures au niveau national. L’objectif est de permettre d’apporter toutes les réponses aux questions qui se posent pour un déploiement d’envergure sur le territoire national. En cela, ce document constitue un véritable guide pour assister les collectivités territoriales dans la mise en œuvre de leurs projets. Le 28 janvier 2015, un guide technique pour la conception et l’aménagement des infrastructures de recharge pour véhicules électriques et hybrides rechargeables a été publié par le ministre de l’Ecologie, du Développement durable et de l’Energie et par le ministre de l’Economie, de l’Industrie et du Numérique. Ce guide technique constitue une mise à jour du volet technique du Livre vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour les véhicules « décarbonés ».


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2.2.4. Le décret n° 2011-873 du 25 juillet 2011 relatif aux installations dédiées à la recharge des véhicules électriques ou hybrides rechargeables dans les

bâtiments et aux infrastructures pour le stationnement sécurisé des vélos

Le décret n° 2011-873 du 25 juillet 2011 relatif aux installations dédiées à la recharge des véhicules électriques ou hybrides rechargeables dans les bâtiments et aux infrastructures pour le stationnement sécurisé des vélos, pris en application de l’article 57 de la loi Grenelle II, prévoit la mise en place de prises de recharge pour les véhicules électriques dans toutes les constructions d’immeubles à usage de bureaux ou d’habitation de plus de deux logements et prévoyant un parking clos. Cette mesure, entrée en vigueur au début de l’année 2012, concernait également les immeubles de bureaux existants, avec une mise en conformité qui était à effectuer avant le 1er janvier 2015. En revanche, tout locataire ou propriétaire résidant dans un immeuble collectif dispose d’un « droit à la prise » lui permettant d’installer à ses frais une infrastructure de recharge pour son véhicule électrique. Le syndic a l’obligation d’inscrire à l’ordre du jour une demande d’installation de borne de recharge et ne peut s’y opposer sans motif légitime et sérieux. L’installation doit intégrer un système de mesure permettant une facturation individuelle des consommations.

2.2.5. L’arrêté du 20 février 2012 relatif à l’application des articles R. 111-14-2 à

R. 111-14-5 du code de la construction et de l’habitation

L’arrêté du 20 février 2012 relatif à l’application des articles R. 111-14-2 à R. 111-14-5 du code de la construction et de l’habitation concrétise les dispositions prises dans le cadre de la loi Grenelle II, puis par décret le 25 juillet 2011. Il fixe les exigences relatives aux installations électriques permettant la recharge des véhicules électriques et hybrides rechargeables dans les parcs de stationnement des bâtiments collectifs d’habitations et de bureaux neufs. Les dispositions de cet arrêté sont applicables aux bâtiments ayant fait l’objet d’une demande de permis de construire déposée depuis le 1er juillet 2012.

Tous les bâtiments neufs résidentiels ou de bureau équipés de places de stationnement individuelles couvertes ou d’accès sécurisé doivent être dotés « des gaines techniques, câblages et dispositifs de sécurité nécessaires à l’alimentation d’une prise de recharge pour véhicule électrique ou hybride rechargeable et permettant un comptage individuel ». Le dispositif, installé à partir du tableau général basse tension, doit pouvoir « desservir au moins 10 % des places destinées aux véhicules automobiles, avec un minimum d’une place ».


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2.2.6. Le Plan de soutien à la filière automobile du 25 juillet 2012

À la suite du Plan national d’action pour développer les véhicules propres de 2009, le ministre du Redressement productif a lancé, le 25 juillet 2012, un plan de soutien à la filière automobile comprenant différentes dispositions, dont certaines concernant les véhicules électriques et hybrides rechargeables :

• un décret est notamment paru le 31 juillet 2012 qui renforce le bonus-malus pour encourager les ventes de véhicules propres et soutenir les efforts des constructeurs automobiles pour le développement et la production de ces véhicules ;

• la mission Hirtzmann consacrée au déploiement de bornes de recharge pour les véhicules électriques et hybrides rechargeables et au développement de l’électromobilité a été lancée le 3 octobre 2012. Elle devait permettre de faire émerger et d’accompagner les projets d’infrastructure de recharge dans les territoires ;

• un appel à projets a été lancé en novembre 2012 auprès des 12 territoires-pilotes de la Charte pour le déploiement d’infrastructures publiques de recharge de véhicules électriques (Bordeaux, Grenoble, Rennes, Paris, Angoulême, Orléans, Strasbourg, Nice, Le Havre, Aix-en-Provence, Rouen, Nancy). Il permettra, avec les collectivités qui viendront les rejoindre, de réaliser des « Cités de la mobilité durable », regroupant enseignement, recherche, démonstrateurs.

2.2.7. Le Plan industriel « Bornes électriques de recharge »

Le 12 septembre 2013, la mission Hirtzmann s’est achevée et les actions qu’elle menait ont été intégrées au Plan industriel « Bornes électriques de recharge », qui est l’un des 34 plans de reconquête industrielle lancés par le Président de la République. Ces plans visent à unir les acteurs économiques et industriels autour d’un objectif commun et d’améliorer l’efficacité des outils mis en œuvre par l’État. Le chef de projet du plan dédié au développement des bornes de recharge est le Préfet Francis Vuibert.

L’objectif de ce plan est de couvrir l’ensemble du territoire d’un réseau complet de bornes de recharge, afin que les Français puissent faire le choix du véhicule électrique, en sachant qu’ils trouveront toujours sur leurs parcours une solution de recharge accessible en cas de besoin.

2.2.8. La loi du 4 août 2014 facilitant le déploiement d’un réseau

d’infrastructures de recharge de véhicules électriques sur l’espace public

La loi n° 2014-877 du 4 août 2014 facilitant le déploiement d’un réseau d’infrastructures de recharge de véhicules électriques sur l’espace public permet d’accélérer le déploiement d’un réseau national de bornes de recharge pour véhicules électriques en exonérant de redevance l’opérateur (l’État ou une société privée) qui implantera des bornes de recharges électriques dans le cadre d’un projet de dimension nationale. La dimension nationale du projet est caractérisée dès lors que celui-ci concerne le territoire d’au moins deux régions et que le nombre et la répartition des bornes à implanter assurent un aménagement équilibré des territoires concernés.


Jusqu’à cette loi, seules les communes étaient responsables de l’installation de ces réseaux d’infrastructures. C’est dans ce cadre que le groupe Bolloré a déposé un dossier auprès du ministère de l’Économie le 1er

2.2.9. La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte

L’article 41 de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verteplusieurs dispositions relatives aux véhicules électriques et hybrides rechargeables

• un objectif d’installer, d’ici à 2030, les places de stationnement des ensemblesur des places de stationnement accessibles au public

• l’évolution du code de la construction et de l’habitation, afin de doter les places de stationnement des habitatiopermettant la recharge des VE et des VHR.

2.3. La normalisation du véhicule electrique, état de l’art

Que ce soit à l’échelle européennormatif des infrastructures de recharge des véhicules électriques est en pleine évolutionpremiers textes ont été récemment

La liste des normes concernant les véhicules électriques est présentée en annexe.

3. Historique

La première voiture électrique fut inventée en 1839 par l'écossais Robert Andersonans, plus tard, Thomas Davenport construit une voiture électriqueélectriques non-rechargeable, ce qui fait que la voiture n’était moyen de recharger les batteries que contenaient ces voitures si on voulait rendre les voitures électriques pratiques.


Jusqu’à cette loi, seules les communes étaient responsables de l’installation de ces réseaux C’est dans ce cadre que le groupe Bolloré a déposé un dossier auprès du

ministère de l’Économie le 1er décembre 2014 afin de déployer 16 000 points de charge publics.

La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte

cle 41 de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verteplusieurs dispositions relatives aux véhicules électriques et hybrides rechargeables

if d’installer, d’ici à 2030, au moins sept millions de points de chargeles places de stationnement des ensembles d’habitations et autres types de bâtiments, ou sur des places de stationnement accessibles au public ; l’évolution du code de la construction et de l’habitation, afin de doter les places de

ment des habitations et des bâtiments publics d’infrastrucla recharge des VE et des VHR.

La normalisation du véhicule electrique, état de l’art

européenne ou à l’échelle de la France, le cadre législatnormatif des infrastructures de recharge des véhicules électriques est en pleine évolution

récemment adoptés.


a première voiture électrique fut inventée en 1839 par l'écossais Robert Andersonans, plus tard, Thomas Davenport construit une voiture électrique en utilisant des batteries

rechargeable, ce qui fait que la voiture n’était pas rentable. Il fallait trouver le moyen de recharger les batteries que contenaient ces voitures si on voulait rendre les voitures

Figure 3 : Premier véhicule électrique


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Jusqu’à cette loi, seules les communes étaient responsables de l’installation de ces réseaux C’est dans ce cadre que le groupe Bolloré a déposé un dossier auprès du

points de charge publics.

La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte

cle 41 de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte comprend plusieurs dispositions relatives aux véhicules électriques et hybrides rechargeables :

au moins sept millions de points de charge installés sur d’habitations et autres types de bâtiments, ou

l’évolution du code de la construction et de l’habitation, afin de doter les places de infrastructures nécessaires

La normalisation du véhicule electrique, état de l’art

, le cadre législatif, réglementaire et normatif des infrastructures de recharge des véhicules électriques est en pleine évolution et les


a première voiture électrique fut inventée en 1839 par l'écossais Robert Anderson (Fig. 3). Trois en utilisant des batteries

pas rentable. Il fallait trouver le moyen de recharger les batteries que contenaient ces voitures si on voulait rendre les voitures


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Ainsi, environ 50 ans avant l’invention de la première voiture avec un moteur à combustion, le belge Camille Jenatzy a créé la première voiture électrique appelée « La Jamais Contente » électrique le 29 avril 1899. Cette voiture dont la forme rappelle celle d’un cigare (Fig. 4) est le premier véhicule du monde à atteindre les 100 km/h.

Figure 4 : « La Jamais Contente »

Au début du 20ème siècle aux Etats-Unis comptaient plus de véhicules électriques que de voitures à moteur à combustion grâce à son confort et sa facilité de fonctionnement. En effet, Classic Cars dû enlever la poignée de démarrage qui était très bruyante et difficile à maintenir dans les véhicules à combustion. Tout a changé lors de l'invention du démarreur électrique, avec en particulier le modèle de série de production "T" Henry Ford, qui a poussé sa fiabilité électrique, kilométrage supérieur et à bas prix. En 1902, Thomas Edison améliore les véhicules électriques à batterie.

Finalement, en 1865, le Français Gaston Plante invente des batteries au plomb rechargeables et il faudra attendre 1881 pour qu’un autre Français, Camille Faure améliore cette conception de la batterie plomb-acide rechargeable.

En 1897, une des premières voitures électriques à être utilisée comme taxis est construit pour l'utilisation de la flotte à New York par la compagnie de transport électrique Wagon Company de Philadelphie.

Deux ans plus tard, un Belge, Camille Jenatzy, établit un record de vitesse de 109kmh-1 dans une voiture de course électrique appelée « La Jamais Contente».


3.1. Compagnies

De nos jours, il existe des compagnies fabriquant exclusivement des voitures électriques des grandes compagnies fabriquant des voitures électriques et à moteur essence.

Figure 5 : logos des

Tesla, par exemple, est un constructeur automobilecompagnie américaine démarre la production de série du premier véhicule, le Roadster Tesla 6) qui est une voiture sportive entièrement électrique.

La société Tesla Motors a créé une division, TEG pour Tesla Energy Group, chargée de la conception et production des systèméquipant les véhicules Tesla, mais aussi de la commercialisation de cette technologie à des partenaires tels que Daimler ou Toyota.


Compagnies de voitures électriques

De nos jours, il existe des compagnies fabriquant exclusivement des voitures électriques grandes compagnies fabriquant des voitures électriques et à moteur essence.

logos des grandes compagnies fabriquant les voitures électriques

constructeur automobile de voitures électriques. En début 2008, la compagnie américaine démarre la production de série du premier véhicule, le Roadster Tesla

qui est une voiture sportive entièrement électrique.

Figure 6: Voiture de sport- Tesla Roadster

La société Tesla Motors a créé une division, TEG pour Tesla Energy Group, chargée de la conception et production des systèmes de stockage énergétiques (Energy Storage Systeméquipant les véhicules Tesla, mais aussi de la commercialisation de cette technologie à des partenaires tels que Daimler ou Toyota.


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De nos jours, il existe des compagnies fabriquant exclusivement des voitures électriques (Fig. 5) ou grandes compagnies fabriquant des voitures électriques et à moteur essence.

électriques

voitures électriques. En début 2008, la compagnie américaine démarre la production de série du premier véhicule, le Roadster Tesla (Fig.

La société Tesla Motors a créé une division, TEG pour Tesla Energy Group, chargée de la es de stockage énergétiques (Energy Storage System ou ESS)

équipant les véhicules Tesla, mais aussi de la commercialisation de cette technologie à des


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Dans le domaine de la fabrication des voitures électriques, Tesla occupe la plus grande part du marché de véhicules électriques, suivi de Nissan (Fig. 7).

Figure 7 : distribution des parts de marché pour les véhicules électriques aux États-Unis

En 2015, Tesla se diversifie en créant le Powerwall : une batterie design destinée aux habitations, en deux versions de 7 et 10 kWh. Une version de 100 kWh est aussi prévue pour les entreprises.

3.2. Fonctionnement du moteur des véhicules électriques

Les moteurs électriques sont relativement simples et très fiables. La puissance utilisée dans un moteur d’une voiture électrique est fournie par un contrôleur. Ce composant est alimenté par la batterie, et transmet l’énergie électrique aux différentes parties du moteur (Fig. 8). Dans le cas d'un véhicule électrique, un onduleur est utilisé pour passer du courant alternatif au courant direct. Le système requiert des câbles électriques et la transmission d'énergie électrique, mais ne nécessite pas autant d'éléments qu’un moteur à combustion. Les systèmes d'alimentation et d'échappement ne sont pas utilisés.


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Figure 8: Positionnement d'un moteur électrique

Un moteur électrique à courant alternatif assure la transmission de la puissance aux essieux et les roues. L’avantage d'utiliser un moteur à courant alternatif est qu'il permet le freinage par récupération, le refroidissement par eau, et de très grandes vitesses de révolutions par minute (plus de 10 000 tours). Les fonctionnalités supplémentaires telles que le mécanisme de direction, la pompe à eau et le système de climatisation sont aussi branchées à la batterie.

La conception du moteur électrique intègre généralement un aimant et un générateur. Le moteur utilise de l'énergie électrique du courant continu de la batterie et la convertit en énergie de rotation, qui à son tour propulse la voiture.

Le moteur électrique peut être très petit étant donné la quantité de puissance qu’il délivre. Par rapport au système de batterie, les cellules de la batterie ont tendance à prendre beaucoup plus de place dans une voiture électrique que le moteur lui-même. Par conséquent, il n’est pas surprenant de voir des voitures avec 25 à 50 batteries pour faire fonctionner le système. Par exemple, une voiture Tesla a des milliers de cellules.

Le moteur électrique fournit un couple élevé à partir de la vitesse zéro dans la pratique et peut donc ne pas être aussi élevée que la puissance nominale du moteur à combustion, qui a le plus grand couple jusqu'à plusieurs milliers de tours par minute. Le trajet est donc très lisse. Les moteurs brushless sont pratiquement sans échec, sans entretien et ont une durée de vie supérieure à d'autres parties du véhicule. Si le véhicule est à l'arrêt, ne consomme pas d'énergie (similaire à la fonction Stop-Start sur les véhicules à moteur à combustion).


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Le rendement du moteur électrique et recharge de la batterie atteint 90%. Le rendement total du disque dépend de l'efficacité de l'électricité pour le lecteur à partir des sources primaires et l'efficacité énergétique des batteries usagées ou les piles à combustible (qui est autour de 50-80% en fonction de la technologie utilisée - le plomb, NiMH, Li-ion, Li-pol). Contrairement à une voiture conventionnelle, mais peut augmenter l'utilisation d'énergie afin de récupération, le fonctionnement pratique de jusqu'à environ 25% -. Il est possible, en particulier dans le trafic de la ville ou un terrain accidenté.

3.3. Spécificités des modèles

Le roadster peut passer de 0 à 100 kmh-1 en 3,9 secondes, sans émettre de rejets si l'électricité consommée lors de la charge était d'origine renouvelable. Sa propulsion est en effet 100 % électrique, sa vitesse de pointe est limitée électroniquement à 212 kmh-1. Elle a une autonomie d'environ 340 km.

Le châssis du Roadster Tesla (Fig. 9) est une conception plus large et plus longue que les modules Lotus permettant notamment de loger le bloc de batteries à l'arrière du véhicule.

Figure 9 : châssis du Roadster Tesla

L'évolution de la sportive de Tesla permet d'abattre le 0 à 100 kmh-1 en 3,7 secondes. Le Roadster Sport parcourt 340 km par recharge.

Le modèle S de Tesla (Fig. 10) reste cher (plus de $ 100 000), mais il a une autonomie de 426 km. D’ici là quelques années, Tesla espère réduire le prix de ses voitures et les rendre beaucoup plus abordable à la classe moyenne. Tesla veut rendre les voitures électriques plus pratiques par la construction d'un réseau national de stations de recharge qui peuvent fournir 320 km de charge dans environ une demi-heure comparée à plusieurs heures pour recharger une voiture électrique à une station ordinaire aujourd'hui.


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Figure 10 : Tesla car

3.4. Avantages des voitures électriques

Les véhicules électriques d'aujourd'hui ont plusieurs avantages par rapport aux voitures à essence. Premièrement, il n'y a pas de voyages à la station d'essence. Tout ce dont on a besoin est une prise à la maison ou au travail et une charge complète ne coûte que quelques euros. Les moteurs électriques, qui ont besoin seulement d'une seule vitesse pour toutes les vitesses, peuvent également être étonnamment sensible et puissant. Qui plus est, les voitures électriques utilisent pas d'essence et émettent pas de pollution. Même lorsque l’on prend en compte les émissions de carbone et la pollution des centrales qui produisent de l'électricité pour alimenter les voitures, l’énergie consommée lors de la fabrication, les voitures électriques produisent environ 40 pour cent moins de dioxyde de carbone et l'ozone que les voitures conventionnelles.

3.5. Sécurité des voitures électriques

Les voitures purement électriques sont nettement plus sûres que les voitures à moteur à combustion interne puisqu’ils ne contiennent pas de l'essence. En revanche, on a un nouveau facteur de sécurité à prendre en compte. Presque toutes les voitures électriques actuelles utilisent de grands tableaux de lithium-ion (Li-ion) et on sait bien que les batteries Li-ion ont tendance à prendre feu et parfois exploser.

On a appris à vivre avec les dangers de voitures avec des moteurs à combustion interne. Les constructeurs automobiles ont déployé des efforts considérables en développant des systèmes qui réduisent la perte de la vie. Ceintures de sécurité et airbags sont d'excellents exemples. Cependant, on accepte que la perte de vie due à des accidents est le prix inévitable à payer pour tous les avantages que les voitures fournissent. Dans certains cas, ces avantages comprennent


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sauver des vies. Il suffit de penser de toutes les vies qui seraient perdues si les ambulances propulsés par des moteurs à combustion interne n’étaient pas disponibles. Peut-être, en fin de compte, plus de vies sont sauvées par les voitures que perdues.

Mais lorsqu’on fait le passage de voitures fonctionnant au gaz aux voitures électriques, est-ce qu’on est en train d’aller vers quelque chose qui est encore moins sûr que ce que l’on a maintenant? Que dire de la sureté des batteries Li-ion? Après tout, il ya un certain nombre de cas documentés où les batteries Li-ion dans les ordinateurs portables et les téléphones cellulaires ont pris feu. Le problème est lié à la densité d'énergie élevée des batteries. La quantité d'énergie emballée dans chaque batterie est assez grande par rapport à sa taille. C’est la raison pour laquelle les batteries Li-ion sont devenues les batteries de choix pour les voitures électriques, mais cette avantage leur confère aussi quelques-unes des caractéristiques d'un explosif. Et si les petites batteries Li-ion dans les téléphones cellulaires sont un danger, alors qu’en est-il de la vaste gamme de batterie dans une voiture ? Le pack de batterie dans une Tesla Roadster, par exemple, se compose de 7000 batteries sous le capot d'une seule voiture.

Pour éviter que ces batteries explosent, Tesla et d'autres fabricants de voitures électriques installent une foule de dispositifs de précaution : des fusibles et des disjoncteurs qui déconnectent les piles lorsque les détecteurs de collision détectent que la batterie est sur le point de subir un choc.

Il est aussi essentiel de refroidir les batteries. Plus les piles sont chaudes, plus elles sont susceptibles d'exploser. Tesla ainsi que Ford (dans son nouveau modèle électrique Focus) font circuler un liquide refroidissant à travers la batterie pour maintenir la température aussi basse que possible pendant que la voiture est en marche (Fig. 11).

Figure 11: Système de refroidissement par circulation d’un liquide


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Nissan, dans son modèle LEAF entièrement électrique, utilise un système de refroidissement par air (Fig. 12). La division des batteries dans un tableau (par opposition à une grande batterie) est aussi en partie un choix de sécurité: les batteries sont séparées les unes des autres par des cas d'acier pour empêcher le feu de se propager dans l'ensemble.

4. Les différents matériaux inorganiques et organiques dans une voiture

Une voiture est composée de différents matériaux tels que des céramiques, des plastiques ou encore des métaux (Fig. 13). Ces derniers sont présents à hauteur de 70 % dans une voiture classique, et représente environ 75 % du poids total de la voiture (55 % d'acier, 12 % de fonte 9 % d'aluminium). Les matériaux polymères représentent 10 % du poids du véhicule. Ils sont surtout présents à l'intérieur de la voiture. Il y a également des céramiques et des pneumatiques mais qui sont présents en moins fortes proportions.

Une grande multiplicité de facteurs s'offre à l'ingénieur lorsque celui-ci se préoccupe du choix des matériaux pour la conception d'une pièce ou d'un ensemble de composants réalisant une fonction donnée. En effet, pour le choix des matériaux, il faut prendre en compte les propriétés du matériau comme la résistance, la rigidité ou encore des propriétés spécifiques telles que la résistance à la corrosion, les conductivités thermiques ou électriques. Il faut également faire attention à la mise en forme et à la transformation des matériaux. Et enfin, il ne faut pas négliger le facteur économique.

Figure 12 : système de refroidissement à air


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Figure 13: Composition d’un véhicule classique

4.1. Les métaux

4.1.1. Types de métaux

Il existe deux types de métaux dans les voitures, les ferreux et les non ferreux.

Les métaux ferreux représentent 70% de la masse totale du véhicule. L’acier, alliage de fer et de carbone, est le plus présent, à hauteur de 55%. Il est très utilisé notamment car il peut recevoir des traitements thermiques et mécaniques, ce qui lui donne des propriétés de résistance, de dureté et d’endurance. Il y a également la fonte, 15% du poids total du véhicule, qui est plus limitée au niveau des propriétés mécaniques que l’acier, mais qui permet d’obtenir des formes plus complexes et une meilleure conductibilité thermique.

Les 4% de métaux restant sont principalement composés de cuivre et d’aluminium. Les alliages d’aluminium par exemple, sont utilisés grâce à leur masse volumique faible, leur mise en œuvre plus simple qu’avec l’acier et leur bonne conductivité thermique. Cependant, ces alliages ont un module d’élasticité bien inférieur à l’acier et un prix beaucoup plus élevé.

4.1.2. Mise en forme de la carrosserie

Toutes les pièces proviennent de tôles métalliques laminées qui sont ensuite découpées en flan puis embouties.


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4.1.3. Le recyclage

Les métaux ferreux à recycler seront fondus dans une aciérie pour être réutilisés. L’aluminium, le cuivre, le laiton finiront en lingots. Il faut également savoir que dans les voitures, il y a de plus en plus de composants électroniques avec des puces en silicium, qui sont, elles, non recyclables.

4.1.4. Quel avenir pour les métaux dans l’automobile ?

Les métaux font donc partis des matériaux les plus présents dans une voiture. Néanmoins, aujourd’hui la diminution de consommation est primordiale. Il est donc essentiel d’avoir recourt à des matériaux plus légers. De plus, les métaux sont chers à obtenir. C’est pourquoi les constructeurs se tournent de plus en plus vers les nouveaux matériaux comme des composites. Pour preuve, dans les nouvelles voitures hybrides, il n’y a plus que 50% de métal sur le poids total.

4.2. Les vitrages

4.2.1. Présentation des différents vitrages

De par l’aspect extérieur d’une voiture, le second matériau auquel on pense sont les vitrages, qui se composent du pare-brise, des vitres latérales et de la lunette arrière. Le pare-brise est un composite formé par deux feuilles de verre reliées par une feuille de PVB (Polyvinyle de Butyral). D’après la réglementation, la transmission lumineuse minimum des pare-brises doit être de 75%. En cas de choc frontal, le pare-brise doit rester en place.

Les pare-brises chauffants sont fabriqués par incorporation, au sein du verre feuilleté, d’un élément électriquement résistant qui pourra, mis sous tension, dissiper de l’énergie. La lunette arrière est en verre trempé et comprend des fils de cuivre chauffants pour le dégivrage. Celle-ci a été une des premières à être sophistiquée sur les modèles de grande série grâce au concept du désembuage. Les vitrages latéraux sont en verre trempé et doivent satisfaire les exigences de la trempe de sécurité. Selon les exigences à satisfaire, les vitrages latéraux avant, doivent avoir une transmission lumineuse supérieure à 70%. Aujourd’hui, les vitrages latéraux se font également en feuilleté.

4.2.2. La fabrication des vitrages

Le procédé de fabrication du verre plat consiste à renforcer le verre en diminuant très rapidement la température de celui-ci (de 600 à 300° C en quelques secondes).

Pour le verre à vitre standard, on utilise du sable blanc, de la soude, de la chaux et du verre cassé qu'on porte à 1 550 °C. Le verre est ensuite donné aux unités de transformation découpées. Plusieurs opérations sont ensuite menées avant tout autre traitements comme la découpe d’une forme précise, perçage de trous, nettoyage du verre ou encore dépôt d’émail.

Viens ensuite le traitement de trempe thermique. Elle est obtenue par refroidissement rapide (généralement avec de l’air) d’une feuille de verre portée à une température lui conférant un comportement plastique (610 à 680°C en général). Le verre est ainsi renforcé mécaniquement.


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De plus, pour l’automobile, le traitement thermique est réalisé dans des conditions particulières qui conduisent à un produit dit de sécurité. En cas de bris, la réglementation impose des dimensions minimales et maximales des particules formées. Il faut également savoir que les fragments de verre ne doivent pas former d’aiguilles. Seule la trempe thermique, dans les conditions optimales, peuvent apporter les propriétés requises de sécurité à la fragmentation, en cas de bris. Les feuilles de verre sont ensuite mise en forme à chaud, suivant deux méthodes, le bombage par gravité pour les vitrages feuilletés et le bombage sous presse. Les feuilles de verre sont ensuite nettoyées dans une atmosphère sans polluant, puis elles seront assemblées avec une feuille de matière plastique entre les lames de verre. L’ensemble est ensuite pressé, dégazé et autoclavé pour donner le vitrage transparent que nous connaissons.

4.2.3. Le recyclage

La directive européenne à propos du recyclage de l’automobile définit des objectifs de recyclage des produits de l’automobile que le verre doit également satisfaire. A partir de 2015, 85 % des composants doivent être recyclés et 95% récupérés.

Suivant le verre utilisé, il existe différentes techniques de recyclage ou valorisation :

• Les pare-brises brisés subissent deux opérations de broyage successives, les morceaux de plastique sont séparés, par aspiration, des fragments de verre qui sont recyclés en laine de verre, microbilles ou entrent dans la fabrication de céramiques. Cette technique de recyclage génère 20% de pertes.

• Les pare-brises non brisés sont revendus pour être réutilisés.

• Les lunettes arrière sont broyées et utilisées pour la fabrication de la laine de verre après avoir séparés des fragments de verre, les éléments métalliques du système de dégivrage.

• Les vitres latérales sont recyclées en verre, dans l'état ou après broyage. Leur valorisation se fait alors par incorporation dans les fours verriers à hauteur de 5%.

4.3. Les pneumatiques

4.3.1. Préparation

Un pneu est un assemblage complexe d'éléments différents réalisés eux-mêmes à partir de matières premières diverses et ce produit manufacturé nécessite à tous les stades de sa fabrication de nombreux contrôles que ce soit au niveau de la fabrication des mélanges, de la confection ou de la vulcanisation.

L'élément de base est le caoutchouc, naturel ou synthétique, qui, vulcanisé devient élastique. A savoir que la propriété fondamentale des élastomères est qu’ils ont le pouvoir de se déformer et de retrouver leur forme initiale.

La seconde catégorie d'éléments entrant dans la composition du pneu est ce que l'on appelle les charges renforçantes destinées à augmenter la résistance à l'usure et aux déchirements. Ces charges sont principalement la suie et le noir de carbone.

On ajoute ensuite un troisième produit, le soufre, pour la vulcanisation.


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4.3.2. La fabrication

Un pneumatique pèse environ 7kg. Outre le caoutchouc, un pneu comporte également 15% de métal, 4% de textile et 1% de soufre.

Chaque produit est alors mélangé pour obtenir une gomme. Le mélange des différents éléments doit être homogène et cette homogénéité est obtenue grâce à la température dégagée par le travail mécanique dans des mélangeurs.

Arrive ensuite l’étape de calandrage. La gomme arrive dans la machine sous forme de bande, les fils métalliques de renfort sont ensuite intégrés dans la gomme, qui est alors prédécoupée et rembobinée. Une nappe en textile est alors intercalée entre chaque bande de gomme afin d'éviter qu'elles ne se collent entre elles.

Puis vient l’assemblage. L’opérateur met en place des gommes qui deviendront les flancs du pneu. Cette opération est très précise car elle détermine la dimension du pneu. Tous les autres composants (gommes de renfort et d’étanchéité, butées des tringles, tringles, bandes sommets), puis la bande de roulement sont enfin intégrés.

Enfin, la vulcanisation est effectuée. Une fois mis en forme, le pneu est vulcanisé, dans un moule durant six à quinze minutes, à une température comprise entre 150°C et 200°C et sous une pression de 21 bars. Cette phase consiste à cuire le pneu pour lui donner sa forme définitive et lui assurer l'ensemble de ses qualités en faisant passer les mélanges de gommes de l'état plastique à l'état élastique et donc de lui donner ses caractéristiques mécaniques.

4.3.3. Le recyclage

Les pneumatiques récupérés sont valorisés soit d’un point de vue énergétique (brûlés dans des cimenteries et des sidérurgies, grâce à leur pouvoir calorique élevé), soit sous forme de matériaux dans les travaux publics (Fig. 14).

Figure 14: Recyclage des pneus


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4.4. Les polymères

4.4.1. Présentation

Un polymère est un composé organique. D’un point de vue chimique, un polymère est constitué d’un motif appelé monomère qui est répété plusieurs fois. Ces matériaux ont la réputation d’être légers, souples et stables à température modérée. Il est principalement présent à l’intérieur de la voiture (50% des polymères). Il existe deux sortes de polymères, les thermodurcissables (polymères avec beaucoup de réticulations) et les polymères thermoplastiques. Il faut savoir que ces deux types de matériaux ont des caractéristiques vraiment différentes. Les thermodurcissables polymérisent par une transformation irréversible. C’est l’apport de chaleur qui permet d’obtenir une polymérisation complète. Une fois polymérisés, ils deviennent infusibles et ne peuvent plus être réutilisés. Contrairement aux thermodurcissables, les thermoplastiques ont un cycle de polymérisation rapide (chauffage + refroidissement), une bonne tenue aux chocs et une tenue thermique assez réduite.

4.4.2. Mise en forme des polymères

Pour mettre en forme les polymères, on peut utiliser la méthode d’extrusion-injection. Ce procédé consiste à créer un fondu par chauffage et cisaillement (présence de vis) puis à l’injecter pour obtenir la pièce que l’on veut avec une bonne précision. Les méthodes de moulage par soufflage ou par compression sont également très utilisées.

4.4.3. Recyclage

Les matrices des composites sont à 60% à base de thermodurcissables. Néanmoins, pour l’instant, ces polymères ne sont pas bien recyclés.

Les thermoplastiques quant à eux, occupent une place croissante dans la construction automobile. En conséquence, de nouvelles filières de recyclage se sont développées. Il y a plusieurs valorisations qui existent. On peut les valoriser énergétiquement, par incinération avec récupération d’énergie mais se pose alors le problème des fumées produites. On peut également recycler ces matériaux par broyage, par moulage ou par extrusion. Ils auront ainsi un nouveau cycle de vie.

Cependant, il y a plusieurs freins au recyclage des polymères comme le coût de la matière recyclée à cause de la collecte, du triage et du nettoyage. De plus, les matières recyclées vont souvent être déclassées à cause de la diminution de performance.

4.4.4. Techniques de valorisations pour le futur

Aujourd’hui de nouvelles méthodes de valorisation sont mise en place. Il y a la valorisation chimique avec la dépolymérisation et valorisation des plastiques sales. De plus, nous nous tournons de plus en plus vers les plastiques totalement biodégradables.


4.5. Recyclage d’une voiture, concrètement

Nous allons maintenant voir comment sont recyclées les voiturl’exemple d’un centre de traitement agréé, Derichbourg, près de Niort. 5démontés chaque année. La première étape est l’expertise. Un expert va vérifier touteet celles qui sont considérées en bonune étape obligatoire. Les huiles, liquides et batteries sont retirés et tout sera ensuite rel’industrie chimique. Puis vient le démontage. Les éléments non habiméréutilisés en pièce d’occasion. Le moteur égalede ses vitrages, la voiture passe au broyeur. A ce stade, il reste encore voiture. On a encore du métal, des plastiquesecondes pour avaler une voiture.ensuite sur un tapis roulant où les morceaux de plastique et de caoutchouc sont aspirémétaux sont attirés par des gros aimants. La ferraille est alors triéêtre refondue. Il y a aussi les plastiques utilisés pour refaire des pièces automobiles. Et des métaux comme l’aluminium, le cuivre ou le laiton qui seront transformédes déchets, qui seront retriés dans une autre entreprise de la compagnie. Les résidus sont placésur des tapis ou ils seront broyés et tamide cuivre et un tas de poussièrela décharge.


Recyclage d’une voiture, concrètement

Nous allons maintenant voir comment sont recyclées les voitures. Pour cela, nous allons prendre l’exemple d’un centre de traitement agréé, Derichbourg, près de Niort. 5démontés chaque année. La première étape est l’expertise. Un expert va vérifier toute

en bon état seront revendues. Ensuite la voiture est dépolluée. C’est une étape obligatoire. Les huiles, liquides et batteries sont retirés et tout sera ensuite re

Puis vient le démontage. Les éléments non habiméen pièce d’occasion. Le moteur également est entièrement désossé.

de ses vitrages, la voiture passe au broyeur. A ce stade, il reste encore les deux tiers du poids de la voiture. On a encore du métal, des plastiques, des mousses et des tissus. Un broyeur met 30

pour avaler une voiture. Les morceaux sont ensuite triés. L’ensemble des détritusensuite sur un tapis roulant où les morceaux de plastique et de caoutchouc sont aspiré

s par des gros aimants. La ferraille est alors triée et sera envoyé. Il y a aussi les plastiques utilisés pour refaire des pièces automobiles. Et des métaux

comme l’aluminium, le cuivre ou le laiton qui seront transformés en lingots.des déchets, qui seront retriés dans une autre entreprise de la compagnie. Les résidus sont placé

is ou ils seront broyés et tamisés, pour obtenir de fines billes de plaspoussière qui représente 2% du poids total initial de la voiture et qui finira à

Figure 15 : Cycle de vie d’un véhicule


32

es. Pour cela, nous allons prendre l’exemple d’un centre de traitement agréé, Derichbourg, près de Niort. 5 000 véhicules sont démontés chaque année. La première étape est l’expertise. Un expert va vérifier toutes les pièces

Ensuite la voiture est dépolluée. C’est une étape obligatoire. Les huiles, liquides et batteries sont retirés et tout sera ensuite recyclé par

Puis vient le démontage. Les éléments non habimés sont triés pour être ment est entièrement désossé. Une fois débarrassée

es deux tiers du poids de la s, des mousses et des tissus. Un broyeur met 30

e triés. L’ensemble des détritus passe ensuite sur un tapis roulant où les morceaux de plastique et de caoutchouc sont aspirés, les

et sera envoyée en aciérie pour . Il y a aussi les plastiques utilisés pour refaire des pièces automobiles. Et des métaux

lingots. Il reste donc encore des déchets, qui seront retriés dans une autre entreprise de la compagnie. Les résidus sont placés

sés, pour obtenir de fines billes de plastique, des paillettes qui représente 2% du poids total initial de la voiture et qui finira à


33

4.6. Les matériaux d’avenir

4.6.1. Les composites

Le marché mondial des composites représente 8,6 millions de tonnes de matières (tous produits confondus) réparties de la manière suivante : 36 % Amérique du Nord, 26 % Europe, 38 % Asie, Pacifique et le reste du monde.

4.6.1.1. Présentation

Un composite est un matériau composé de plusieurs composants distincts, non miscibles, et dont l’association confère à l’ensemble du matériau des propriétés qu’aucun des composants considérés ne possède séparément. Il est composé d’une matrice et de renforts. Les plus utilisés ont une matrice organique.

Actuellement, de nombreux matériaux et procédés de transformation sont à la disposition des concepteurs.

Les matrices peuvent être thermoplastiques ou thermodurcissables.

Les matrices des composites sont classiquement des thermodurcissables : ce sont des résines liquides, de faible viscosité, qui durcissent au cours d'un cycle de polymérisation irréversible et qui, de ce fait, sont non recyclables par fusion. Les matrices thermoplastiques prennent de plus en plus d'importance. Elles ont une viscosité élevée et se mettent en œuvre par fusion au cours d'un cycle irréversible. Les fibres de renforcement peuvent être en verre, aramide, carbone, ou fibres végétales.

Ces matériaux présentes de nombreux avantages tels que sa résistance, sa masse volumique, la résistance à l’endommagement, ou le faible coût. De plus, les propriétés des composites peuvent être ajustables en fonction des paramètres de conception.

4.6.1.2. Mise en forme

Selon le type de matrices utilisées, thermoplastiques ou thermodurcissables, les procédés de mise en œuvre sont très variés :

- Injection, le composite fondu est injecté dans un moule, ce qui permet d’obtenir la forme souhaitée.

- Compression, un moule vient aplatir le composite à froid pour remplir le moule et former la pièce.

- Enroulement filamentaire


34

4.6.1.3. Recyclage

Il est difficile de recycler des composites car il faut tout d’abord séparer les différents éléments. Or dans certain cas, par exemple avec de petites particules, c’est quasiment impossible. Cependant, les composites vont être de plus en plus utilisés. La nécessité de résoudre les problèmes du recyclage des composites est donc de plus en plus pressante.

4.6.1.4. L’avenir ?

Les composites pourraient être les matériaux d’avenir dans le sens où leurs propriétés sont très bonnes et qu’ils apportent un gain de poids non négligeable. Néanmoins, la nécessité de résoudre les problèmes du recyclage des composites est de plus en plus pressante avec l'arrivée d'applications de masse. Peu de progrès ont été réalisés ces dernières années, mais la question reste à l'ordre du jour. L'automobile reste créative et investit dans les composites au carbone, mais ce secteur est très sensible à la situation économique. Aujourd'hui, les composites apparaissent de nouveau comme des matériaux d'avenir et la R&D leur insufflent une nouvelle dynamique.

5. Les matériaux verts dans l’automobile

5.1. Introduction

L’industrie du plastique est parmi les plus importantes activités chimiques en termes de quantités et de secteurs d’application. En 2012, la production mondiale du plastique a atteind 280 millions de tonnes, entrainant des problèmes de gestion des déchets. Par ailleurs, l'incertitude quant à la disponibilité des ressources fossiles à long terme et les préoccupations environnementales expliquent la volonté et la nécessité de remplacer les polymères issus du pétrole par des bio-polymères capables de réduire la dépendance en ces combustibles fossiles et d'atténuer les atteintes à l'environnement, notamment en termes d'émissions de dioxyde de carbone.

Le terme bioplastique désigne des matériaux de deux types. Il s'agit d'une part de matières plastiques agrosourcées, issues de ressources renouvelables, telles que le maïs, la patate douce, le blé, la canne à sucre ou l'huile de ricin, et d'autre part de matières plastiques biodégradables, y compris issues de réactions pétrochimiques. Certains matériaux présentent les deux caractéristiques, agrosourcés et biodégradables.

Les matériaux verts utilisés dans l’automobile se regroupent en trois grandes familles : les fibres naturelles (lin, chanvre…) ; les matériaux recyclés non métalliques ; les polymères biosourcés (matériaux non issus de la pétrochimie, mais de ressources renouvelables). Leur utilisation permet de réduire celle des plastiques d’origine fossile pour favoriser l’usage des matières premières d’origine renouvelable, d’alléger certaines pièces, de réduire les émissions de CO2 de la filière de production des plastiques et de favoriser la filière de recyclage des matières plastiques.


35

5.2. L’évolution des matériaux verts dans les voitures

Au cours de l'histoire, de nombreux événements sont venus remettre en cause l'utilisation du plastique dans la fabrication des pièces automobiles. On pense entre autre à la force des syndicats de l’acier en 1930 qui étouffèrent l’initiative d’Henry Ford avec son composite à base de chanvre. Puis la Seconde Guerre mondiale obligea les scientifiques à laisser de côté les recherches sur le plastique pour se concentrer à l’élaboration d’aciers plus résistants. La crise du pétrole des années 80 amena les constructeurs à l’élaboration de composés plastiques moins dépendants du pétrole, la matière première devenue très dispendieuse. Et tout récemment, la popularité des gadgets technologiques et la prolifération des éléments de sécurité augmentèrent le poids des véhicules qu’il fallut compenser en augmentant le nombre de pièces de plastique, plus légers que l’acier. La quantité et la masse de plastique présente sur les voitures a donc énormément évolué de 1930 à aujourd’hui.

Une automobile moyenne est composée de 15 000 pièces dont environ 600 en plastique. On regroupe habituellement toutes ces pièces en trois domaines :

• L’intérieur de l’habitacle, qui consomme environ 46 % des plastiques

• Les pièces extérieures et la carrosserie, qui consomment 29 % des plastiques

• Les pièces de structure et sous le capot, qui consomment environ 25 % des plastiques

Beaucoup de pièces sont en plastique. Les pare-chocs, la calandre, les jupes aérodynamiques, le bouchon de réservoir, les grilles de ventilation, les boucles des ceintures de sécurité, les poignées des portières, le tableau de bord, les vide-poches, les pare-soleil, les appuie-têts, la mousse des sièges et la plupart des tapis. Et sous le capot, on retrouve les canalisations, les durites, le filtre à air, les pales de ventilateur, les courroies et la membrane de la pompe à essence...

Depuis déjà plusieurs années, les fabricants automobiles et leurs fournisseurs travaillent à l'élaboration de plastiques plus environnementaux. Les trois principaux critères étant de sauver du pétrole (de plus en plus cher), de diminuer l'empreinte écologique du processus de transformation (émission de CO2) et d'améliorer l'efficacité du recyclage des pièces suite à leur vie utile. C’est pourquoi les bioplastiques sont et seront de plus en plus présents.

Aujourd’hui tous les constructeurs automobiles se sont lancés dans une course pour remplacer les polymères issus du pétrole. En effet PSA Peugeot Citroen, s’est fixé comme objectif en 2012 d’atteindre 22% de bioplastiques, puis 30% en 2015 pour arriver à un pourcentage maximal de plastiques bio-sourcés dans l’avenir. (Fig. 16).


36

Figure 16 : Pourcentage des plastiques biosourcés dans une voiture de la marque PSA Peugeot Citroën

Toyota quant à elle souhaite remplacer l’actuelle fibre de carbone de la structure par un bioplastique fait à partir d’algues marines sur son modèle « 1/x plug-in hybrid concept ».

Plus originale, la compagnie canadienne Motive Industries a annoncé la mise au point de la Kestrel, une quatre places tout électrique dont la carrosserie sera entièrement faite de fibre de chanvre rendue ininflammable par un traitement spécial.

En plus des bioplastiques, on retrouve sur le marché de l’automobile le polymère bio-sourcé, PMMA, plus communément appelé verre acrylique. Ce polymère développé par Altugas permet de remplacer toute la verrerie dans les automobiles.

5.3. Les polymères bio-sourcés

5.3.1. Présentation des bio-sourcés

Un plastique biosourcé est un plastique dont la source de carbone nécessaire à sa fabrication est en grande partie ou en totalité renouvelable (Huneault, 2011). La norme ASTM 6866 encadre les méthodes d’analyse en contenu renouvelable d’un matériau. Un plastique peut être biodégradable et non biosourcé, comme le polycaprolactone (PCL) ou, au contraire, peut être biosourcé, mais non biodégradable, tel le PE biosourcé (Vuillaume et Vachon, 2011). Les deux notions ne sont pas mutuellement exclusives, un plastique peut être à la fois biodégradable et biosourcé, comme c’est le cas pour l’acide polylactique (PLA).


La biodégradabilité de la plus part des bio polymères est due à la présence dclivables comme les liaisons esters ou amines. Des microorganismes capables de synthétiser des enzymes actives sur le polymère cible, vont initier le processus de fragmentation en cassant ces liaisons faibles et en minéralisant les mprocessus à besoin de facteurs environnementaux spécifiques comme la température, l’humidité, les sels minéraux et l’oxygène.

Figure

Cependant, pour qu’un plastique soit qualifié13432 :2000. Plus précisément, après 6 mois de test dans un milieu naturelsol), la masse de départ du matériau doit être dégradée biodégradabilité ne doit pas présenter d’effets écotoxiques sur le milieu.

La dégradation ne doit pas être confondue avec la fragmentation, qui consiste en un mécanisme par lequel le plastique est fragmenté en plusieurs résidus très fins, mais non assmicroorganismes. Il s’agit alors d’oxo dégradation.

Les plastiques biosourcés peuvent être classés en trois catégories: (1) ceux provenant directement du détournement de ressources agricoles, (2) ceux provenant de microorganismes qui lesaccumulés dans des vacuoles ou les rejettent, et (3) ceux provenant des biotechnologies et obtenus par synthèse classique (Lunt, 201constituants. Les schémas généralement utilisés dans la littérature splastiques biosourcés sont similaires à celuibiosourcés, mais plutôt les polymères biodégradables. Ainsi, la dernière catégorie (From petrochemical products), n’est pas constbiosourcés non biodégradables pourraient être ajoutés à ce schéma, comme les thermoplastiques classiques tels que le PE, le PP, le PVC et le PET. Néanmoins, ce schéma présente les plastiques biosourcés phares.


La biodégradabilité de la plus part des bio polymères est due à la présence dclivables comme les liaisons esters ou amines. Des microorganismes capables de synthétiser des enzymes actives sur le polymère cible, vont initier le processus de fragmentation en cassant ces liaisons faibles et en minéralisant les monomères et oligomères formés (Fig. processus à besoin de facteurs environnementaux spécifiques comme la température, l’humidité, les sels minéraux et l’oxygène.

Figure 17: Les différentes étapes de la biodégradabilité

u’un plastique soit qualifié de biodégradable il doit suivre la norme EN :2000. Plus précisément, après 6 mois de test dans un milieu naturel

masse de départ du matériau doit être dégradée à 90%. De plus, le résultat dbiodégradabilité ne doit pas présenter d’effets écotoxiques sur le milieu.

La dégradation ne doit pas être confondue avec la fragmentation, qui consiste en un mécanisme par lequel le plastique est fragmenté en plusieurs résidus très fins, mais non assmicroorganismes. Il s’agit alors d’oxo dégradation.

Les plastiques biosourcés peuvent être classés en trois catégories: (1) ceux provenant directement du détournement de ressources agricoles, (2) ceux provenant de microorganismes qui lesaccumulés dans des vacuoles ou les rejettent, et (3) ceux provenant des biotechnologies et obtenus par synthèse classique (Lunt, 2010). La figure 18 illustre ces catégories et leurs constituants. Les schémas généralement utilisés dans la littérature scientifique pour catégoriser les plastiques biosourcés sont similaires à celui-ci, ne catégorisant pas seulement les polymères biosourcés, mais plutôt les polymères biodégradables. Ainsi, la dernière catégorie (From petrochemical products), n’est pas constituée de plastiques biosourcés. D’autres plastiques biosourcés non biodégradables pourraient être ajoutés à ce schéma, comme les thermoplastiques

le PE, le PP, le PVC et le PET. Néanmoins, ce schéma présente les plastiques


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La biodégradabilité de la plus part des bio polymères est due à la présence de liaisons facilement clivables comme les liaisons esters ou amines. Des microorganismes capables de synthétiser des enzymes actives sur le polymère cible, vont initier le processus de fragmentation en cassant ces

(Fig. 17). Tout fois ce processus à besoin de facteurs environnementaux spécifiques comme la température, l’humidité,

de biodégradable il doit suivre la norme EN (eau douce, eau salée,

90%. De plus, le résultat de la

La dégradation ne doit pas être confondue avec la fragmentation, qui consiste en un mécanisme par lequel le plastique est fragmenté en plusieurs résidus très fins, mais non assimilables par les

Les plastiques biosourcés peuvent être classés en trois catégories: (1) ceux provenant directement du détournement de ressources agricoles, (2) ceux provenant de microorganismes qui les ont accumulés dans des vacuoles ou les rejettent, et (3) ceux provenant des biotechnologies et

illustre ces catégories et leurs cientifique pour catégoriser les

ci, ne catégorisant pas seulement les polymères biosourcés, mais plutôt les polymères biodégradables. Ainsi, la dernière catégorie (From

ituée de plastiques biosourcés. D’autres plastiques biosourcés non biodégradables pourraient être ajoutés à ce schéma, comme les thermoplastiques

le PE, le PP, le PVC et le PET. Néanmoins, ce schéma présente les plastiques


Figure 16

Le secteur automobile, envisage dans le matières fossiles. En effet dans une voiture, on retrouve les poldétournement de ressources agricoles (biodégradables tel que le PP.

5.4. PolyPropylène (PP)

5.4.1. Présentation du PP

En mars 1954, Giulio Natta et Paolo Chini à Milan etHoechst observent la polymériIvan Robinson, travaillant à la DuPont, préKarl Ziegler et Heinz Martin à Mülheim/Ruhr. Les pro(Montecatini) et en 1958 en Allemagne (Hoechst). La saga du polysystèmes découverts par Ziegler et Natta leur ont valu l’att1963.


16 : Les différentes catégories de plastique biosourcé

Le secteur automobile, envisage dans le futur un remplacement total de cmatières fossiles. En effet dans une voiture, on retrouve les polymères provenant du

ement de ressources agricoles (les fibres naturelles) et les polymères biosourcés non

PolyPropylène (PP)- le polymère biosourcé

Présentation du PP

En mars 1954, Giulio Natta et Paolo Chini à Milan et Karl Rehn de la société Hoechst à Francfortrisation stéréorégulière du propylène ; en mai, Arthur Anderson et

vaillant à la DuPont, préparent également le polypropylène, suivis en juin par Ziegler et Heinz Martin à Mülheim/Ruhr. Les procédés industriels démar

(Montecatini) et en 1958 en Allemagne (Hoechst). La saga du polypropylène comverts par Ziegler et Natta leur ont valu l’attribution du Prix Nobel de Chimie en

Figure 19 : Représentation du PP


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futur un remplacement total de ces plastiques issus des ymères provenant du

les fibres naturelles) et les polymères biosourcés non

Karl Rehn de la société Hoechst à Francfort-; en mai, Arthur Anderson et

lène, suivis en juin par triels démarrent en 1957 en Italie

lène commence… et les ribution du Prix Nobel de Chimie en


39

La première famille de catalyseurs « Ziegler-Natta » (Z-N) fournit un polypropylène caractérisé par une haute résistance mécanique, une inertie à l’agression chimique et des températures d’utilisa-tion supérieures à 100° C. Ce polymère est isotactique, car la chaîne constituée d’enchainements « tête-queue » d’unités CH3CH=CH2 présente tous les groupes méthyle placés du même côté du squelette carboné, conduisant ainsi à la formation d’une hélice. L’empilement de ces hélices forme des cristaux de polypropylène qui donnent au polymère une grande rigidité à la flexion, caractéris-tique à la base de la plupart de ses propriétés.

La quatrième génération de catalyseurs, découverte dans les années 80 par Walter Kaminsky et Hansjörg Sinn, est à base de métallocènes et de méthylaluminoxane (MAO), produit de la réaction ménagée de l’eau sur le triméthylaluminium (Al(CH3)3), et fonctionnent en milieu homogène. Ils permettent d’obtenir une isotacticité de 99 % avec une productivité d’environ 100 fois supérieure à celle des meilleurs catalyseurs Ziegler-Natta. L’emploi de ligands spécifiques associé au titane (ou encore mieux au zirconium, son homologue dans le tableau périodique) permet de réguler fine-ment la tacticité du polypropylène. En fonction de leur symétrie, le polypropylène isotactique (axe de symétrie d’ordre 2 : C2) ou syndiotactique (pas d’axe de symétrie) est spécifiquement formé.

Le polypropylène présente de nombreux avantages : il est bon marché, alimentaire (inodore et non toxique), indéchirable, très résistant à la fatigue et à la flexion, très peu dense, chimiquement inerte, stérilisable et recyclable. C'est de plus un excellent isolant électrique, qui est une alternative à l'utilisation du PVC pour la fabrication de câbles à faible fumée.

Par contre, il est fragile à basse température (car sa température de transition vitreuse (Tv) est proche de la température ambiante), sensible aux UV, moins résistant à l'oxydation que le polyéthylène et difficile à coller.

On trouve beaucoup de pièces moulées en polypropylène pour la construction automobile, notam-ment les pare-chocs, les tableaux de bord, l’habillage de l’habitacle et les réservoirs d’essence et de liquide de frein, sans parler d’éléments de carrosserie.

5.4.2. Synthèse du PP

Le PP est dit polymère bio-sourcé car les réactifs de départ sont d’origines végétales. En effet la première étape de synthèse du PP est la transformation de l’amidon par gélifraction et plastification afin d’obtenir les molécules (éthylène, but-1ol, but-2-ol) clefs de cette synthèse.

La métathèse (Fig. 20) est une réaction clef de l’industrie chimique car elle intervient à la fois dans la chimie de base, la chimie fine et celle des polymères. Elle est utilisée pour la synthèse du propylène.

Figure 20: Métathèse du propylène


Le métallocène du titane, ou titanocène, n'est pas capable de polymériser seul, puisque c'est un composé stable. Pour le déstabiliser, c'estélectroniques, on utilise un activateur. Par analogie avec les systèmes catalytiques dérivés du chlorure de titane, qui servent pour la polymérisation industrielle de l'éthylène, on a tout d'abord associé au titanocène un composé organométallique comme le triéthylaluminium. Celui-ci polymérise alors l'éthylène, mais si lentemune chaîne de 100 unités. Un tel comportement est intéressant pour les études de laboratoire, car il laisse le temps de l'observation, mais devient inacceptable pour les applications industrielles. Walter Kaminsky et Hansjörg Sinn ont découvert, à la fin des années 1970, que si l'on utilisait comme activateur le méthylaluminoxane (MAO),avec l'eau, on multipliait la vitesse de polymérisation de l'éthylène d'un factmillion. Dans ce contexte, chaquechaînes par heure. En passant au zirconium, métal qui se trouve sous le titane dans la classification périodique des éléments, on gagne encore uncomplexe, on peut ainsi produire 1

5.5. Les Fibres naturelles dans l’automobile

5.5.1. Présentation des fibres végétales

Les fibres végétales sont utilisétraditionnel datant de 2000 ans av. JAujourd’hui, on appelle composite tout assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles, mais pouvant se combiner. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas et acquière des propriétés plus intéressantes d’un point de vue mécanique. Le matériau ajouté est appelé est appelé, souvent sous forme de fibrenfort, tandis que le matériau présent en plus grande quantité et qui assure la cohésion dans la la structure est appelé la matrice.


titane, ou titanocène, n'est pas capable de polymériser seul, puisque c'est un composé stable. Pour le déstabiliser, c'est-à-dire modifier ses liaisons et ses propriétés électroniques, on utilise un activateur. Par analogie avec les systèmes catalytiques dérivés du chlorure de titane, qui servent pour la polymérisation industrielle de l'éthylène, on a tout d'abord associé au titanocène un composé organométallique comme le triéthylaluminium.

ci polymérise alors l'éthylène, mais si lentement qu'il faut plusieurs heures pour construire une chaîne de 100 unités. Un tel comportement est intéressant pour les études de laboratoire, car il laisse le temps de l'observation, mais devient inacceptable pour les applications industrielles.

insky et Hansjörg Sinn ont découvert, à la fin des années 1970, que si l'on utilisait comme activateur le méthylaluminoxane (MAO), produit de condensation du triméthylaluminium avec l'eau, on multipliait la vitesse de polymérisation de l'éthylène d'un factmillion. Dans ce contexte, chaque molécule de titanocène peut produire plusieurs milliers de chaînes par heure. En passant au zirconium, métal qui se trouve sous le titane dans la classification périodique des éléments, on gagne encore un ordre de grandeur au moins. Avec 1complexe, on peut ainsi produire 1 tonne de polymères en une heure.

Figure 21 : schema de synthese

Les Fibres naturelles dans l’automobile

Présentation des fibres végétales

Les fibres végétales sont utilisées depuis toujours par l’Homme. En effet, on a retrouvé un arc traditionnel datant de 2000 ans av. J-C, un des tous premiers composites faits par l’homme. Aujourd’hui, on appelle composite tout assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles, mais

t se combiner. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas et acquière des propriétés plus intéressantes d’un point de vue mécanique. Le matériau ajouté est appelé est appelé, souvent sous forme de fibrenfort, tandis que le matériau présent en plus grande quantité et qui assure la cohésion dans la la structure est appelé la matrice.


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titane, ou titanocène, n'est pas capable de polymériser seul, puisque c'est un dire modifier ses liaisons et ses propriétés

électroniques, on utilise un activateur. Par analogie avec les systèmes catalytiques Ziegler-Natta dérivés du chlorure de titane, qui servent pour la polymérisation industrielle de l'éthylène, on a tout d'abord associé au titanocène un composé organométallique comme le triéthylaluminium.

ent qu'il faut plusieurs heures pour construire une chaîne de 100 unités. Un tel comportement est intéressant pour les études de laboratoire, car il laisse le temps de l'observation, mais devient inacceptable pour les applications industrielles.

insky et Hansjörg Sinn ont découvert, à la fin des années 1970, que si l'on utilisait produit de condensation du triméthylaluminium

avec l'eau, on multipliait la vitesse de polymérisation de l'éthylène d'un facteur de l'ordre du de titanocène peut produire plusieurs milliers de

chaînes par heure. En passant au zirconium, métal qui se trouve sous le titane dans la classification ordre de grandeur au moins. Avec 1 gramme de

s depuis toujours par l’Homme. En effet, on a retrouvé un arc C, un des tous premiers composites faits par l’homme.

Aujourd’hui, on appelle composite tout assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles, mais t se combiner. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les

éléments seuls ne possèdent pas et acquière des propriétés plus intéressantes d’un point de vue mécanique. Le matériau ajouté est appelé est appelé, souvent sous forme de fibre, est appelé le renfort, tandis que le matériau présent en plus grande quantité et qui assure la cohésion dans la la


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Les composites à renforts biosourcés, tels que définis ci-avant, ont représenté en Europe, en 2010, un volume de 362 kT, ce qui constitue environ 15% du total de la production des composites estimée à 2,5 millions de tonnes. Ce pourcentage devrait atteindre environ 30% en 2020 sur un volume total de composites de l’ordre de 3,2 million de tonnes, la nouvelle tendance étant de remplacer la matrice pétro-sourcée par des quantités de plus en plus importantes de polymères bio-sourcés de manière à tendre ver un composite « 100% bio-sourcé ».

5.5.2. Comparaison entre les fibres naturelles et les fibres artificielles

Les fibres naturelles, étant des biopolymères biosourcés et biodégradables, ont une très grande gamme de propriétés spécifique à chaque espèce (Fig. 22). Elles se défendent très bien et peuvent même rivaliser avec les fibres artificielles.

Fibre

Masse Volumique

Module de traction

Module Young Elongation

(g/cm3) (MPa) (Gpa) (%)

Fibre Lin 1,5-3 45-1100 27,6 2,7-3,2 naturelle chanvre 690 1,6

coton 1,5-1,6 287-800 5,5-12,6 7,1-8

Fibre fibre de verre 2,5 2000-3500 70 2,5

artificielle fibre de carbone

1,7 4000 230-240 1,4-1,8

Figure 22: Caractéristique de différentes fibres naturelles et artificielles

Fibre Naturelle Fibre artificielle

Masse volumique Faible

le double des fibres naturelles

Coût Faible faible mais plus élevé

Renuvelabilité Oui non

Recyclabilité oui non

Dépense énergétique

faible élevé

Distribution large large

Carbone-neutre oui non

Abrasion machine non oui

Risque à la santé non oui

Figure 23 : Comparatif des fibres naturelles et artificielles


42

En résumé, les fibres naturelles sont moins néfastes pour l’environnement (cf Fig. 23). D’un point de vue, purement mécanique, les fibres artificielles sont presque toujours supérieures aux autres fibres. Toutefois, l’aspect environnemental n’est pas négligeable. En effet les fibres naturelles ont généralement un bilan net de CO2 moins important que les fibres artificielles. Elles consomment moins d’énergie, sont biodégradables et endommagent moins les appareils de mise en forme que les fibres de verre et de carbone. Enfin, les fibres naturelles sont habituellement moins denses que les fibres artificielles. Ce facteur est la raison de l’utilisation des fibres naturelles dans l’automobile. En effet, la réduction du poids signifie une réduction de coût énergétique, donc une économie d’argent.

La loi sortie en 2015, qui obligent toutes les nouvelles voitures commercialisées en Europe d’être recyclables à 95 %, a tourné les constructeurs automobiles vers le développement et l’utilisation des fibres naturelles (essentiellement lin et chanvre). Aujourd’hui on les retrouve dans de nombreux accessoires de voitures : Passage de roues, garniture latérale de coffre, coque arrière de siège avant, tablette arrière ,planche de bord, médaillon de portière, platine de rétroviseur ,coiffe bouchon de dégazage réservoir liquide de refroidissement, coulisses et lécheurs, carrosserie .

Toutefois, il reste encore beaucoup d’inconvénients concernant l’utilisation des fibres végétales. Tout d’abord les problèmes d’adhésion fibres/matrices. Des comptabilisants sont le plus souvent nécessaires tenant compte de la nature hydrophile des fibres et, la plupart du temps, hydrophobe du polymère. Deuxièmement, les fibres naturelles ont une densité apparente faible et donc s'écoulent difficilement dans la trémie d’alimentation des machines de mise en œuvre, ce qui nécessite une pré-granulation, quand c’est possible. Enfin, des problèmes liés au processus de dégradation des fibres végétales dégagent des odeurs qui dépendent de leur nature et de leur mode de préparation ainsi que de la température de mise en œuvre. Ces problèmes ont été surmontés sur les fibres naturelles les plus utilisées comme le coton, le lin ou le chanvre mais il reste encore beaucoup de fibres naturelles avec des propriétés mécaniques intéressantes qui doivent trouver des solutions à ses divers obstacles.


43

5.6. Conclusion

Les biopolymères constituent une bonne alternative en vue de remplacer les plastiques conventionnels par des matériaux capables de se dégrader après leur utilisation sans aboutir à une augmentation de la teneur en CO2 atmosphérique. Le gaz carbonique et l’eau issus de la dégradation de ces biopolymères réintègrent le cycle biologique où ils contribuent à reformer de nouvelles molécules. L’intérêt accordé à ces ressources dites renouvelables est d’autant plus important que les réserves d’énergie fossile (pétrole et gaz naturel) s’épuisent inexorablement. Evidemment, il n’est pas question de remplacer tous les produits pétrochimiques, mais l’utilisation de produits dérivés de l’agrochimie contribuera à prolonger l’existence des ressources fossiles pour les générations à venir, en accord avec le développement durable. La quantité de biomatériaux sur le marché des polymères ne va cesser de s’accroître. Ainsi, en l’an 2000, 2 % de biomatériaux polymères ont été répertoriés. Les perspectives prévoient que ce pourcentage grimpera à 10 et 50 % en l’an 2020 et 2050, respectivement.

A l'heure actuelle, chaque voiture contient environ 20% de plastique c’est-à-dire 150 à 200 kg de plastique. Le changement des plastiques d’origine fossile en bioplastique est un véritable enjeu pour l’avenir des automobiles. En effet leur utilisation permet de réduire celle des plastiques d’origine fossile pour favoriser l’usage des matières premières d’origine renouvelable, d’alléger certaines pièces, de réduire les émissions de CO2 de la filière de production des plastiques et de favoriser la filière de recyclage des matières plastiques. Sans oublier, l’aspect marketing, un véritable atout dont la clientèle est de plus en plus sensible.

Les constructeurs automobiles redoublent d’imagination, pour être à la pointe sur les matériaux verts dans les voitures. Par exemple, le constructeur automobile américain Ford et le fabricant de ketchup, Heinz, ont décidé de travailler ensemble pour mettre au point un bioplastique à partir des rebuts de tomates. Ce dernier servirait pour la production de petites pièces automobiles. Les deux firmes américaines tentent donc de développer une technologie permettant d’utiliser des fibres de tomates séchées afin de fabriquer un bioplastique durable. Il pourrait servir à la fabrication de petites pièces automobiles, comme des supports de câblage ou les petits espaces de rangement comme les vide-poches.


44

6. Les batteries pour les voitures électriques

6.1. Qu’est ce qu’une batterie ?

Les batteries (ou accumulateurs) et les piles sont des systèmes électrochimiques, qui stockent de l'énergie sous forme chimique et la restitue sous forme électrique. Contrairement aux piles, les batteries sont rechargeables et peuvent être rechargées plusieurs centaines voire milliers de fois.

6.1.1. Composition

Le courant est produit par la circulation d'électrons entre 2 plaques ou électrodes :

- une électrode positive composée d'un corps oxydant, capable d'attirer des électrons - une électrode négative composée d'un corps réducteur, capable de céder des électrons.

L’électrolyte, qui est l’élément (liquide ou solide) conducteur de la batterie, permet le passage des ions et des électrons entre ces deux pôles. Ainsi, l'électrolyte a pour fonction d'assurer la conduction ionique et, plus généralement, de participer à la réaction chimique.

Lorsque l’électrolyte est liquide, on ajoute un isolant poreux (ou séparateur) permettant de séparer les deux plaques tout en autorisant le passage des ions.

6.1.2. Fonctionnement

Phase de décharge

Lorsque l’on utilise la batterie pour fournir du courant, les électrons migrent de l’anode vers la cathode (Fig. 24). La réaction électrochimique engendre le déplacement des électrons au travers du récepteur, créant ainsi le courant. Lorsque les deux plaques possèdent le même nombre d'électrons, la batterie cesse alors de fournir du courant.

Phase de charge

Le procédé est l'inverse de la décharge : pendant la charge, la batterie est réceptrice du courant fourni par le secteur et les électrons migrent de la cathode vers l’anode.


Figure

6.1.3. Quelques définitions

Un accumulateur ou batterie est défini par trois principales grandeurs

- Sa densité d'énergie massique (ou volumique), (en Wh/kg ou Wh/l)quantité d'énergie stockée par unité de masse (ou de volume) et permet de quantifier l’autonomie de la batterie.

- Sa densité de puissance massique (W/kg)fournie par unité de temps) pouvant être délivrée par unité de masse. Cette grandeur permet de quantifier l’accélération/rapidité de la batterie.

- Sa cyclabilité (nombre de cycles)dire le nombre de fois où il peut restituer le même niveau d'énergie après chaque nouvelle recharge.

6.1.4. Effet mémoire

L'effet mémoire est un phénomène physicoelles ne sont pas complètement déchargée

La batterie retient le cycle de chargement habituel de l’utilisateur (surtout s’il n’est pas complet) et n’exploite plus l’énergie restante en réserve à chaque chargement, bien qu’elle soit toujours disponible.


Figure 24: fonctionnement d'un accumulateur

Quelques définitions

Un accumulateur ou batterie est défini par trois principales grandeurs :

densité d'énergie massique (ou volumique), (en Wh/kg ou Wh/l)quantité d'énergie stockée par unité de masse (ou de volume) et permet de quantifier l’autonomie de la batterie.

Sa densité de puissance massique (W/kg) : Représente la puissance (énergie électrique fournie par unité de temps) pouvant être délivrée par unité de masse. Cette grandeur permet de quantifier l’accélération/rapidité de la batterie.

Sa cyclabilité (nombre de cycles) : Caractérise la durée de vie de l'accumulateur, cdire le nombre de fois où il peut restituer le même niveau d'énergie après chaque nouvelle

Effet mémoire

est un phénomène physico-chimique affectant les performances deselles ne sont pas complètement déchargées avant d’être rechargées.

La batterie retient le cycle de chargement habituel de l’utilisateur (surtout s’il n’est pas complet) et n’exploite plus l’énergie restante en réserve à chaque chargement, bien qu’elle soit toujours


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densité d'énergie massique (ou volumique), (en Wh/kg ou Wh/l) : Correspond à la quantité d'énergie stockée par unité de masse (ou de volume) et permet de quantifier

ance (énergie électrique fournie par unité de temps) pouvant être délivrée par unité de masse. Cette grandeur

: Caractérise la durée de vie de l'accumulateur, c'est-à-dire le nombre de fois où il peut restituer le même niveau d'énergie après chaque nouvelle

chimique affectant les performances des batteries si

La batterie retient le cycle de chargement habituel de l’utilisateur (surtout s’il n’est pas complet) et n’exploite plus l’énergie restante en réserve à chaque chargement, bien qu’elle soit toujours


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6.1.5. Les principales familles de batteries

Il existe actuellement 4 grandes familles de batteries utilisées dans les véhicules électriques :

- Les batteries Plomb (Pb, VRLA …) - Les batteries Alcalines/Nickel (NiCd, NiMH, NiFe) - Les batteries Sodium (Zebra Na-NiCl2) - Les batteries Lithium (Li ion, Li polymère, Li Métal)

6.2. Batteries qui sont actuellement utilisées dans les VE

Il existe différents types de batteries. Si leur fonctionnement est similaire, les matériaux utilisés réagissent différemment et ont donc des performances différentes.

6.2.1. Batteries au plomb

Fonctionnement

Une batterie dite au plomb (ou plomb/acide) est une batterie qui utilise des électrodes formées d'une grille en alliage de plomb, dont les alvéoles sont remplies d'une pâte poreuse :

- de peroxyde de plomb PbO2 pour l'électrode positive

- de plomb métallique Pb pour l'électrode négative

Les électrodes baignent dans un électrolyte, solution diluée d'acide sulfurique H2SO4, sous forme liquide, sous forme de gel ou absorbée dans des feutres en fibre de verre.

Lors de la décharge

Les deux polarités se sulfatent et des cristaux de sulfate de plomb apparaissent. L'électrolyte est consommé et les ions SO4

2- vont sur les électrodes. L'oxygène libéré par l'électrode positive s'unit aux ions H+ en solution pour former de l'eau selon les réactions suivantes :

Oxydation à l'anode (borne -) : Pb Pb2+ + 2e-

Réduction à la cathode (borne +) : PbO2 + 4H+ + 2e- Pb2+ + 2H2O

Sulfatation des électrodes : 2Pb2+ + 2SO42- 2PbSO4

Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2H2O + 2PbSO4


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Batteries VRLA

Les batteries initialement développées étaient ouvertes et possédaient un électrolyte liquide qu’il était nécessaire de compléter régulièrement avec de l’eau déminéralisée pour éviter de dégrader la batterie.

Pour répondre à la demande des consommateurs et à leur sécurité, des batteries scellées à recombinaison de gaz, VRLA (valve regulated lead acid), ont été créées. L’oxygène produit à l’électrode positive est ainsi amené vers l’électrode négative où il peut à nouveau réagir et former de l’eau. Les risques d'inflammation ou de fuite d’acide sont ainsi quasiment éliminés.

Caractéristiques

Tension nominale : 2,1 V Nombre de cycles : 400 à 600 Température d’utilisation : -20 à +60°C Auto-décharge : 4 à 6% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 30 à 50 Wh/Kg Temps de charge : 6 à 12h Rendement énergétique : 70 – 75% Prix moyen en kWh : 110 euros

Avantages

• Simple à produire

• Faible coût car le plomb est un métal commun (les moins chers du marché)

• Permet d’alimenter des moteurs puissants (courant de forte puissance)

Inconvénients

• Le poids

• La durée de vie limitée (autour de 600 cycles)

• Autonomie faible (car densité énergétique faible)

• Le plomb est toxique et polluant même s’il se recycle plutôt facilement

Véhicules/entreprises l’utilisant

Cette technologie est très répandue dans la "petite" mobilité : les batteries au plomb équipent des petits véhicules électriques particuliers et utilitaires (GEM, Maranello, Deficar…).

6.2.2. Batteries alkalines

6.2.2.1. Les batteries Nickel-cadmium (Ni-Cd)

Fonctionnement

Les batteries Ni-Cd utilisent une anode formée d’hydroxyde de nickel Ni(OH)2 et d’une cathode formée de cadmium et baignant dans un électrolyte d’hydroxyde de potassium.


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Oxydation à l'anode (borne -) : Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e-

Réduction à la cathode (borne +) : NiO(OH) + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-

Cd + 2NiO(OH) + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

Caractéristiques

Tension nominale : 1,2 V Nombre de cycles : 800 à 1500 Température d’utilisation : -40 à +60°C Auto-décharge : 20% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 50 à 80 Wh/Kg Temps de charge : 1h Rendement énergétique : 70 – 90% Prix moyen en kWh : 600 euros

Avantages

• Charge simple et rapide, même après une longue période de stockage, et notamment à froid. • Grande durée de vie en nombre de cycles de charge et de décharge à condition de vider

complètement la batterie • Peuvent être inutilisées pendant plusieurs mois ou années, à condition d’être complètement

déchargées (contrairement aux batteries au Lithium) • Conserve ses performances à basse température et ne vieillit pas prématurément à haute

température. • Résistance interne très faible.

Inconvénients

• Faible densité énergétique • Auto-décharge assez rapide (20 % / mois). • Sensibles à l'effet mémoire • Contient des substances dangereuses (6 % de Cd) ce qui implique qu'elles doivent être

collectées en fin de vie pour recyclage, le cadmium est très polluant et difficile à recycler • Coût d'achat élevé (prix du cadmium à l’époque) • Potasse hautement corrosive • N’aiment pas le biberonnage (les charger alors qu’elles sont encore pleines), ceci peut

temporairement leur faire perdre de la capacité • Ne doivent jamais rester plus de 5 heures chargées à bloc pour éviter le phénomène de

métallisation qui provoque une migration de cadmium dans les séparateurs et augmente le risque de court-circuit


Les utilitaires (Peugeot Partner, Citroën Berlingo, Renault Express et Kangoo 1), voitures (Citroën AX et Saxo, Renault Clio, Peugeot 106) et scooters (Peugeot Scoot’Elec) électriques des années 1995 à 2005 furent équipés de batteries NiCd fabriquées en France uniquement par l’équipementier Saft.


49

Perspectives d’avenir

La vente des batteries NiCd neuves est interdite auprès des particuliers par la directive européenne 2002/95/CE. Elles sont néanmoins toujours utilisées comme batteries de secours, notamment dans les trains et avions, en raison de leur grande fiabilité pour cet usage.

6.2.2.2. Les batteries Nickel métal-hydrure (Ni-Mh)

Fonctionnement

Les batteries Ni-Mh sont similaires aux batteries Ni-Cd. Elles utilisent une anode formée d’hydroxyde de nickel Ni(OH)2 et d’une cathode formée d’un alliage métallique baignant dans un électrolyte d’hydroxyde de potassium. Le « M » de « NiMH » représente un alliage de métaux de type AB5 (A = lanthane, cérium, praséodyme, néodyme ; B = nickel, cobalt, manganèse, aluminium) dont le potentiel standard E° est proche de -0,8V. Il a pris la place du composé cadmium des batteries NiCd, interdit à la vente au grand public en juillet 2006.


Oxydation à l'anode (borne -) : MH + 2OH- H2O+ M + 2e-


Cd + 2NiO(OH) + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

Caractéristiques

Tension nominale : 1,2 V Nombre de cycles : 300 à 500 Température d’utilisation : -20 à +60°C Auto-décharge : 30% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 60 à 120 Wh/Kg Temps de charge : 2 à 4h Rendement énergétique : 70% Prix moyen en kWh : 610 euros

Avantages

• Adaptées à l’utilisation en biberonnage (les charger alors qu’elles sont encore pleines)

• Ne perdent pas de cycle lors de légères décharges

• Ne contiennent pas d’élément très polluant

• Supportent bien les forts courants de charge et de décharge

• Beaucoup plus sûres en cas de surchauffe

• Insensibles à l'effet mémoire


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Inconvénients

• Les métaux utilisés en remplacement du lithium sont plus couteux

• Durée de vie limitée

• Ne supportent pas d’être surchargées au risque de les altérées

• Se déchargent rapidement même quand elles ne sont pas utilisées (auto-décharge)


Divers véhicules hybrides furent ensuite équipés de batteries NiMH, du vélo assisté à la voiture hybride, en passant par le scooter. La Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid et la Honda Civic Hybrid furent ainsi équipée d’une batterie Ni-Mh et d’un moteur à combustion.

En revanche, les batteries NiMH n’ont que très peu envahi le monde des voitures électriques quasiment monopolisé par celles au lithium et possédant un nombre de cycle recharge/décharge plus élevé. Elles furent néanmoins intégrées aux General Motors EV1, Honda EV Plus et Ford Ranger EV.

6.2.2.3. Batteries Nickel-fer (Ni-Fe)

Fonctionnement

Les batteries Ni-Cd utilisent une anode formée d’hydroxyde de nickel Ni(OH)2 et d’une cathode formée de cadmium et baignent dans un électrolyte d’hydroxyde de potassium.


Oxydation à l'anode (borne -) : Fe + 2OH- Fe(OH)2 + 2e-


Fe + 2NiO(OH) + 2H2O Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2

Caractéristiques

Tension nominale : 1,2 V Nombre de cycles : 800 à 1000 Température d’utilisation : -20 à +60°C Auto-décharge : 40% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 20 à 60 Wh/Kg


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Avantages

• Peu onéreuses

• Durée de vie de plusieurs dizaines d’années

• Recyclables quasiment en intégralité.

• N’utilisent aucun métal polluant (ni plomb, ni cadmium, ni lithium)

• Fonctionnent par tous les temps, ne gèlent pas

• Acceptent sans effet les décharges profondes

• Résistent à la surcharge

• Ne demandent qu’une légère maintenance pour préserver leur durée de vie (changer l’électrolyte)

Inconvénients

• Possèdent une relativement faible puissance (20-60Wh/kg) qu’elles ont du mal à mobiliser

• Important phénomène d’autodécharge, de l'ordre de 40% par mois, et une dégradation partielle qui se produit au bout de 800 cycles environ. Elles perdent ainsi 20% de leur capacité.

• Risques d'explosions dus au dégagement de dihydrogène créé par des réactions parasites.

Perspectives d’avenir

Malgré cela, une équipe de chercheurs de l'Université de Stanford aux Etats-Unis pense pouvoir s’appuyer sur le graphène et les nanotubes pour obtenir des accumulateurs NiFe très rapides. Dans une voiture électrique ou hybride, ils pourraient prendre le rôle des condensateurs, récupérant l’énergie cinétique des freinages brusques pour ensuite assister les puissantes accélérations.

6.2.3. Batteries zebra (sodium-chlorure de nickel)

A l’origine breveté en 1975 par John J. Werth, de l’équipementier ESB Incorporated, l'accumulateur dichloronickel de sodium fut finalement développé dix ans plus tard par une équipe dirigée par le docteur Johan Coertzer du Council for scientific and industrial research de Pretoria (Afrique du Sud). L’instrument de réserve prit alors le nom de Zebra (Zeolite battery research africa project).

Fonctionnement

Les batteries Ni-Cd utilisent une anode composée de sodium liquide et solideet d’une cathode constituée de Ni solide. Juxtaposé à ce solide, on a un mélange de chlorure de nickel NiCl2, de chlorure de sodium NaCl, et de nickel. Les deux électrodes sont séparées par un électrolyte liquide, du tétrachloroaluminate de sodium fondu NaAlCl4, dont la température de fusion est de 157°C. L’ensemble est confiné dans un électrolyte solide en céramique (un tube de β-alumine).


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Oxydation à l'anode (borne -) : 2Na 2Na+ + 2e-

Réduction à la cathode (borne +) : NiCl2 + 2e- Ni + 2Cl-

2Na + NiCl2 Ni + NaCl

Caractéristiques

Tension nominale : 2,6 V Nombre de cycles : 800 Température d’utilisation : 270 à 350°C Auto-décharge : 12% par jours Densité d’énergie (en pratique) : 120 Wh/Kg

Avantages

• Prix relativement faible

• Ne nécessite aucune maintenance particulière

• Aucun risque d’explosion n’est à craindre

Inconvénients

Les batteries Zebra ne supportent pas la charge rapide.

Bien isolées des conditions extérieures, les batteries Zebra doivent toujours être maintenues à une température de 270 à 350°C nécessaire à leur bon fonctionnement.

Lorsqu’elles sont branchées sur le secteur, ce n’est pas un problème mais loin d’une prise, elles perdent 12% par jour (autodécharge) d’énergie rien que pour maintenir la chaleur. En cas d’oubli, l’électrolyte principal se solidifie et il faut alors plusieurs jours de charge pour retrouver la bonne plage thermique. Il y a encore quelques années, trois ou quatre incidents de ce genre signifiaient la mort de la batterie.

En général, un véhicule équipé d’une batterie Zebra doit rester branché en cas d’immobilisation de plusieurs jours.


Depuis 2004, la société Suisse MES-DEA commercialise des Renault Twingo Quickschift Elettrica équipées de batteries Zebra. Avec une autonomie de 130 km et une vitesse maximum limitée électroniquement à 120 km/h. La première génération de Smart Fortwo électriques, testée à Londres (Grande-Bretagne) en 2007, disposait aussi de batteries Zebra. En 2010, le constructeur Venturi s’est appuyé sur des Citroën Berlingo pour livrer à la Poste 250 utilitaires électriques alimentés par ces mêmes accumulateurs.


Si l’on ne rencontre pas souvent chez les constructeurs automobiles de véhicules électriques équipés de batteries Zebra, c’est tout simplement parce que le fonctionnement de ces accumulateurs si spécifiques implique quasiment leur utilisation pau réseau électrique et sont donc destinées à un usage professionnel intensif.

6.2.4. Batteries au lithium

6.2.4.1. Batteries Li

Fonctionnement

Contrairement aux autres accumulateurs, les accumulateurscouple électrochimique. Tout matériau pouvant accueillir en son sein des ions lithium peut être à la base d'un accumulateur lithium

La technologie actuelle utilise une anode en carbone (graphite, carbone dur, carbone hydrogéné, oxydes mixtes à base de vanadium, d'étain, ou de titane) dans laquelle sont insérés des ions lithium Li+ (Fig. 25).

Pendant la décharge, ces ions migrent à travers l’électrolyte, un sel LiPF6 dissous dans un mélange de carbonate, pour aller s’intercaler dans la structure crista(CoO2) ou de manganèse (MnO

Figure 25: Schema de fonctionnement


Oxydation à l'anode (borne -) :

Réduction à la cathode (borne +) : L


Si l’on ne rencontre pas souvent chez les constructeurs automobiles de véhicules électriques équipés de batteries Zebra, c’est tout simplement parce que le fonctionnement de ces

implique quasiment leur utilisation permanente ou leur raccordement et sont donc destinées à un usage professionnel intensif.

Batteries au lithium

Batteries Li-ion

Contrairement aux autres accumulateurs, les accumulateurs lithium-ion ne sont pas liés à un ouple électrochimique. Tout matériau pouvant accueillir en son sein des ions lithium peut être à

lithium-ion.

La technologie actuelle utilise une anode en carbone (graphite, carbone dur, carbone hydrogéné, vanadium, d'étain, ou de titane) dans laquelle sont insérés des ions

Pendant la décharge, ces ions migrent à travers l’électrolyte, un sel LiPF6 dissous dans un mélange de carbonate, pour aller s’intercaler dans la structure cristalline de la cathode en oxyde de cobalt

) ou de manganèse (MnO2 ou MnO4).

Figure 25: Schema de fonctionnement d’une batterie Li-ion

) : xLiCy xCy + xLi+ + xe-

Réduction à la cathode (borne +) : Li(1-x)MO2 + xLi+ + xe- LiMO2


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Si l’on ne rencontre pas souvent chez les constructeurs automobiles de véhicules électriques équipés de batteries Zebra, c’est tout simplement parce que le fonctionnement de ces

ermanente ou leur raccordement et sont donc destinées à un usage professionnel intensif.

ne sont pas liés à un ouple électrochimique. Tout matériau pouvant accueillir en son sein des ions lithium peut être à

La technologie actuelle utilise une anode en carbone (graphite, carbone dur, carbone hydrogéné, vanadium, d'étain, ou de titane) dans laquelle sont insérés des ions

Pendant la décharge, ces ions migrent à travers l’électrolyte, un sel LiPF6 dissous dans un mélange lline de la cathode en oxyde de cobalt


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Composition des électrodes

Electrode de cobalt

Lors d’une surcharge, l’électrode de cobalt fournit un surplus d’ions lithium qui peut alors se transformer en lithium métallique. Un coûteux circuit de protection doit être mis en place afin d’éviter les éventuelles surchauffes.

Electrode de manganèse

Les électrodes de manganèse sont moins chères et ne nécessitent qu’un circuit de protection simplifié. Par contre, celles-ci supportent des températures moins élevées et possèdent une durée de vie légèrement plus faible que leur équivalent en cobalt.

Autres électrodes

De nouvelles possibilités sont constamment étudiées par les grands industriels et les laboratoires de recherche : oxydes de vanadium ou de titane, phosphate de fer, alliages d’oxydes métalliques.... Les recherches universitaires japonaises se tournent actuellement vers l’étain. Les matériaux utilisés sont de plus en plus complexes et les innovations nombreuses.

Caractéristiques

Tension nominale : 3,6 V Nombre de cycles : 500 à 1000 Température d’utilisation : -20 à +60°C Auto-décharge : 10% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 110 à 160 Wh/Kg Temps de charge : 2 à 4h Rendement énergétique : 99% Prix moyen en kWh : 1200 euros

Avantages

• Elles ne présentent aucun effet mémoire

• Elles ont une faible auto-décharge (10 % par mois voire moins de quelques % par an).

• Elles ne nécessitent pas de maintenance.

• Peuvent être rechargées n’importe quand

• En s’appuyant sur le rapport qualité/prix/poids/énergie, elles sont parmi les meilleures sur le marché des accumulateurs.


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Inconvénients

• Supportent mal les surcharges, elles peuvent se dégrader en chauffant au-delà de 80 °C et réagir de manière brutale et dangereuse

• Production de dihydrogène facilement inflammable au contact de l’eau

• Coût encore élevé

• Recyclage se fait difficilement en intégralité en raison d'un grand nombre de métaux peu onéreux (cuivre, cobalt, aluminium, fer, manganèse, lithium, etc.) qui ne sont pas tous intéressants pour les industriels

• Ces batteries vieillissent moins vite lorsqu'elles sont rechargées par des recharges partielles que lorsqu'elles subissent des cycles complets de décharge/ recharge.

• Les éléments lithium-ion sont passivés afin de les protéger contre l'auto-décharge ce qui augmente sa résistance interne.

• Les courants de charge et de décharge admissibles sont plus faibles qu'avec d'autres techniques.

• Il peut se produire un court-circuit entre les deux électrodes par croissance dendritique de lithium.

• L'utilisation d'un électrolyte liquide présente des dangers si une fuite se produit et que celui-ci entre en contact avec de l'air ou de l'eau (transformation en liquide corrosif : l'hydroxyde de lithium).


La grande majorité des véhicules électriques actuellement sur le marché possèdent une batterie lithium-ion. C’est en effet celle qui possède le meilleur rapport qualité/prix/poids/énergie. Parmi les modèles les plus connus, la Mitsubishi i MiEV, la Peugeot iOn, la Citroën C-ZERO, la Renault Zoé et la Nissan Leaf ainsi que les différents véhicules de Tesla possèdent des batteries Lithium-ion.

Lorsqu’elle est sortie, la Tesla Roadster a surpris en embarquant des accumulateurs dérivés de ceux présents dans les ordinateurs portables, avec une anode en graphite et une cathode au cobalt. La plupart des voitures branchées en ventes actuellement sont alimentées par des batteries à cathode au manganèse. Ainsi, par exemple, pour les Nissan Leaf et Renault Zoé mises en circulation jusqu’à aujourd’hui. Sur la Mitsubishi i-MiEV, et ses jumelles PSA, les électrodes négative et positive sont respectivement composées d’oxyde de titane et d’oxyde de manganèse.

6.2.4.2. Batteries lithium polymère

Fonctionnement

Les batteries lithium-ion polymère fonctionnent sur le même principe que les batteries lithium-ion traditionnelles et possèdent des caractéristiques similaires. L’électrolyte est remplacé par une matrice polymère solide dans laquelle est emprisonné le liquide conducteur (50 à 75% en masse). L’accumulateur prend ainsi la forme d’une superposition de 3 couches minces (une pour chaque électrode et une pour l’électrolyte).


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Caractéristiques

Tension nominale : 3,7 V Nombre de cycles : 300 à 500 Température d’utilisation : 0 à +60°C Auto-décharge : 10% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 130 à 200 Wh/Kg Temps de charge : 2 à 4h Rendement énergétique : 99% Prix moyen en kWh : 1600 euros

Avantages

• Piles et batteries pouvant prendre des formes fines et variées • Densité énergétique plus élevée que les Li-ion

• Peuvent être déposées sur un support flexible

• Faible poids

Inconvénients

• Plus cher que le Li-ion.

• Nécessite des règles de charge strictes, sensible à la surcharge (risque d'inflammation).

• Moins de cycles de vie. (100 à 200 cycles en général)

• Moins sures que les Li-ion (moins résistantes aux fuites d'électrolytes). Chaque cellule ne doit pas dépasser la tension maximale (gonflement puis incendie ou explosion) ni la tension minimale (environ 2.7V), au risque de causer des dommages irréversibles.

6.2.4.3. Batteries lithium métal polymère (LMP)

Fonctionnement

Développé pour améliorer l'accumulateur lithium-ion, le système lithium-métal-polymère incorpore du lithium métallique dans l'anode. Pour autant, les batteries LMP créent de l'électricité selon le même principe que les autres blocs au lithium.

Dans une batterie LMP, les électrodes sont séparées par un électrolyte composé d'un solvant et d'un sel de lithium.

Plus particulièrement, à l’intérieur de la batterie LMP de BatScap (Bolloré Bluecar) on a :

• une cathode composée d'oxyde de vanadium, de carbone et de polymère • une anode réalisée en feuillets de lithium métallique, • un électrolyte qui est un mélange de sel de lithium et de polyoxyéthylène

Caractéristiques

Tension nominale : 3,6 V Nombre de cycles : 200 à 600 Température d’utilisation : 85°C idéalement Auto-décharge : 10% par mois Densité d’énergie (en pratique) : 120 à 180 Wh/Kg


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Avantages

• Il n'y a pas d'effet mémoire • La durée de vie annoncée des batteries utilisant cette technique est de l'ordre de dix ans. • Entièrement solide (pas de risque d'explosion) • Pas de polluant majeur dans la composition de l'accumulateur (sauf si utilisation d'oxyde

de vanadium).

Inconvénients

• Fonctionnement optimal à température élevée, ce qui a pour conséquence que l'électrolyte « nécessiteraient d’être maintenue à 80°C en permanence », température de fonctionnement avérée pour les batteries Batscap, ayant une température interne annoncée de 80 à 90°C.

• Pour être maintenue a 80°, la batterie puise dans ces propres réserves et se vide en trois jours ; cette contrainte est différente de l'auto-décharge de la batterie, qui elle est de l'ordre de 10 % par mois. À noter qu'une batterie "froide", nécessitera d'être réchauffée avant le début de la charge, ce qui rallongera d'autant plus la mise en service du véhicule.


Des batteries LMP, visant le marché automobile, sont développées par deux sociétés : Batscap et Bathium. Cette dernière a été rachetée le 6 mars 2007 par le groupe français Bolloré (propriétaire à 95 % de Batscap) en prévision de son utilisation sur le véhicule électrique du groupe : la Bluecar qui est en particulier utilisée dans le réseau en autopartage Autolib de Paris.

S’il est possible d’estimer que le groupe Bolloré détient le monopole de la technologie LMP, le fabricant de batteries DBM Energy a aussi travaillé sur le sujet. Fin 2010, ce dernier en a équipé une Audi A2 qui a parcouru sans recharger plus de 600 km à 90 km/h de moyenne.


6.3. Bilan et améliorations à apporter

On utilise le diagramme de Ragone d'énergie (Fig. 26). Ainsi on peut évaluer la densité de la puissance massique en fonction de la densité d’énergie massique.

Figure 26 : Diagramme de Ragone

Pour conclure lorsque l’on compare les différentes batteries actuellement sur le marché on peut constater que ce sont les batteries au lithium qui sont les plus performantes malgré leur coût élevé (Fig 27).

Plomb

Vnominale 2,1 V

Temp utilisation -20 à +60°C

Densité d'énergie 30 à 50 Kw/Kg

Rendement 70 à 75%

Cycles 400 à 600

Auto-décharge 4 à 6% par mois

Temps charge 6 à 12h

Prix moyen 110 € / kW

Effet mémoire Oui

Avantages Faible coût

Inconvénients Faible puissance


méliorations à apporter

On utilise le diagramme de Ragone pour comparer les performances des techniques de stockage d'énergie (Fig. 26). Ainsi on peut évaluer la densité de la puissance massique en fonction de la

Diagramme de Ragone des différentes batteries actuellement sur le marché

Pour conclure lorsque l’on compare les différentes batteries actuellement sur le marché on peut constater que ce sont les batteries au lithium qui sont les plus performantes malgré leur coût élevé

Plomb Ni-Cd Ni-Mh

2,1 V 1,2 V 1,2 V

-20 à +60°C -40 à +60°C -20 à +60°C

30 à 50 Kw/Kg 50 à 80 Kw/Kg 60 à 120 Kw/Kg

70 à 75% 70 à 90% 70%

400 à 600 800 à 1500 300 à 500

4 à 6% par mois 20% par mois 30% par mois

6 à 12h 1h 2 à 4h

€ / kW 600 € / kW 610 € / kW

Oui Non Non

Faible coût Durée de vie Energie

Faible puissance Toxique, non

recyclable et coût

Coût Auto-décharge et


58

pour comparer les performances des techniques de stockage d'énergie (Fig. 26). Ainsi on peut évaluer la densité de la puissance massique en fonction de la

sur le marché

Pour conclure lorsque l’on compare les différentes batteries actuellement sur le marché on peut constater que ce sont les batteries au lithium qui sont les plus performantes malgré leur coût élevé

Ni-Fe

1,2 V

-20 à +60°C

20 à 60 Kw/Kg

800 à 1000

40% par mois

Peu sensible

Durée de vie

Auto-décharge et

risques

d'explosions


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Figure 27 : Tableaux comparatifs des différentes batteries actuellement sur le marché

Les batteries Li-Po sont moins performantes que lse Li-ion mais fabriquées différemmentet prennent donc moins de place que les Li-ion. Par conséquent une batterie Li-Po de même taille qu'une batterie Li-ion possède une capacité plus importante.

Cependant, pour pouvoir généraliser l’utilisation de véhicules électriques dans le monde, il faudrait apporter un certain nombre d’amélioration aux batteries. Il faudrait notamment :

• Augmenter la capacité de stockage d’énergie des batteries des voitures électriques

• Diminuer les temps de charge des batteries des véhicules électriques

• Améliorer la sécurité des batteries des voitures électriques

• Diminuer les coûts des batteries des voitures électriques

Concernant l’augmentation de la capacité de stockage d’énergie des batteries, Les batteries lithium-ion ont une densité énergétique de 150 Wh/kg à 200 Wh/kg, soit quatre fois plus que la technologie nickel-cadmium et six fois plus que le plomb. Mais cela reste 50 fois moins que les carburants liquides. Les chercheurs travaillent ainsi sur de nouveaux types d’électrodes capables de stocker plus d’ions, comme l’oxyde de manganèse (LiMnO2) ou l’oxyde de nickel (LiNiO2). Ces technologie sont en cours de développement et pourraient voir la densité énergétique des batteries des voitures électriques portée à 350, voire 500 Wh/kg.

Concernant la diminution du temps de recharge, il ne faudrait pas que la recharge soit trop rapide au risque que les ions lithium n’auraient pas le temps de reprendre leur forme originale sur l’électrode de graphite, à la surface de laquelle se forme une couche de lithium métallique. L’alternative peut être de changer cette électrode de graphite en la remplaçant par une feuille d’oxyde de titane, qui autorise une intégration des ions lithium plus rapide. La charge complète de la batterie devient possible en 5 minutes. Cependant la contrepartie est une densité énergétique moindre : 130 Wh/kg. De plus, avec le développement de nouvelles batteries, de nombreux

Zebra Li-ion Li-Po LMP

Vnominale 2,6 V 3,6 V 3,7 V 3,6 V

Temp utilisation 270 à 350°C -20 à +60°C 0 à +60°C 85°C

Densité d'énergie 120 Kw/Kg 110 à 160 Kw/Kg 130 à 200 Kw/Kg 120 à 180 Kw/Kg

Rendement 99% 99%

Cycles 800 500 à 1000 300 à 500 200 à 600

Auto-décharge 12% par jours 10% par mois 10% par mois 10% par mois

Temps charge 2 à 4h 2 à 4h

Prix moyen 1200 € / kW 1600 € / kW

Effet mémoire Non Non Non Non

Avantages Energie élevée Performances Energie et

rendement

Entièrement

solide

Inconvénients Température et

auto-décharge

Coût Coût et durée de

vie

Températude

d'utilisation


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progrès ont déjà été effectués cette année et on sait désormais qu’il ets possible de recharger une batterie en quelques minutes.

Concernant l’amélioration de la sécurité des batteries, lors du veillissement de la batterie, le lithium peut à l’usage dégrader l’électrolyte. Le risque, c’est de voir les deux électrodes entrer en contact, provoquant ainsi un court-circuit et donc, une explosion. Pour y remédier, les électrodes de la batterie electrique sont protégées par des séparateurs sophistiqués. Une autre solution moins couteuse, c’est de se prémunir des court-circuits à l’aide d’un électrolyte solide (céramique ou polymère) comme la batterie Li-Po dont le groupe Bolloré détient les brevets. La contrepartie de cette solution, c’est que la batterie doit être portée à 60°C pour fonctionner. En conséquence, la densité d’énergie de cette solution descend à 100 Wh/kg et les performances de la voiture electrique diminuent d’autant.

Le coût important des batteries des voitures électriques s’explique surtout par leur faible volume de production, notamment parce qu’il n’y a pas encore assez de demande et que la technologie de batterie Li-ion est plutôt récente. Le lancement d’un véhicule électrique populaire et les volumes qui en découlent devrait grandement contribuer à limiter les coûts de la batterie dans les années à venir.

Les chercheurs du monde entier cherchent donc à relever ces différents défis en développant de nouveaux systèmes.

6.4. Systèmes en cours de développement

6.4.1. Batteries Lithium phosphate de fer (LFP)

Utilisant une anode en graphite et une cathode en phosphate de fer, les batteries LFP font partie de la famille des accumulateurs lithium-ion. En éliminant de coûteux composants au profit du fer, elles devraient être moins chères à produire en série. Moins sensibles à l’échauffement lors des phases de charges et décharges intensives, elles peuvent être exploitées en toute sécurité avec de plus fortes contraintes. Enfin, leur durée de vie, calculée en nombre de cycles de charge/décharge est bien plus important, de l’ordre du double (2.000-3.000 cycles), par rapport aux modèles montés aujourd’hui par la plupart des constructeurs automobiles proposant une offre branchée.

Ces batteries pourraient à terme remplacer les batteries Li-ion plus classiques.

6.4.2. Batteries Lithium soufre

Les batteries de lithium-soufre (Li-S) sont les plus denses en énergie (500 Wh/kg). Son autonomie moyenne est estimée à 400 km. Ses batteries sont composées de silicium-carbone relativement stable. Ainsi, le court-circuit est largement moins redouté et la batterie résiste mieux au temps.

Jusque là, c’est leur durée de vie qui empêchait sa démocratisation. Mais des scientifiques de l’Institut Fraunhofer ont changés la donne. Les batteries lithium-soufre tiendront jusqu’à sept fois plus longtemps. Si les chercheurs se sont penchés sur ces batteries, c’est grâce à la grande quantité de soufre présente dans le monde.


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Cependant, il reste encore un certain nombre d’améliorations à lui apporter (comme plus de sécurité, empêcher certaines réactions parasites…) pour pouvoir les utiliser dans les véhicules électriques.

6.4.3. Batteries Lithium air

Les batteries lithium-air mettent en œuvre le couple lithium-dioxygène qui offre une densité énergétique très élevée (typiquement entre 1 700et 2 400 Wh/kg en pratique pour un chiffre théorique de 5 000 Wh/kg). Si les piles sont déjà commercialisées depuis plusieurs années (en particulier pour les piles d'appareils auditifs), les premiers modèles rechargeables sont récents. Les batteries Li-air sont entièrement solides et ne risque donc pas d’exploser, présente une faible auto-décharge et ne sont pas sensible à l’effet mémoire. Cependant, elles fonctionnent de manière optimale à une température élevée (85°C) et la recherche sur ce type de batteries n’est pas encore très avancée.

6.4.4. Batteries Aluminium air

En termes de fonctionnement, c’est la réaction de l’air et de l’eau au contact des plaques qui génère une réaction permettant d’extraire l’énergie emmagasinée dans l’aluminium. La pile aluminium-air présente l'une des plus hautes densités d'énergie parmi toutes les batteries, mais n'est pas très utilisée en raison, notamment, du coût élevé de l'anode ainsi que du nettoyage des sous-produits résultants de son utilisation avec un électrolyte ordinaire.

Au Québec, les sociétés Alcoa et Phinergy viennent de présenter un premier prototype de voiture électrique capable de parcourir 1.600 kilomètres en une seule charge grâce à de nouvelles batteries aluminium-air. Dotées de 50 plaques d’aluminium, les batteries Al-Air développées par les deux partenaires annoncent une densité énergétique de 8.000 Wh/kg, soit 40 fois plus que les batteries lithium-ion actuelles, et offrent de belles perspectives à la filière.

6.4.5. Batteries Sodium ion

Des chercheurs français du réseau RS2E ont dévoilé fin 2015 le premier prototype de batterie sodium-ion. Depuis, partout sur la planète, aux États-Unis, au Japon, en Angleterre ou encore en Israël, des scientifiques planchent sur cette technologie aujourd’hui considérée comme l’alternative la plus sérieuse aux batteries lithium-ion.

Toyota travaille d’arrache-pied à un prototype de batterie de voiture sodium-ion, tandis que la start-up anglaise Faradion, associée à l’université d’Oxford, a fait cette année une première démonstration de vélo électrique à batterie sodium-ion.

Cette batterie sodium-ion s’inspire directement de la technologie lithium-ion. Pour l’heure, ses concepteurs restent discrets sur la composition des matériaux qui s’enroulent autour des deux électrodes de leur batterie sodium-ion – secret de fabrication. On en sait tout de même qu’elle possède une densité massique de 90 watt-heures/kilogramme et une durée de vie qui dépasse les 2 000 cycles. Des premiers résultats plus qu’encourageants, donc, d’autant qu’ils sont encore perfectibles.


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Le sodium possède un sérieux avantage par rapport au lithium puisqu’il est abondant (on trouve 2,6 % de sodium dans la croûte terrestre, contre 0,06 % de lithium à peine) et se trouve partout sur la planète, notamment dans l’eau de mer, sous forme de chlorure de sodium (NaCl).

6.5. Conclusion et perspectives d’avenir

En résumé, en plus des nouvelles batteries Li-ion qui se développent chaque mois, de nombreuses autres batteries sont actuellement en cours de développement et la découverte de nouvelles batteries pour les véhicules électriques ne devrait pas s’arrêter de si tôt.

Des chercheurs de l’université Rice et l’université de technologie du Queensland ont même imaginé des voitures électriques avec en complément de la batterie, des supercondensateurs pouvant délivrer très rapidement une quantité limitée d’énergie diminuant donc le temps de charge. Ce supercondensateur est constitué d’une couche d’électrolyte entouré de deux couches

de graphène. Un supercondensateur pourrait donc fournir à une voiture la quantité d’énergie

nécessaire à son fonctionnement tout en la rendant beaucoup plus légère.

Ces chercheurs aimeraient même pouvoir totalement remplacer les batteries par des supersondensateur. En effet, le film supercondensateur à base de graphène pourrait être chargé plus vite et pourrait libérer l’énergie plus rapidement que les batteries standard mais ne pourrait pas contenir autant d’énergie.Mais ils comptent bien résoudre ce problème et espèrent que le supercondensateur pourront stocker plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion, tout en conservant sa capacité à libérer l’énergie jusqu’à 10 fois plus rapidement. Le carbone étant aussi plus facile à produire que le lithium présent dans les batteries classiques, les supercondensateurs pourraient finir par être assez économiques et marquer la fin des batteries dans les véhicules électriques.

7. Chargeurs et postes de recharge.

Dans cette partie, nous nous sommes intéressées à comment les utilisateurs de voitures électriques font pour recharger leurs batteries. Celles-ci peuvent être rechargées à domicile ou bien sur les bornes de recharges publiques.

7.1. Chargement

7.1.1. Chargement à domicile

Le chargement de la batterie peut s’effectuer sur une prise standard à condition d’avoir un câble adapté. Pour sécuriser le système, il est conseillé d’installer chez soi une wallbox. Elle consiste à sécuriser la charge de la voiture et augmenter légèrement le courant de charge de façon à réduire le temps de charge.

La charge à domicile est la plus utilisée car elle s’effectue en général la nuit pendant les heures creuses.


7.1.2. Chargement sur les bornes publiques

Le chargement sur les bornes publiques est possible. Des bornes ont été installéComme on le voit sur la carte en annexe voitures électriques n’est pas uniforme. Il y a des zones plus riches que d’autres comme par exemple en Europe et en Amérique du nord.

Lorsque l’on souhaite utiliser ces bornes, il faut tout d’abord s’organiser afin de répertorier les bornes de recharge qui se trouvent sur notre trajet. De plus, il faut vérifier que ces bornes soient compatibles avec notre automobile. En effet, différents types de prises.

7.1.2.1. Différents types de prises

Le tableau ci-dessous (Fig. 28)constate qu’elles n’ont pas toutes la même puissance. Il faut svendues sur le marché ne sont pas compatibles avec tous les types de prises. De plus, chaque station de recharge ne possède pas tous ces types de prises.

Figure 2

Le site internet ChargeMap répertorie les bornes de recharges publiques dans le monde et précise quels types de prises se trouvent sur chacune de ces stations de recharge. On peut voir en annexe un exemple de borne de recharge à Paris ainsi que les information

Avant d’effectuer une recharge sur une borne publique, il faut donc bien s’assurer que notre véhicule est compatible avec les prises fournies par cette station.

7.1.2.2. Différents types de charges

Le tableau ci-joint (Fig. 29) réple temps de charge diminue pour des puissances élevées. Dans ce cas, le type de charge sera occasionnel.


Chargement sur les bornes publiques

Le chargement sur les bornes publiques est possible. Des bornes ont été installéComme on le voit sur la carte en annexe 2, la répartition des bornes de recharge publiques pour voitures électriques n’est pas uniforme. Il y a des zones plus riches que d’autres comme par exemple en Europe et en Amérique du nord.

l’on souhaite utiliser ces bornes, il faut tout d’abord s’organiser afin de répertorier les bornes de recharge qui se trouvent sur notre trajet. De plus, il faut vérifier que ces bornes soient compatibles avec notre automobile. En effet, il existe des câbles qui permettent d’adapter les

Différents types de prises :

) répertorie les prises utilisées aux bornes de recharge publiques. On constate qu’elles n’ont pas toutes la même puissance. Il faut savoir que les voitures électriques vendues sur le marché ne sont pas compatibles avec tous les types de prises. De plus, chaque station de recharge ne possède pas tous ces types de prises.

Figure 28: Prises utilisées aux bornes de recharge publiques

ite internet ChargeMap répertorie les bornes de recharges publiques dans le monde et précise quels types de prises se trouvent sur chacune de ces stations de recharge. On peut voir en annexe un exemple de borne de recharge à Paris ainsi que les informations associées à cette station.

Avant d’effectuer une recharge sur une borne publique, il faut donc bien s’assurer que notre véhicule est compatible avec les prises fournies par cette station.

Différents types de charges :

répertorie les différents types de charge qui existent. On remarque que le temps de charge diminue pour des puissances élevées. Dans ce cas, le type de charge sera


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Le chargement sur les bornes publiques est possible. Des bornes ont été installées dans le monde. , la répartition des bornes de recharge publiques pour

voitures électriques n’est pas uniforme. Il y a des zones plus riches que d’autres comme par

l’on souhaite utiliser ces bornes, il faut tout d’abord s’organiser afin de répertorier les bornes de recharge qui se trouvent sur notre trajet. De plus, il faut vérifier que ces bornes soient

les qui permettent d’adapter les

répertorie les prises utilisées aux bornes de recharge publiques. On avoir que les voitures électriques

vendues sur le marché ne sont pas compatibles avec tous les types de prises. De plus, chaque

ite internet ChargeMap répertorie les bornes de recharges publiques dans le monde et précise quels types de prises se trouvent sur chacune de ces stations de recharge. On peut voir en annexe

s associées à cette station.

Avant d’effectuer une recharge sur une borne publique, il faut donc bien s’assurer que notre

ertorie les différents types de charge qui existent. On remarque que le temps de charge diminue pour des puissances élevées. Dans ce cas, le type de charge sera


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Extraction de lithium au Tibet

Figure 29: Les différents types de charge existants

Pour des puissances moins élevées et des temps de charge plus longs, on peut utiliser les bornes de recharge plus fréquemment.

7.2. Perspectives d’avenir

Dans cette partie, nous avons souhaité aborder des thématiques liées à l’avenir des voitures électriques, comme par exemple envisager une standardisation du système, mais aussi évoquer les problèmes liés aux batteries comme leur évolution dans le temps et leur recyclage.

7.2.1. Point clés liés à la standardisation des voitures électriques

7.2.1.1. Les ressources en lithium

Comme nous l’avons expliqué précédemment, le composant principal d’une batterie pour une voiture électrique est le lithium. Il faut savoir que la standardisation des voitures électriques augmenterait la consommation mondiale de lithium. Ainsi, une question majeure se pose : les réserves en lithium permettent-elles d’envisager une importante production de batterie. Nous avons tenté de répondre à cette question dans cette partie.


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Tout d’abord, il faut savoir que le lithium est présent dans la nature sous forme de sels (chlorure de lithium) dans les lacs salés et sous forme de silicates (spodumène) dans les roches magmatiques. Ces deux types de réserves sont actuellement en cours d’exploitation. Le lithium se trouve également dans l’eau de mer à une concentration de 0,17 parti par millions. Pour le moment, cette ressource est non exploitable, seulement une usine prototype a été installée.

Plus généralement, tous les moyens nécessaires pour utiliser toutes les ressources en lithium n’ont pas été mis en place. Ainsi, bien que les quantités en lithium soient importantes, il reste encore des études et des projets à mener pour exploiter d’autres ressources. La consommation en lithium à grande échelle serait donc possible si l’on exploite toutes les ressources.

Il est tout de même important de noter que les réserves en lithium sont également exploitées pour les batteries en tous genres, et non uniquement pour les voitures électriques. Nous produisons de plus en plus d’appareils électriques autonomes qui nécessitent des batteries au lithium. Les réserves en lithium sont loin d’être exclusives aux batteries pour voitures électriques.

Ainsi, nous pouvons prendre un exemple simple. Seulement 5% de la population mondiale utilise des voitures électriques. Sachant que les réserves en lithium sont finies, que la demande en voiture électrique double chaque année, on comprend facilement que malgré une ressource en lithium importante, si la demande augmente de façon

exponentielle (Standardisation du processus), les réserves en lithium vont s’épuisées plus rapidement, et le problème concernant les réserves en pétrole serait alors celui du problème des réserves en lithium.

On constate que plusieurs cas peuvent être optimums. Il faudrait réaliser des études plus poussées pour confirmer nos hypothèses, le prix de l’essence et du lithium n’est pas pris en considération dans cette étude alors qu’il pourrait lui aussi permettre de repousser les durées de vie des ressources naturelles :

- Soit la consommation en pétrole et en lithium doivent être limitée et dans ce cas, nous devons développer plus de voitures électriques. Nous prolongerions ainsi la durée de vie des réserves en pétrole en diminuant sa consommation et nous limiterions la production en lithium. C’est en quelque sorte 50/50, 50% du marché serait réservé à l’électrique et 50% au pétrole.

- Soit, dans le deuxième cas, les deux ressources doivent être utilisées l’une après l’autre et dans ce cas, la standardisation de voiture électrique serait une solution lorsque nous n’aurons plus assez de pétrole sur terre.


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Un nouveau problème peut se poser à ce niveau de l’étude : dans le cas où la standardisation des voitures électrique est possible, nous pouvons nous demander si nous sommes en capacité de produire suffisamment d’énergie pour alimenter un grand nombre de voitures.

7.2.1.2. Production de l’énergie électrique

La production d’énergie électrique pour alimenter les voitures électriques serait à priori possible. En effet, le parc électrique est créé non pas pour produire de l’énergie mais pour répondre à des appels de puissance.

Comme on le voit sur les graphiques ci-dessous (Fig. 30), la France possède un parc nucléaire important. Ce parc produit de l’électricité le jour et la nuit. Pour savoir si notre parc pouvait accueillir un grand nombre de véhicules électriques, on fait l’hypothèse que la plupart des recharges se ferait simultanément la nuit. La courbe bleue nous montre que la nuit, le nucléaire produit trop d’énergie. Il y a des pics qui pourraient être utilisés pour charger des voitures électriques. En moyenne, chaque nuit, c’est 1,6GW de perdu. Si l’on considère qu’un véhicule a besoin de 1000W pour se charger, le parc électrique pourrait supporter l’arrivée d’environ 1,6 millions de véhicules. (Données basées sur des chiffres de 2011) On peut alors considérer que le parc électrique actuel n’a pas besoin d’être agrandi.

Figure 30: Energie produite en France

Cependant un nouveau problème apparaît, celui de la pollution. Voyons maintenant dans une 3ème partie ce qu’il en est.


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7.2.1.3. Pollution, le véhicule électrique est-il vraiment meilleur pour l’environnement ?

Aujourd’hui, environ 20% des émissions de CO2 proviennent des transports. Le véhicule ne rejetant aucun gaz polluant en lui-même, il permettrait alors de limiter la pollution de l’air ambiant s’il était présent en grande quantité dans les villes.

Cependant, concernant les gaz à effet de serre, et notamment le CO2. La voiture électrique en elle-même n’en émet pas. C’est la production d’énergie nécessaire à son fonctionnement qui sera à l’origine d’émissions importantes de CO2 (Fig. 31).

Figure 31: Emissions de CO2 des centrales électriques

La production d’énergie réalisée par une centrale à charbon rejette du CO2 lorsque le charbon est brûlé. Globalement, cela peut produire plus de CO2 que si les voitures avaient individuellement un système de combustion interne.

Le développement en masse de voitures électriques pourrait poser un problème sur ce point.

On constate alors que la quantité de CO2 rejetée lors de la production d’électricité est directement liée aux systèmes de production d’électricité. Ainsi, on comprend aisément que le développement de voitures électriques n’aurait pas le même impact dans un pays comme la France que la Chine. En effet la France produit majoritairement l’électricité par le nucléaire. Elle a donc une faible empreinte carbone au kWh. Ceci n’est pas le cas pour la Chine puisqu’elle produit son électricité majoritairement au charbon. L’empreinte carbone par kWh est alors beaucoup plus importante. Le graphique ci-joint (Fig. 32) montre justement l’empreinte carbone au kWh en fonction des pays et principalement de la façon dont ils produisent leur électricité.


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Figure 32: Intérêt du véhicule électrique en fonction des émissions de CO2 créées par kWh

On comprend alors que le problème est translaté sur la façon dont l’énergie électrique est produite. On remarque qu’en Europe, et particulièrement en France, le développement des voitures électriques permettrait en effet de limiter les dégagements de gaz à effet de serre puisque le système de production d’énergie électrique possède une faible empreinte carbone.

7.2.2. Recyclage des batteries au lithium, est-il possible ?

7.2.2.1. Vieillissement des batteries

Bien que les batteries au lithium soient actuellement les plus utilisées pour les véhicules électriques, elles possèdent un inconvénient majeur : il s’agit de la perte de capacité avec le temps. Ainsi, leur autonomie diminue et elles deviennent de moins en moins performantes.

Plusieurs facteurs peuvent influencer la perte de capacité :

- La charge a un fort courant. En effet, on peut recharger sa batterie avec un courant important mais la capacité de la batterie sera affectée. Il est conseillé de charger sa batterie au courant de charge indiqué par le constructeur le plus souvent possible.

- Le fait de répéter sans cesse les cycles charge/décharge entraîne aussi une perte de capacité avec le temps. Ainsi, le fait d’utiliser la batterie simplement engendre son vieillissement. Elle finit donc automatiquement par perdre sa capacité même si on ne lui fait subir aucun excès.

Un problème apparaît naturellement : Si la standardisation devait se faire, et que les batteries vieillissent rapidement, les automobilistes devraient changer leur batterie, et ainsi jeter les usagées. Une quantité astronomique de batteries usagées s’accumulerait. Le recyclage de ces batteries est donc nécessaire si l’on veut continuer de développer les voitures électriques. Voyons dans la partie suivante ce qu’il en est à propos de ce sujet.


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7.2.2.2. Recyclage

Les batteries pour voitures électriques sont principalement constituées de lithium, elles possèdent également tout un tas de métaux qui constituent les électrodes. (Le cobalt, le manganèse…)

La législation joue en faveur du recyclage puisqu’elle impose un recyclage d’au moins 50% en poids de la batterie.

En France, la société Recupyl a développé un procédé hydrométallurgique (Fig. 33) breveté permettant de transformer les accumulateurs Lithium-Ion en matières premières secondaires comme le cobalt et le lithium. De plus, cet acteur collabore avec les constructeurs automobiles et de batteries sur l’éco-conception des accumulateurs afin de faciliter leur recyclabilité.

Figure 33: Procédé hydrométallurgique

Le procédé hydrométallurgique consiste à traiter les métaux en milieu humide. Les métaux passent en solution en s’ionisant. La solution est ensuite traitée afin de séparer les impuretés des métaux. Enfin, les différents métaux constitutifs de la batterie sont séparés. Des métaux comme le zinc, le manganèse, le cobalt, le nickel et le lithium peuvent être recyclés grâce à cette technique. Elle permet d’obtenir un haut niveau de pureté. Les métaux sont alors ensuite récupérés sous formes de poudres et seront par la suite utilisés pour de nouvelles applications.

Le recyclage des batteries au lithium est également possible par une société française appelée SNAM. Certains groupes internationaux font appels à cette société pour recycler leurs batteries.


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Cette société utilise d’autres procédés comme la pyrolyse, la distillation et le raffinage. L’étape de pyrolyse sous atmosphère contrôlée en oxygène sert à vider la batterie de son énergie résiduelle et éliminer tous les composants organiques qui peuvent être présents dans la batterie. Ensuite, l’étape de distillation sert à séparer les différents métaux constitutifs de la batterie par évaporation. Enfin le raffinage est utilisé pour purifier les métaux et récupérer des lingots d’une très haute pureté (supérieure à 99,999%).

Globalement, le recyclage des batteries est un domaine qui a de l’avenir puisque peu d’entreprises se sont lancées dans cette activité. L’expansion des ventes des voitures électriques devrait être favorable à son développement. Des partenariats sont effectués entre les entreprises qui recyclent, les constructeurs des batteries et les centres de recherche comme le CEA par exemple. Le but à long terme serait de diminuer le coût des batteries et du recyclage et aussi de limiter la dépendance à la ressource qui ne se trouve pas en Europe.

7.3. Conclusion

Tout au long de cette étude, nous nous sommes rendu compte que le développement en masse des voitures électriques n’était pas si facile que cela. Tout d’abord, l’exploitation des ressources en lithium doivent être optimisées si l’on veut une augmentation de production de batteries. De plus, les réserves tout comme celles du pétrole sont des réserves finies. Utiliser le lithium serait donc repousser le problème du pétrole.

On a constaté également que la production d’électricité été complètement liée aux émissions de gaz à effet de serre, notamment avec les centrales à charbon qui sont encore présentes dans beaucoup de pays. Ainsi, l’augmentation du parc automobile électrique n’est pas forcément synonyme de développement durable puisque la production électrique nécessaire pour l’alimenter est directement liée à l’empreinte carbone.

Enfin nous nous sommes demandé ce que pouvait entraîner le vieillissement des batteries pour voitures électriques et nous avons constaté que le recyclage pouvait être une solution. Cela pourrait limiter la dépendance géopolitique de la ressource et baisser le prix des batteries. Le recyclage est encore beaucoup étudié et si un jour il était efficace, il pourrait favoriser la standardisation des voitures électriques. Standardisation qui pourrait avoir le plus grand impact environnemental en France étant donné la forte nucléarisation et la faible empreinte carbone liée à la production d’électricité.


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https://wehicles.com/wiki/Batteries_Accumulateurs_NiMH_Nickel_Metal_Hybride

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http://www.ni-cd.net/accusphp/theorie/nickel/index.php

https://wehicles.com/wiki/Batteries_Accumulateurs_Nickel_Fer

http://pics.idemdito.org/fr/tech/nickel-fer.htm

http://entraidelec.com/article-75-Accumulateurs-alcalins-Fer-Nickel-et-Cadmium-Nickel-.html

https://wehicles.com/wiki/Batteries_Accumulateurs_Zebra_Sodium_Chlorure_Nickel


75

http://ecolib.free.fr/textes/batteries/batterie2.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Accumulateur_lithium-ion

http://philippe.boursin.perso.sfr.fr/velec/pdf/pile2006.pdf

http://ecolib.free.fr/textes/batteries/batterie2.html

https://wehicles.com/wiki/Batteries_Accumulateurs_Lithium_ion


http://www.unafic.org/document/Pr%C3%A9sentation_EDF_nov_2014%20Torcheux.pdf

http://www.avem.fr/?page=batterie&cat=technos&kind=li-po

https://wehicles.com/wiki/Batteries_Accumulateurs_Lithium_ion_polymere

http://jurisguide.univ-paris1.fr/ARTICLES/index.php?view=1&artid=185


76

9. Annexes

Annexe 1 :

Norme et/ou projet TC

ISO/NP 6469-1 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 1: Système de stockage d'énergie rechargeable à bord du véhicule (RESS)

ISO/TC 22/SC 37

ISO 6469-1:2009 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 1: Système de stockage d'énergie rechargeable à bord du véhicule (RESS)

ISO/TC 22/SC 37

ISO/NP 6469-2 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 2: Mesures de sécurité fonctionelle et protection contre les défaillances du véhicule

ISO/TC 22/SC 37

ISO 6469-2:2009 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 2: Mesures de sécurité fonctionelle et protection contre les défaillances du véhicule

ISO/TC 22/SC 37

ISO 6469-3:2011 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 3: Protection des personnes contre les chocs électriques

ISO/TC 22/SC 37

ISO/NP 6469-3 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 3: Protection des personnes contre les chocs électriques

ISO/TC 22/SC 37

ISO 6469-4:2015 Véhicules routiers électriques -- Spécifications de sécurité -- Partie 4: Exigences de sécurité électrique après accident

ISO/TC 22/SC 37

ISO/TR 8713:2012 Véhicules routiers électriques -- Vocabulaire

ISO/TC 22/SC 37

ISO 8714:2002 Véhicules routiers électriques -- Consommation d'énergie de référence et autonomie de référence -- Modes opératoires d'essai pour voitures particulières et véhicules utilitaires légers

ISO/TC 22/SC 37

ISO 8715:2001 Véhicules routiers électriques -- Caractéristiques routières

ISO/TC 22/SC 37

ISO/TR 11954:2008 Véhicules routiers à pile à combustible -- Mesure de la vitesse maximale

ISO/TC 22/SC 37

ISO/TR 11955:2008 Véhicules routiers électriques hybrides -- Lignes directrices pour le mesurage de la balance de charge

ISO/TC 22/SC 37

ISO/NP 12405-1 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications d'essai pour packs et systèmes de batterie de traction aux ions lithium -- Partie 1: Applications à haute puissance

ISO/TC 22/SC 37

ISO 12405-1:2011 ISO/TC 22/SC 37


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Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications d'essai pour packs et systèmes de batterie de traction aux ions lithium -- Partie 1: Applications à haute puissance

ISO 12405-2:2012 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications d'essai pour des installations de batterie de traction aux ions lithium -- Partie 2: Applications à haute énergie

ISO/TC 22/SC 37

ISO/NP 12405-2 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications d'essai pour des installations de batterie de traction aux ions lithium -- Partie 2: Applications à haute énergie

ISO/TC 22/SC 37

ISO/NP 12405-3 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications d'essai pour packs et systèmes de batterie de traction aux ions lithium -- Partie 3: Exigences de performance de sécurité

ISO/TC 22/SC 37

ISO 12405-3:2014 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications d'essai pour packs et systèmes de batterie de traction aux ions lithium -- Partie 3: Exigences de performance de sécurité

ISO/TC 22/SC 37

ISO 15118-1:2013 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 1: Informations générales et définition de cas d'utilisation

ISO/TC 22/SC 31

ISO/NP 15118-1 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 1: Informations générales et définition de cas d'utilisation

ISO/TC 22/SC 31

ISO/NP 15118-2 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 2: Exigences du protocole d'application et du réseau

ISO/TC 22/SC 31

ISO 15118-2:2014 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 2: Exigences du protocole d'application et du réseau

ISO/TC 22/SC 31

ISO 15118-3:2015 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 3: Exigences relatives à la couche physique et à la couche liaison de données

ISO/TC 22/SC 31

ISO/CD 15118-4 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 4: Essai de conformité du protocole d'application et du réseau

ISO/TC 22/SC 31

ISO/CD 15118-5 Véhicules routiers -- Interface de communication entre véhicule et réseau électrique -- Partie 5: Essai de conformité relatif à la couche physique et à la couche liaison de données

ISO/TC 22/SC 31

ISO/DIS 15118-6 ISO/TC 22/SC 31


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Véhicules routiers - Interface de communication entre véhicule et réseau électrique

ISO/CD 15118-7 Vehicules routiers -- Interface de communication entre vehicule et reseau electrique

ISO/TC 22/SC 31

ISO/CD 15118-8 Vehicules routiers -- Interface de communication entre vehicule et reseau electrique

ISO/TC 22/SC 31

ISO/PAS 16898:2012 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Dimensions et désignation d¿accumulateurs lithium-ion

ISO/TC 22/SC 37

ISO 17409:2015 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Connexion à une borne d'alimentation électrique externe -- Exigences de sécurité

ISO/TC 22/SC 37

ISO/DIS 18300.2 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécifications pour éléments d¿accumulateurs et batteries aux ions lithium couplées à d¿autres types de batterie ou condensateur

ISO/TC 22/SC 37

ISO/PRF PAS 19295 Véhicules routiers à propulsion électrique -- Spécification de sous-classes de tension pour les tensions de classe B

ISO/TC 22/SC 37

ISO 23273:2013 Véhicules routiers alimentés par pile à combustible -- Spécifications de sécurité -- Protection contre les dangers de l'hydrogène pour les véhicules utilisant de l'hydrogène comprimé

ISO/TC 22/SC 37

ISO 23274-1:2013 Véhicules routiers électriques hybrides -- Mesurages des émissions à l'échappement et de la consommation de carburant -- Partie 1: Véhicules non rechargeables par des moyens externes

ISO/TC 22/SC 37

ISO 23274-2:2012 Véhicules routiers électriques hybrides -- Mesurages des émissions à l'échappement et de la consommation de carburant -- Partie 2: Véhicules rechargeables par des moyens externes

ISO/TC 22/SC 37

ISO 23828:2013 Véhicules routiers avec pile à combustible -- Mesurage de la consommation d'énergie -- Véhicules alimentés par hydrogène comprimé

ISO/TC 22/SC 37

IEC/FDIS 62752 Appareil de contrôle et de protection intégré au câble pour la charge en mode 2 des véhicules électriques (IC-CPD)

ISO/TC 22/SC 37


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Annexe 2 : Chaque point vert indique combien de bornes de recharges se trouvent dans les différentes zones mondiales.

Annexe 3 :

En zoomant sur les zones souhaitées, on peut localiser les points de recharges qui nous intéressent. De plus, le site permet de donner les informations concernant les types de charges accessibles aux différents points de recharges. Par exemple sur la photo ci-joint, on remarque que le site « Parking Rue Lobau » possède 4 prises de recharges, 2 de type 3 et 2 de type domestique.


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Annexe 4. Questionnaire


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Annexe5. Questionnare en anglais


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Documents

Projet 3A 2015-2016 - Harvard University · En 2020, cet engouement pour 2 millions de véhicules électriques devrait entraîner une consommation de 4 à 5 TWh d’énergie électrique