Voiture électrique

Une voiture électrique est une automobile mue par la force électromotrice de moteurs électriques, alimentée soit par une batterie d'accumulateurs, soit par une pile à combustible (hydrogène ou méthanol), soit par un moteur thermique générateur (Wankel, Stirling, ou classique). On distingue ainsi les traditionnelles voitures électriques à batterie comme par exemple aujourd'hui la Tesla Roadster, la Renault Fluence ZE ou la Mitsubishi i-Miev (parfois appelée en anglais BEV, Battery Electric Vehicule), les voitures électriques à pile à combustible, et les voitures électriques à essence. Il existe également des voitures électriques à batterie avec prolongateur d'autonomie (EREV, Extended Range Electric Vehicule), comme par exemple la Chevrolet Volt.

Sommaire 1 Principe 2 Historique 2.1 XIXe siècle 2.2 XXe siècle 2.3 Aujourd'hui, au XXIe siècle en France 3 Les voitures récentes 4 Prospective et projets à court terme 4.1 Voitures électriques « intelligentes » (« vehicle to grid ») 4.2 EV Plug Alliance 4.3 SAVE 4.4 VHR Strasbourg 5 Technologies de propulsion 6 Obstacles à l'adoption massive du véhicule électrique rechargeable 7 Difficultés : recharge et réseau de distribution 8 Charge 8.1 Modes de recharge[72] 8.2 Temps de recharge 8.3 Norme IEC 61851-1 « Système de charge conductive pour véhicules électriques » 8.4 Prises de recharge 9 Écologie 9.1 Fin de vie et recyclage 10 Perspectives 11 Notes et références 12 Annexes 12.1 Articles connexes 12.2 Liens externes

Principe

La voiture est généralement équipée d'un ou plusieurs moteurs électriques dont la puissance totale peut aller de 15 kW à plus de 200 kW selon la taille du véhicule, l'usage et les performances recherchées. Par exemple : 47 kW (64 ch) pour une petite berline quatre-places (i-MiEV), 111 kW pour l'Opel Ampera et 215 kW pour la Tesla Roadster.

Une batterie d'accumulateurs fournit l'énergie provenant :

• soit de la recharge par câble depuis une source extérieure,
• soit de la décélération du véhicule, le moteur fonctionnant alors en générateur.

La capacité des batteries varie actuellement de 15 à 50 kWh, leur tension totale de 300 à 500 V. L'autonomie du véhicule dépendra directement de la capacité de la batterie, du type de trajet (plat, varié, urbain...), du mode de conduite et des accessoires utilisées (phares, chauffage, climatisation, essuies glace, autres accessoires...). Les constructeurs annoncent une autonomie moyenne de 150 km.

En l'état actuel de la technologie, et selon le volume qui leur est dédié, les batteries permettent d'assurer une autonomie comprise entre 100 et 300 km, et nécessitent des temps de recharge d'environ 8 heures^[1]. Certains véhicules électriques sont donc munis de générateurs électriques internes : moteur thermique classique assurant selon la situation une partie de la traction ou une fonction de groupe électrogène (Automobile hybride électrique), pile à combustible ou autre groupe électrogène, éventuellement des panneaux solaires intégrés à la carrosserie pour des véhicules spécialement économes^[2].

Le coût de la batterie, nécessairement plus élevé que celui d'un simple réservoir d'essence, représente une partie significative du coût du véhicule. Cependant, aux prix actuels (France, 2011) sa recharge est plus économique à kilométrage égal dans les pays où l'électricité n'est pas elle-même majoritairement fabriquée à partir de combustibles fossiles. Une solution adoptée par quelques fabricants est donc de simplement louer la batterie^[3], ce qui présente deux avantages : prix d'achat moins dissuasif et certitude que la batterie sera récupérée pour recyclage en fin de vie au lieu d'être abandonnée dans la nature. Le coût unitaire de ce recyclage dépendra bien entendu du succès de la formule.

La généralisation de ce type de véhicules impliquerait le développement d'équipements collectifs connexes pour la recharge hors de chez soi : stations de recharge (ou d'échange de batteries vides contre des pleines), centrales électriques supplémentaires pour fournir l'énergie électrique se substituant aux carburants actuels, développement massif de l'industrie des batteries, etc. L'industrie automobile (et industries connexes) devrait se modifier profondément.

Une étude réalisée pour Greenpeace, Les Amis de la Terre Europe, et Transport et Environnement, montre qu'en Europe, les véhicules électriques sont plus durables que les véhicules équipés des moteurs à combustion les plus performants^[4]. Les véhicules électriques n'émettent lors de leur propulsion aucun gaz ni particule, ils sont silencieux.

Les équipements associés doivent répondre aux exigences en matière de sécurité pour les installations, et s’intégrer dans le futur réseau électrique intelligent (smart grid). Cela pour garantir : des véhicules électriques disponibles, une facture énergétique optimisée et une empreinte carbone minimale.

Sans émission de gaz, sans rejet de particules et silencieux... le véhicule électrique peut être vu comme une réponse efficace et concrète pour diminuer l’empreinte environnementale des transports. Il constitue un maillon manquant du panorama de la mobilité urbaine durable (Train, tramway, bus, vélo) et répond aux modes de déplacement des conducteurs qui parcourent quotidiennement moins de 20 km, principalement dans le périmètre urbain. C'est l'usage des particuliers qui utilisent leur véhicule pour le trajet domicile – travail mais aussi de nombreuses flottes d'entreprises.

Historique

XIX^e siècle

Le premier véhicule électrique, un train miniature^[5], est construit par Thomas Davenport en 1834. En 1835, Sibrandus Stratingh met au point une voiture électrique expérimentale à échelle réduite^[6]. D'autres prototypes de voitures électriques ont probablement été construits avant^[7], mais il faudra attendre l'amélioration du fonctionnement des batteries par Gaston Planté en 1865 puis Camille Faure en 1881 pour que les voitures électriques prennent réellement leur essor^[8].

En novembre 1881, Gustave Trouvé présente une automobile électrique à l'Exposition internationale d'Électricité de Paris^[9]. À la fin du XIX^e siècle, trois modes de propulsion se partagent le marché naissant de la voiture automobile : le moteur à combustion interne ou « moteur à essence », le moteur électrique et le moteur à vapeur. La voiture électrique connaît un succès certain dans la dernière décennie du XIX^e siècle, tant en Europe – et notamment en France^[10] – qu'aux États-Unis^[11]. Il s'agit principalement de flottes de taxis pour le service urbain, en lieu et place des fiacres et autres voitures de louages à cheval. Ces voitures étaient munies de batteries au plomb pesant plusieurs centaines de kilogrammes qui étaient rechargées la nuit dans des stations spécialisées. Pour la course Paris-Bordeaux-Paris de 1895, une voiture électrique est sur la ligne de départ, conduite par Charles Jeantaud, carrossier. Pour cette course, il crée un break à six places aux roues en bois. Cette voiture de 7 chevaux embarque 38 accumulateurs Fulmen de 15 kg chacun. L’autonomie est d’une cinquantaine de kilomètres, à la moyenne de 24 à 30 km/h, ce qui l'oblige à disposer des batteries neuves tout au long du parcours. On compte également quelques véhicules marquants : c'est ainsi une voiture électrique, La Jamais contente de l'ingénieur belge Camille Jenatzy, qui dépasse pour la première fois les 100 km/h en atteignant 105,88 km/h le 1^er mai 1899.

XX^e siècle

En 1900, sur 4 192 véhicules fabriquées aux États-Unis, 1 575 étaient électriques, 936 à essence, et 1 681 à vapeur^[12].

L'automobile à essence a cependant fini par supplanter la voiture électrique. On retrouve aujourd'hui, dans l'explication de cet échec, les analyses divergentes des déterministes et des constructivistes^[13]. Les uns affirment que la technologie de la voiture à essence doit son succès à sa supériorité économique et technique : la voiture à essence offre plus d'autonomie, est moins difficile à entretenir^{[réf. nécessaire]}, etc. Les autres, moins nombreux, critiquent cette explication et affirment que le destin de ces technologies repose essentiellement sur des facteurs contingents. C'est dans un article de 1955^[14] que John B. Rae propose une explication déterministe à l'échec de l'automobile électrique. Celle-ci ne serait victime que de ses défauts intrinsèques en comparaison des avantages de la technologie des voitures à essence, et il était inéluctable que ces dernières s'imposent. Rae explique que le développement de l'automobile électrique au début du siècle fut « une excroissance parasite de l'industrie automobile, et que sa disparition ne fut regrettée que par ceux qui avaient eu la malencontreuse idée d'y investir leur argent. »^[14]. Depuis 1955, la plupart des historiens ont accepté l'explication de Rae^[15], à l'exception de Rudi Volti^[16], qui fut le premier à remettre en question la thèse du déterminisme^[15]. Plusieurs sortes de raisons techniques et économiques étaient et sont encore avancées pour expliquer la supériorité intrinsèque de la voiture à essence^[17]. Cependant, au début des années 2000, un ouvrage de David A. Kirsch^[18] défend une perspective plus nuancée. Kirsch soutient en effet, en s'appuyant sur des travaux de sociologie et d'économie de l'innovation (notamment ceux de Paul A. David), que cette technologie aurait pu se développer dans des segments particuliers du marché automobile, notamment pour les flottes urbaines, si des facteurs contingents et sociaux ne s'y étaient pas opposés. D'autres auteurs^[19] expliquent que la voiture électrique a échoué à cause de problèmes culturels plutôt que techniques.

Au début du siècle, la technologie de la voiture électrique aurait peut-être pu se constituer en industrie viable, au moins sur certains secteurs (pour le transport urbain), mais de fait ce ne fut pas le cas. Quoi qu'il en soit, l'idée qu'elle reste une alternative ou un complément viable et prometteur aux véhicules à essence n'a jamais complètement disparu : Les espoirs placés dans la technologie des voitures électriques ne date en effet pas d'aujourd'hui^[20]. À la fin des années 1960, la voiture électrique connaît ainsi un regain d'intérêt^[21], grâce notamment au développement de la pile à combustible, et est par exemple présentée à la télévision comme une technologie pouvant s'imposer à relativement brève échéance^[22]. Aujourd'hui à nouveau, on voit apparaître dans la presse des articles annonçant l'émergence prochaine de cette technologie, sous la pression de l'augmentation du prix du pétrole et du développement des préoccupations environnementales^[23],[24], et grâce aux derniers progrès techniques^[25].

Aujourd'hui, au XXI^e siècle en France

Aujourd'hui la majorité des voitures électriques sont possédées par des entreprises ou par des collectivités territoriales : le principal utilisateur de voitures électriques en France est La Poste qui a décidé de tester de nouveaux véhicules électriques : des Cleanova II, basées sur le Renault Kangoo^[26]. La distribution du courrier est particulièrement exigeante pour les véhicules : ces derniers subissent une utilisation urbaine intensive et alternent en permanence départs et arrêts. Leur consommation de carburant est ainsi couramment le double de celle d'un véhicule utilisé « normalement ».

La Poste française exploite aujourd'hui^[Quand ?] un parc automobile de près de 50 000 véhicules légers et utilitaires et pourrait à terme utiliser uniquement des véhicules électriques^[27]. Leur silence et l'absence de vibrations sont notamment très appréciés des facteurs. La loi française sur l'air impose à certains acteurs (collectivités territoriales, EPIC et entreprises publiques) un taux de renouvellement de 20 % en véhicules propres, qu'ils fonctionnent à l'électricité ou bien au GNV ou au GPL.

Selon Frédéric Marillier, chargé de campagne Énergie pour l'ONG Greenpeace France, « sur plus de 2 millions de véhicules particuliers neufs immatriculés en 2006 en France, seuls 14 sont électriques. »^{[réf. nécessaire]}

Après le Grenelle de l'environnement^[28], le gouvernement français a fait du développement des véhicules électriques et hybrides une priorité importante de sa politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre. En octobre 2009, Jean-Louis Borloo, le Ministre de l'écologie, de l'énergie, du développement durable et de la Mer et Christian Estrosi, Ministre de l'Industrie, ont présenté un plan national^[29] pour la mise en circulation de deux millions de voitures électriques et hybrides en 2020. Dans ce plan sont présentées 14 actions concrètes afin de favoriser le déploiement de ce nouveau moyen de transport. Le Gouvernement français a également signé en avril 2010 une charte^[30] avec les constructeurs automobiles PSA et Renault ainsi que quelques villes phares (au nombre de douze) pour l'installation, dès 2011, d'infrastructures de recharge accessible au public. Un cadre pour le déploiement de ces infrastructures a été rédigé par le gouvernement sous forme d'un livre vert^[31].

Les voitures récentes

La première voiture électrique réellement « moderne » de par sa technologie, et produite en série, a été la EV1 de General Motors, développée spécialement pour répondre aux sévères lois anti-pollution californiennes (programme ZEV, pour Zero Emission Vehicle)^[32]. Construite à 1 117 exemplaires entre 1996 et 1999^[33], elle est proposée en leasing sans option d'achat, et améliorée plusieurs fois (nouvelles batteries Nickel-Metal Hydride beaucoup plus performantes^[32]). En 2003, le programme est subitement arrêté, les voitures récupérées par GM et détruites^[33], sauf quelques exemplaires conservés pour la recherche^[32]. Son C_x de 0,19^[34] était tout à fait exceptionnel pour une auto de série^[32],[35].

La compagnie californienne Tesla Motors vend depuis 2008 une petite voiture de sport. La Tesla Roadster est une voiture électrique dont l'énergie provient uniquement d'une batterie de lithium. Malgré son prix de 84 000 à 100 000 euros^[36], elle rivalise facilement avec des voitures trois fois plus chères. Zéro émission, 340 km d'autonomie, 0-100 km/h en moins de 4 secondes et une vitesse de pointe à 212 km/h^[36], elle se recharge en quelques heures^[37].

Plus récemment la firme a présenté sa berline familiale de luxe, le Model S. Avec un prix de base de 50 000 dollars, jusqu'à 480 km d'autonomie^[38], recharge rapide en 45 minutes et recharge complète en 4 heures, 0-100 km/h en 5,6 secondes, une vitesse maximale de 193 km/h et toujours zéro émission^[39]. Elle devrait sortir fin 2011, début 2012.

La société indienne « Reva Electric Car Company » produit depuis 2001 la REVA, une petite voiture électrique 2+2 places, d'une vitesse de pointe de 80 km/h et d'une autonomie nominale de 80 km. Vendue en Angleterre depuis 2003 sous le nom de G-Wiz^[40], la REVA est maintenant disponible dans différents pays européens^[41]. Deux modèles sont disponibles depuis 2009 : la « REVAi », à batteries au plomb, et la « REVA L-ion » à batteries lithium-ion, dont l'autonomie nominale est de 120 km^[42].

En 2010 et 2011, Toyota et EDF ont testé une nouvelle voiture hybride dérivée de la Prius, en vue d'une future commercialisation. L´expérimentation a lieu dans la ville de Strasbourg. Cette voiture essence hybride est rechargeable sur une prise électrique domestique, ce qui permettra pour les petits trajets de rouler exclusivement à l'électricité, la propulsion essence étant dans ce cas réservée aux trajets plus longs^[43]. Les tests en utilisation normale ont débuté à l'automne 2007. La ville de Strasbourg s'est associée à Toyota et un ensemble de partenaires industriels dans un programme pilote d'une durée de trois ans sur l'utilisation de véhicules hybrides rechargeables. Une flotte de cent Toyota Prius a été louée à des entreprises et organismes publics pour l'usage personnel et professionnel des employés désirant participer à l'opération. Schneider Electric a fourni 135 bornes de recharge, installées sur les sites des entreprises partenaires et au domicile des particuliers engagés ainsi qu'un système de gestion de l'énergie. Les infrastructures pilotes empêchent les conducteurs de recharger leur véhicule durant les pics de consommation, à un moment où les producteurs d'électricité auraient à utiliser des combustibles fossiles pour fournir plus d'énergie. Les bornes de recharge offrent des fonctionnalités avancées telles que l'arrêt automatique du courant lorsque le cordon est débranché ou si la batterie est entièrement chargée. Les conducteurs et les gestionnaires de flottes peuvent également avoir accès en temps réel à des informations sur la disponibilité des bornes à proximité et l'avancement de la charge. Le projet de Strasbourg permettra aux constructeurs automobiles d'utiliser les résultats de cette expérimentation en conditions réelles pour développer leurs futurs produits et donnera aux fournisseurs d'électricité des informations précieuses sur le comportement des utilisateurs afin d'envisager des solutions de gestion optimales de l'impact du chargement des véhicules électriques sur le réseau.

Lors du salon de Tokyo d'octobre/novembre 2007, Mitsubishi a présenté sa iMiev sport (iMiev pour : Mitsubishi Innovative Electric Vehicle) et Subaru son concept car G4e. Ces deux voitures tout-électrique ont une autonomie de 200 km^[44].

Le premier camion tout-électrique pour les livraisons en ville, le Newton, est en service depuis 2007 en Angleterre et au États-Unis. La circulation dans le centre de Londres étant soumise à péage sauf pour les véhicules électriques, le constructeur Smith Electric Vehicles (SEV) a conçu ce camion à cet effet. Il a une autonomie de 160 km et une charge utile allant jusqu'à 7,28 tonnes pour le plus grand modèle^[45].

La fin 2010 est une période importante^[46] pour le grand public désirant une automobile électrique : pour la première fois, deux offres de constructeurs établis sont disponibles, qui sont des véhicules conçus dès le départ en tant que voitures électriques. Le constructeur américain General Motors commercialise aux États-Unis depuis décembre 2010^[47] un véhicule à moteur électrique et générateur d'appoint thermique, la Chevrolet Volt^[48]. Ce véhicule devrait ensuite etre commercialisé en Europe sous le nom d'Opel Ampera d'ici début 2012^[49]. En parallèle, Nissan lance d'abord aux États-Unis, puis en Europe, sa LEAF, dont l'énergie est seulement stockée dans des batteries.

Prospective et projets à court terme

• L'Alliance Renault-Nissan lancera des véhicules électriques ; en particulier l'usine Renault de Flins devrait assembler dès 2011 des véhicules Renault Z.E., automobiles urbaines polyvalentes destinées au grand public, conçus dès le départ pour la seule propulsion électrique. Ces véhicules ont été présentés en octobre 2009.

• Un projet d'ingénierie OpenSource OScar^[50] prévoit la construction d'un véhicule électrique OpenSource.

• Le véhicule électrique se trouve à un stade décisif. Les investissements dans ce domaine sont devenus courants : Warren Buffett, comme chacun sait, a acheté 10 % des parts de l'entreprise chinoise BYD et Google, à travers son initiative RechargeIT, a investi massivement dans les technologies liées aux voitures écologiques. De grands chefs d'État et de gouvernement suivent les traces du monde de l'entreprise : afin de réduire fortement la dépendance de son pays au pétrole, le président Obama a déclaré que les États-Unis devraient se fixer comme objectif d'être le premier pays à avoir un million de véhicules électriques sur ses routes d'ici 2015. Les gouvernements américain, français et britannique ont mis en œuvre des mesures de grande ampleur pour équiper leurs organismes publics de véhicules électriques et construire de vastes réseaux de recharge. Le ministre chinois des Sciences et des Technologies, Wan Gong, ancien ingénieur chez Audi, a récemment annoncé un plan pour développer les nouveaux véhicules électriques en Chine, le plus grand marché mondial de l'automobile.

Voitures électriques « intelligentes » (« vehicle to grid »)

Des voitures électriques « intelligentes », interagissant elles-mêmes avec un réseau électrique intelligent, et alimentées par des énergies renouvelables, sont une des solutions qui pourraient permettre en 2050 qu'il n'y ait plus de véhicules fonctionnant avec des carburants fossiles en ville (c'est l'objectif du plan allemand de développement de l'électromobilité)^{[réf. souhaitée]}. Le véhicule électrique s'impose comme une solution stratégique pour affronter l'un des plus grands défis de notre avenir énergétique : l'impact des transports sur l'environnement. Le « smart grid » (réseau de distribution d'électricité intelligent) sera l'un des facteurs de développement de modes de transport propres. S'il se concrétise, il pourrait encourager l'utilisation massive des véhicules électriques par le consommateur et la construction des bornes de recharge sur lesquelles les véhicules se brancheront. Des interactions avec l'utilisation de l'hydrogène étant également envisagées.

Le « vehicle to grid » est un concept qui permet d’utiliser l’énergie stockée dans les véhicules électriques afin de soutenir le réseau électrique en période de pic de consommation ou en cas d’urgence (orage, coupure de câble, …). L'énergie stockée dans la batterie du véhicule pourrait également suppléer aux exigences électriques de l’habitation. Cette technologie nécessite que le chargeur embarqué dans le véhicule ainsi que l’interface entre le véhicule et le réseau électrique soient bidirectionnels (l’énergie circule dans les deux sens).

EV Plug Alliance

L’EV Plug Alliance^[51] est une association qui réunit 21 industriels européens afin de garantir un label de conformité des connexions avec le projet de norme CEI dans le cadre de l’adoption d’un standard européen pour les branchements d’infrastructure de véhicule électrique.

EV Plug Alliance soutient une solution assurant le plus haut niveau de sécurité grâce à l’expertise de ses membres : Schneider Electric, Legrand, Scame, Nexans, etc.

Le produit proposé par l’Alliance permet de recharger son véhicule électrique en toute sécurité alliant connexion prise et fiche, la protection des personnes est assurée par des obturateurs plastiques^[52]. Ainsi, tout contact accidentel avec les parties sous tension est évité, pour une utilisation domestique comme dans les lieux publics. Le standard Type 3 de l’IEC est privilégié dans ce projet, une puissance de charge allant jusqu’à 24 kW (l’équivalent de la recharge « accélérée »), sur des installations de type monophasé ou triphasé.

« L'EV Plug Alliance est ouverte à tout nouveau membre, et notre premier objectif consiste à réunir un maximum d'acteurs concernés. Plus nous nous fédérerons, plus nous nous donnerons de chances de mettre en place un écosystème avec une norme reconnue, grâce à laquelle nous pourrons développer des solutions et des applications concrètes pour révolutionner l'infrastructure de charge électrique »^[53] ont déclaré les trois co-fondateurs de l'EV Plug Alliance ; Philippe Delorme, Directeur général stratégie et innovation de Schneider Electric ; Jean-Charles Thuard, Directeur de la stratégie et du développement de Legrand ; et Gianpietro Camilli, Directeur développement marketing et produits de Scame.

SAVE

Basé sur un partenariat, le projet SAVE^[54] (Seine Aval Véhicule Electrique) a commencé le 7 avril 2011 dans les Yvelines. Les différents partenaires sont l’Alliance Renault-Nissan, EDF, le conseil général des Yvelines, l’Établissement Public d’Aménagement du Mantois Seine Aval (EPAMSA), la région Île de France, Schneider Electric et Total.

Les usagers ont reçu les clefs de leur véhicule électrique (une Renault Fluence ZE et une Renault Kangoo ZE), les premières stations de recharge (il y aura au moins 200 bornes de recharge^[55] : standard, accélérée et rapide) pour véhicules électriques ont été installées dans les maisons des clients et la concession Renault est prête à répondre aux besoins des consommateurs. Cet événement marque le premier pas de l’expérience véhicule électrique, impliquant aussi des voitures électriques Nissan Leaf. Ce projet continuera jusqu’à juillet 2012^[56].

• L’alliance Renault-Nissan est le fournisseur des voitures électriques, pilote l’expérimentation et étudie les besoins clients et services associés.
• EDF supervise les points de charge
• Schneider Electric^[57] : fournisseur des solutions de recharge (garages des particuliers et parkings publics) > bornes de recharge, systèmes de supervision, gestion de l’énergie, collecte d’informations
• Total implantera et testera les bornes de recharge rapide dans ses stations services.
• EPAMSA est chargé de la partie technique et financière du projet
• ADEME finance le projet
• Conseil Général des Yvelines utilise les véhicules et participe au comité de pilotage avec la Région Île de France.

VHR Strasbourg

Le 26 avril 2010, à Strasbourg, débute le projet VHR avec EDF, Toyota, Schneider Electric et la ville de Strasbourg. Ce projet dure trois ans et concerne une centaine de véhicules électriques hybrides^[58].

EDF et Toyota ont formé un partenariat qui a pour vocation d’expérimenter^[59] trois prototypes VHR dans la flotte d’EDF. Le programme VHR s’est ensuite étendu à la démonstration et à l’utilisation quotidienne de ces véhicules.

Schneider Electric a fourni 135 bornes de recharges (parkings d’entreprises et domiciles des particuliers). Ce projet a pour objectif de sensibiliser le public à un nouveau mode de transport, impliquant de nouvelles habitudes à prendre en termes de rechargement et d’utilisation du véhicule. Pour les entreprises participantes, il permet une première approche du marché. Ils seront capables de récolter les informations relatives aux besoins des consommateurs et d’adapter l’énergie aux modes de recharge privilégiés^[60].

La ville de Grenoble a aussi reçu en mai 2011 les clefs d’un véhicule hybride rechargeable pour une durée de trois ans, Paris a de même reçu trois VHR en mars 2011.

Technologies de propulsion

Le système traditionnellement retenu pour les conversions de véhicules conventionnels en véhicules électriques consiste à remplacer le moteur à combustion interne et la boîte de vitesses par des éléments électriques (moteur et réducteur, ou moteur et boîte de vitesses), en conservant le reste des éléments de transmission (arbres de transmission...). Des solutions alternatives sont cependant envisageables. En octobre 2008, la société Michelin a présenté son système Active Wheel de motorisation électrique, qui intègre la propulsion du véhicule à la roue, mais également une suspension active (le concept du moteur-roue-électrique est né en 1900 sur la voiture Lohner-Porsche^[61] et a déjà été perfectionné entre autres par Pierre Couture d'Hydro Québec avec le moteur-roue d'Hydro-Québec de 1994).

Obstacles à l'adoption massive du véhicule électrique rechargeable

Afin de parcourir le chemin qui nous sépare d'une mobilité électrique connectée au smart grid, nous devons surmonter plusieurs obstacles.

• Les infrastructures : Sans infrastructure, le consommateur n'a aucune raison d'acheter un véhicule électrique ; et sans véhicule électrique, il n'y a pas de raison de bâtir des infrastructures.
• La réglementation : Les fournisseurs d'électricité doivent être encouragés à faire des investissements dans des domaines innovants et être autorisés à fixer des structures tarifaires appropriées afin d'optimiser la consommation à travers le smart grid et les véhicules électriques compatibles. Les constructeurs automobiles et d'équipement doivent recevoir des subventions pour la production et les consommateurs des subventions à l'achat.
• Les normes : Pour que les conducteurs soient prêts à adopter le véhicule électrique, ils doivent avoir l'assurance de trouver où qu'ils aillent des bornes de recharge standardisées, sûres et pratiques.

Certains fournisseurs d'électricité aux États-Unis, Comme Detroit Edison^[62] ou Southern California Edison^[63] travaillent activement à la promotion d'une prime offerte aux propriétaires de véhicule électrique sous la forme d'un tarif avantageux.

La peur de manquer d'autonomie a longtemps été citée^{[Par qui ?]} comme une pierre d'achoppement pour l'achat d'un véhicule électrique. Les consommateurs ont besoin de savoir quelle distance ils peuvent parcourir avec une charge, où ils peuvent recharger (chez eux ? au travail ? dans les lieux publics comme les centres commerciaux ?) et combien de temps cela va prendre.

Difficultés : recharge et réseau de distribution

Bien que la voiture électrique soit au point dans son aspect mécanique et électronique de commande, il reste le problème de l'autonomie qui a jusqu'ici pénalisé cette technologie. Cela est dû à la très grande différence de densité énergétique qu'il y a entre l'essence (ou tout autre carburant liquide) et les accumulateurs électriques. Ainsi avec 40 kg de gasoil, une voiture à moteur Diesel peut parcourir entre 800 et 1 200 km en roulant sur autoroute à la vitesse de 130 km/h. En comparaison, avec les technologies actuelles, il faut 200 kg de batterie pour qu'une voiture électrique puisse parcourir environ 170 km en ne roulant qu'à 70 km/h. Et cette autonomie est considérablement réduite si on roule plus vite (à 130 km/h, il ne reste plus que 70 km d'autonomie)^[64]. Une fois la batterie épuisée, il faut plusieurs heures pour la recharger (temps pendant lequel le véhicule est indisponible) alors que dans une voiture classique, il ne faut que quelques minutes pour refaire le plein d'essence et pouvoir repartir.

Les véhicules électriques demandent une refonte très importante du système de distribution d'énergie pour devenir une alternative viable aux véhicules à moteur à combustion interne, pour offrir un nombre de prises et sites de recharge suffisant, et pour permettre une recharge rapide. Quelques expériences en vraie grandeur sont en cours, comme en Norvège, où la E14 a bénéficié en 2011 d'une aide de l'Europe (Interreg, projet dit « Green Highway ») pour l'équipement sur 400 km, entre Trondheim et Sundvall, de stations service permettant le rechargement électrique (électricité renouvelable et propre uniquement, d'origine hydroélectrique essentiellement), biogaz, biodiesel et éthanol. La ville de Trondheim s'est équipée en véhicules « verts » qui pourront bénéficier de ce réseau^[65].

Capacité du réseau électrique 

Sauf à voir le prix du photovoltaïque très fortement diminuer, l'électricité n'est disponible en quantité suffisante que la nuit, entre 22 h et 6 heures du matin, et plutôt en été.^{[réf. nécessaire]}

Capacité de recharge de accumulateurs 

Des prises électriques privées (prises de recharge de 16 A et de 3,5 kW avec chargeur sécurisé dans les garages, temps de rechargement avoisinant 8 heures) ou publiques (nécessité de bornes de recharge^[66] au moins tous les 80 km sur la voirie, et 5-6 bornes en parallèle par station de recharge) peuvent permettre le rechargement, mais le temps de rechargement reste important (toute une nuit, pour une rentabilité optimale). Plus on veut recharger vite, plus la consommation électrique augmente et plus la batterie chauffe (les bornes de recharge d'une puissance de 50 kW offrent un chargement rapide en 30 minutes, à 80 %^[67]).
Une solution imaginée à ce problème est l'utilisation de batteries interchangeables, préalablement rechargée la nuit (système courant sur les chariots élévateurs utilisés jour et nuit). Un changement de batterie est aussi rapide qu'un plein de carburant, et des essais sont en cours au Japon pour un changement automatique de batteries^[68].
Mais plusieurs difficultés apparaissent, car ce système imposerait :

• une refonte de la structure des voitures (ergonomie, sécurité lors du changement de batterie) ;
• une refonte des stations-service et garages, actuellement non conçus pour rendre ce service ;
• une normalisation des batteries, l'acceptation de ces normes par tous les constructeurs et le contrôle de leur qualité ;
• un financement à définir, puisque l'échange standard serait généralisé, avec la délicate question du tarif à appliquer en fonction de l'âge (donc de la charge) de la batterie ;
• un doublement (au minimum) du nombre de batteries mises sur le marché pour ces véhicules, et donc une augmentation des prix et des consommations de métaux rares et polluants.

Capacités de recharge de piles à combustibles 

Il nécessite aussi de repenser tout le système de distribution de carburant pour inclure l'hydrogène à la station service.

Selon leur viabilité, qui reste à démontrer, ces systèmes semblent pouvoir être disponible en station-service pour tous, ou seulement pour des flottes captives importantes (services, poste, taxis, zones d'activité, écoquartier, flottes de véhicules partagés) ayant leur propre point de service. Dans tous les cas, il faudra une quantité considérable d'énergie pour remplacer les actuels carburants, avec ce que ça implique comme développement de la production. En France par exemple, 54 millions de tonnes d'équivalent pétrole sont utilisés pour les transports^{[réf. nécessaire]}, leur remplacement par de l'électricité supposerait la livraison aux consommateurs d'environ 100 TWh d'électricité soit environ 20 % de la production actuelle^[69]. Cette énergie allant pour moitié au parc automobile, l'autre moitié allant au transport par camion^[70].

Selon Marcel Robert, de CarFree France (un mouvement antivoiture qui « lutte contre l’oppression automobile »), si on souhaitait électrifier la totalité du parc automobile français, composé d'environ 36 millions de voitures en 2011, il faudrait produire environ 100 millions de MWh électriques par an, l'équivalent de 17 réacteurs nucléaires^[71].

Charge

Modes de recharge^[72]

L'utilisation régulière d'un véhicule électrique nécessite de disposer d'installations de recharges sûres et simples d'utilisation. Ces infrastructures de recharge devront par ailleurs permettre à l'utilisateur de recharger son véhicule au cours de ses déplacements habituels (domicile, lieu de travail, centres commerciaux, parkings, etc.^[73]) et non imposer un arrêt spécifique : le concept de la recharge du véhicule électrique est de charger lorsque l'on s'arrête et non pas de s'arrêter pour recharger, à la différence des véhicules thermiques. Les différents types d'infrastructures de rechargement permettront alors l'adéquation entre la recharge complète du véhicule et les habitudes de l'utilisateur liées au lieu d'arrêt^[74] :

• pour les arrêts de longue durée (nuit au domicile, journée sur le lieu de travail), une recharge complète en 6 à 8 heures peut se faire sur une installation domestique ou spécifique^[75].
• pour les arrêts plus courts, de 1 à 2 heures (parking, centre commercial, stationnement sur la voie publique, pause du déjeuner...) une recharge rapide sur borne spécifique^[75],
• il restera cependant des cas où l'arrêt s'impose pour recharger (cas d'un long trajet ou d'un usage professionnel intensif, comme les taxis ou certaines flottes de véhicules) : la recharge très rapide, en 15 à 20 minutes est nécessaire^[75].

La capacité des batteries d'un véhicule tout électrique est de l'ordre de 20 kWh, lui assurant une autonomie d'environ 150 kilomètres ; les véhicules hybrides rechargeables ont eux une capacité d'ordre de 3 à 5 kWh, pour une autonomie électrique de 20 à 40 kilomètres (le moteur thermique assurant lui l'autonomie d'un véhicule classique).

En raison de cette autonomie encore limitée, la recharge régulière du véhicule est nécessaire tous les deux ou trois jours en moyenne. En pratique, il est probable que le conducteur recharge son véhicule dès qu'une occasion pratique de le faire se présentera.

Pour la charge normale (3 kW), les constructeurs automobiles ont intégré un chargeur de batterie à la voiture. Un câble de recharge permet de le brancher sur le réseau électrique pour l'alimenter en courant alternatif 230 volts. Pour la charge plus rapide (22 kW, voire 43 kW et plus), les constructeurs ont retenu deux solutions :

• utiliser le chargeur intégré au véhicule, dont la conception permet de charger de 3 à 43 kW en 230 V monophasé ou 400 V triphasé.
• utiliser un chargeur externe, qui assure la conversion alternatif/continu et charge le véhicule à 50 kW.

La recharge d'un véhicule électrique apparaîtra à son utilisateur aussi simple que de brancher un appareil électrique habituel ; mais pour assurer que cette opération se passe en toute sécurité, le système de recharge doit assurer plusieurs fonctions de mises en sécurité et dialoguer avec le véhicule pendant la connexion et la recharge.

Les modes de recharge pour véhicule électrique^[76] :

Mode 1, prise fixe non dédiée 

Branchement du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC par le biais de socles de prise de courant normalisés (intensité standard : 10 A) présents côté alimentation, monophasés ou triphasés, avec conducteurs de terre d'alimentation et de protection.

Mode 2, prise non dédiée avec dispositif de protection incorporé au câble 

Branchement du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC par le biais de socles de prise de courant normalisés, monophasés ou triphasés, avec conducteurs de terre d'alimentation et de protection et fonction pilote de contrôle entre le véhicule électrique et la fiche ou le coffret de contrôle incorporée au câble.

Mode 3, prise fixe sur circuit dédié 

Branchement direct du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC avec une fiche spécifique et un circuit dédié ; fonction de contrôle et de protection installée de façon permanente dans l'installation.

Mode 4, connexion CC 

Branchement indirect du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC par le biais d'un chargeur externe. Fonction de contrôle, de protection et le câble de recharge du véhicule installé de façon permanente dans l'installation.

Temps de recharge

La durée nécessaire au rechargement optimal de la batterie du véhicule est directement liée à la puissance électrique injectée dans le véhicule. Dans le cadre d'un branchement sur une prise domestique du réseau de distribution standard d'un bâtiment (mode 2), la charge sera limitée à 10 A, ce qui se traduit par un temps de recharge plus long, de l'ordre de 10 à 12 heures. Lorsque le branchement est effectué via un circuit électrique dédié (mode 3), le temps de rechargement est compris entre une heure (triphasé, 63 A) et 8 heures (monophasé, 16 A).

En complément, des stations de recharge rapide (mode 4), délivrant 500 V / 125 A en courant continu permettent de recharger 80 % de la capacité de la batterie en seulement 15 minutes.

Durée de recharge	Alimentation	Tension	Courant max
6-8 heures	Monophasé - 3,3kW	230 VAC	16 A
2-3 heures	Triphasé - 10kW	400 VAC	16 A
3-4 heures	Monophasé - 7kW	230 VAC	32 A
1-2 heures	Triphasé - 24kW	400 VAC	32 A
20-30 minutes	Triphasé - 43kW	400 VAC	63 A
20-30 minutes	Continu - 50kW	400 - 500 VDC	100 - 125 A

Norme IEC 61851-1 « Système de charge conductive pour véhicules électriques »

Au regard des impératifs de sécurité et des contraintes d’utilisation, le dispositif de recharge des véhicules électriques doit être conçu selon un standard véhicule électrique spécifique afin de pleinement garantir la sécurité des biens et des personnes.

Le circuit de recharge dédié imposé dans le « Mode 3 » (cf. figure 3) et défini dans la proposition de norme IEC 61851-1^[77], « Electric vehicle conductive charging system » ou « Système de charge conductive pour véhicules électriques », permet de garantir une sécurité maximale des utilisateurs lors de la recharge de leur véhicule électrique.

Il permet par ailleurs d’agir au plus juste sur l' intensité de recharge en cas de demande du fournisseur d’énergie (smart grid / demande-réponse) et il impose de plus un circuit de recharge spécifique et dédié.

Un contrôleur de recharge, côté infrastructure, vérifie les éléments suivants avant d’enclencher la recharge :

• Vérification que le véhicule est bien connecté au système.
• Vérification que la masse du véhicule est bien reliée au circuit de protection de l’installation.
• Vérification de la cohérence des puissances entre le câble, le véhicule et le circuit de recharge.
• Détermination de la puissance maximale de recharge qui sera allouée au véhicule.

L’ensemble de ces vérifications et de la communication se fait au travers d’une communication sur fil spécifique, dit « fil Pilote ».

Il est donc impératif que la connectique des prises et socles de prises coté infrastructure soit dotée de deux fils / broches additionnels – dits fils pilotes. Cependant les prises de courant à usage domestique ne comportent pas ces deux fils/broches additionnels nécessaires au fonctionnement du contrôleur de recharge.

La norme en cours de préparation IEC 62196-2^[77], « Prises et socles de prises pour véhicules électriques à recharge conductive », définit un panel de prises pouvant être utilisées pour les recharges via le Mode 3. Elles comportent de base les deux fils/broches Pilotes.

Prises de recharge

Les prises de recharge dédiées

Trois types de prises dites « véhicules électriques » et dotées des connectiques pour fil pilote peuvent être utilisées dans le cadre de la recharge des véhicules électriques.

Caractéristiques	Type 1	Type 2	Type 3
Phase	Monophasé	Monophasé / Triphasé	Monophasé / Triphasé
Courant	32 A	70 A (monophasé) 63 A	32 A
Tension	250 V	500 V	500 V
Nb broches	5	7	5 ou 7
Obturateur	Non	Non	Oui
Schéma		180px

Pour les infrastructures de recharge une prise de type 3 est préconisée^[78], pour deux principales raisons :

• Parmi les trois modèles (type 1, type 2 et type 3) proposés seuls les prises et socles de prises de type 3 comportent des obturateurs.

Ces obturateurs sont obligatoires en France et dans de nombreux pays en Europe sur les socles de prises à usage domestique afin d’éviter tout accident en cas d’introduction d’objets dans les socles des prises, notamment par des enfants.

• Les solutions de type 3 comportent aussi des obturateurs sur les prises (fiches mâles) afin d’anticiper l’arrivée des « vehicules to grid ».

Dans ce cas, le véhicule se comportera comme un « générateur de puissance ». La présence des obturateurs sur les fiches permettra donc d’avoir le même niveau de sécurité pour les personnes que les socles de prises.

Écologie

À l'utilisation, une voiture électrique ne produit pas directement de gaz polluants ni gaz à effet de serre, est peu bruyante à basse vitesse, ne consomme pas d'autre énergie à l'arrêt que celle des équipements annexes (chauffage, climatisation, sonorisation, phares, équipements de sécurité etc.). Cependant cela reste un objet technique source potentielle de pollutions dans le cadre de sa fabrication^[79], et c'est évidemment un véhicule routier avec ce que cela implique comme impact environnemental (nécessité d'un réseau de routes, parkings et autres infrastructures, coûteux, consommateur d'espace et facteur de fragmentation écologique, « roadkill », pollution lumineuse, par les voies éclairées plus que par l'éclairage embarqué). Spécifiquement, le véhicule électrique pose la question écologique à propos des accumulateurs (production, recyclage, et élimination), et, selon le cas, de la pile à combustible et du carburant de celle-ci, ou de la production d'électricité supplémentaire^[79].

La nature et l'ampleur de ces pollutions dépendent principalement du type d'énergie primaire utilisé pour produire l'électricité (ou le carburant pour la pile à combustible) destiné au véhicule. Le bilan écologique est très différent selon la propreté de l'énergie primaire utilisée^[80], sachant que tout le spectre est possible (charbon, éolien, gaz, hydraulique, nucléaire, pétrole, solaire...), et que cela peut dépendre tant de la saison que du mode de recharge (rapide de jour ou lente de nuit, en hiver ou en été, la production électrique sollicitée n'est pas la même). Néanmoins, en France par exemple, compte tenu de la provenance de l'énergie, un véhicule électrique émet moins de 20 g de CO₂/km du puits à la roue^[81], contre 160 g/km en moyenne pour un véhicule thermique, mais nécessairement plus de déchets radioactifs^{[réf. nécessaire]}. Ce chiffre est moins favorable en Europe (100 g/CO₂) et dans le monde (130 g/CO₂), où sont utilisées des centrales à énergie fossile (charbon principalement). La part continûment croissante des énergies renouvelables comme moyen de production d'énergie, associées à une utilisation intelligente du réseau (« smartgrid ») devraient encore améliorer le chiffre des émissions de CO₂ des véhicules électriques. Pour un ordre d'idée, la production d'énergie éolienne mondiale était de 316 TW.h en 2009, ce qui correspond à l'énergie qui serait utilisée annuellement par 115 millions de véhicules électriques (pour une moyenne de 20 000 km/an), soit 17,4 % du parc automobile mondial^[82].

Fin de vie et recyclage

En fin de vie, la dépollution et le recyclage pour les deux systèmes (pile à combustible et accumulateurs), n'est écologiquement pas neutre. Les composantes fonctionnelles doivent être recyclées, ce qui comporte un coût autant en énergie qu'en recyclage de matières potentiellement polluantes. Le recyclage est indispensable dans tous les cas en raison de la nature des matériaux utilisés pour la construction des deux systèmes : plomb, nickel et autres métaux lourds dans le cas des accumulateurs, métaux et produits chimiques pour les piles à combustible. Les batteries s'usent assez vite, cinq années de durée de vie en moyenne (tout types de batterie confondus).

Perspectives

Des voitures et des bus électriques sans batteries (OLEV, pour OnLine electric vehicle) ont été testés^[83] en Corée en 2009. Leur moteur est alimenté par induction à partir d'une « voie magnétique » alimentée par un réseau de câbles enfouis à quelques centimètres sous la surface de la route. En juillet 2009, le prototype de bus fonctionnait à 60 % de la puissance initiale avec un écart à la ligne de 12 cm. Selon les auteurs de ce projet, il faudrait quand même l'équivalent de deux centrales nucléaires pour ainsi faire rouler 50 % de toutes les voitures de Corée (6 millions de véhicules), ce qui permettrait d'économiser 35 millions de barils par an, soit près de 3 milliards de dollars (au prix de 80 dollars le baril). Les routes et surface des bâtiments proches pourraient un jour produire de l'électricité photovoltaïque pour alimenter de tels systèmes.

Selon l'ONG Transport & Environment, les ventes de véhicules électriques ne devraient commencer à être notables que vers 2030 pour atteindre environ 25 % des véhicules neufs en 2050. Le problème principal reste le coût et les capacités des batteries qui grèvent la rentabilité des véhicules électriques par rapport aux technologies traditionnelles. L'association pointe aussi le problème de l'alimentation en électricité: en Europe un remplacement complet du parc par des véhicules électriques entrainerait un accroissement des besoins de 15 %. Faute d'investissement dans les énergies renouvelables, ce surplus risque de provenir principalement du charbon et du nucléaire^[84].

La guerre des normes et des architectures a commencé avec le déploiement à grande échelle de véhicules électriques et d'infrastructures de recharge au coin de la rue. 2012-2020 risque d'être une période cruciale pour l'élaboration de systèmes de transport plus propres et plus intelligents.

• Le standard IEC 61851-1 : « Les systèmes de charge conductive pour véhicules électriques », définit les modes de recharge.
• Le standard IEC 62196-2 : « Prises et socles de prises pour véhicules électriques à recharge conductive », garantit un maximum de sécurité pour les utilisateurs.
• Et un standard est en cours d'écriture sur les modes de communication entre les véhicules et le réseau.

Fixer des normes d'infrastructures de recharge sûres et rentables : Schneider Electric, Legrand et Scame sont les membres fondateurs d'EV Plug Alliance, une association d'industriels dont la mission est de développer un label garantissant la conformité avec les prises et connecteurs de Type 3 du projet de norme CEI. L'objectif est d'assurer les normes de sécurité de l'équipement de recharge de l'ensemble des véhicules électriques à usage résidentiel ou commercial tout en optimisant les coûts^[85].

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• véhicule hybride
• Véhicule propre
• Véhicule électrique
• Bolloré Bluecar
• Lumeneo Smera
• Pile à combustible

Liens externes

• (fr) Site officiel de l'Avere-France - Association professionnelle pour le développement du transport et de la mobilité électriques.
• (en) AVERE - The European Association for Battery, Hybrid and Fuel cell Electric Vehicles
• (en) World Electric Vehicle Association (WEVA)

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