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Batteries de voiture électrique – structure, propriétés, perspectives d’avenir

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Les batteries de voitures électriques jouent un rôle central dans le développement de la mobilité électrique. Dans le contexte de la transition énergétique et de la protection du climat, les voitures électriques ont le vent en poupe. Elles devraient à l’avenir contribuer de manière significative à la réduction des émissions de CO₂ dans le secteur des transports. 

La mobilité électrique et l’importance de la batterie électrique

L’e-mobilité constitue une étape déterminante dans la mise en place d’un avenir plus écologique. Selon des chiffres récents, plus de 110 000 voitures électriques, soit 2,3% du marché automobile global, ont été immatriculées en 2022. Ce chiffre a enregistré une hausse constante ces dernières années et on estime que plus de deux millions de véhicules de ce type circuleront en Suisse d’ici à 2035.

Il reste toutefois du chemin à parcourir et la réalisation de ces objectifs ambitieux nécessite la mise en œuvre de diverses mesures. L’enjeu consiste en définitive à renforcer l’acceptation des voitures électriques et à stimuler leurs ventes par le biais d’incitations concrètes.

ll peut d’une part s’agir d’avantages financiers ou fiscaux. Mais la technologie, et tout particulièrement la batterie de la voiture électrique, joue également un rôle déterminant. La batterie constitue en effet l’élément le plus onéreux d’une voiture électrique. 

Nous connaissons tous le principe de fonctionnement des batteries de smartphones ou autres appareils et savons que leur performance diminue avec le temps. La batterie détermine par ailleurs en grande partie l’autonomie de la voiture, un aspect important pour de nombreuses personnes qui utilisent quotidiennement leur véhicule et souhaitent également pouvoir effectuer de longs trajets. En outre, recharger une batterie est nettement plus long que le traditionnel plein d’une voiture. 

Une bonne batterie et des évolutions technologiques constantes sont nécessaires pour que ce processus de charge s’intègre dans le quotidien et ne devienne pas un obstacle.

Les différents types de batterie de voiture électriques

Différents types de batteries sont utilisés pour les voitures électriques. Outre les batteries lithium-ion les plus fréquemment utilisées, il existe également des batteries lithium-polymère et des batteries nickel-métal-hydrure. Les différences entre ces modèles résident essentiellement dans leur puissance, leur capacité, leur durée de vie et leur coût.

Les batteries lithium-ion présentent certains avantages par rapport aux autres batteries de voiture électrique. Leur densité énergétique plus élevée leur permet, à taille et poids égaux, de stocker davantage d’énergie et ainsi d’offrir une plus grande autonomie. Leur durée de vie étant plus longue, elles résistent par ailleurs à un plus grand nombre de cycles de charge avant de devoir être remplacées.

Les batteries lithium-polymère fonctionnent selon un principe très similaire. L’utilisation du plastique polymère garantit toutefois la forme très flexible de la batterie. 

Les batteries nickel-métal-hydrure étant moins sensibles à la surchauffe, leur utilisation est considérée comme plus sûre. Elles ne peuvent cependant pas transmettre toute l’énergie au moteur, ce qui limite nettement leur efficacité et a jusqu’ici empêché leur véritable percée.

Les batteries plomb-acide sont la forme la plus ancienne et la plus simple de batteries de voiture électrique. Elles sont toutefois moins adaptées compte tenu de leur densité énergétique et de leur capacité très réduites.

En raison de leurs performances en termes de densité énergétique, de capacité et de durée de vie, les batteries lithium-ion restent la technologie privilégiée pour les voitures électriques. La batterie solide pourrait à terme les concurrencer, mais cette technologie n’a pas encore atteint le stade de la commercialisation.

Les batteries au lithium sont les plus utilisées

Les batteries de voiture électrique ont beaucoup évolué ces dernières années. La technologie lithium-ion s’est imposée sur le marché et est désormais intégrée dans la plupart des modèles.

  • Structure: une batterie lithium-ion est constituée de plusieurs composants, dont les principaux sont l’anode et la cathode, l’électrolyte et le film séparateur. L’anode est généralement faite de graphite, tandis que la cathode est constituée d’un mélange de composés de lithium tels que l’oxyde de cobalt lithié ou le phosphate de fer lithié. L’électrolyte est un liquide ou un gel constitué d’un composé ionique qui permet aux ions de circuler entre l’anode et la cathode. Le film séparateur est une fine couche placée entre l’anode et la cathode destinée à éviter les courts-circuits.
  • Fonctionnement: lorsque la batterie est chargée, les ions lithium migrent de la cathode vers l’anode à travers l’électrolyte, où ils sont stockés. Lorsque la batterie de la voiture électrique est déchargée, les ions lithium sont réacheminés vers la cathode, où ils émettent de l’énergie électrique. Un système de gestion de batterie (BMS) surveille et contrôle le niveau de charge et de décharge de la batterie afin de garantir son fonctionnement sûr et efficace. Le BMS protège par ailleurs la batterie contre la surcharge ou la surchauffe.

Batterie électrique: capacité, temps de charge, durée de vie

Lors du choix d’une voiture électrique ou d’une batterie adaptée, on se concentre principalement sur trois aspects: la capacité, le temps de charge et la durée de vie. Quelles sont les performances des batteries de voiture électrique?

Capacité et autonomie

La capacité des batteries de voiture électrique varie selon le modèle et le fabricant. La plupart des voitures électriques affichent entre 40 et 100 kWh. Plus la capacité de la batterie est élevée, plus l’autonomie est grande. Une voiture équipée d’une batterie de 40 kWh peut ainsi parcourir environ 200 kilomètres, tandis que l’autonomie dépasse 600 kilomètres pour un modèle doté d’une batterie de 100 kWh. Comme pour les moteurs à combustion, les valeurs exactes varient d’un modèle à l’autre. D’après le test de l’ADAC, ces valeurs s’établissent, selon le fabricant et la voiture, entre 16,7 kWh/100 km et 30,9 kWh/100 km.

Mais l’autonomie d’une voiture électrique dépend également d’autres facteurs, tels que le style de conduite, la température ou l’utilisation de la climatisation ou du chauffage. 

Temps de charge et infrastructure de recharge

Sur une borne de recharge rapide, une voiture électrique affichant une capacité de batterie de 80 kWh peut être chargée à 80% en 30 minutes environ. Selon la puissance disponible, une charge complète en courant continu (DC) peut toutefois nécessiter jusqu’à 90 minutes. Les bornes de recharge rapide sont nombreuses sur les routes suisses et l’extension du réseau se poursuit. Le temps de charge sur une borne AC ou une Wallbox domestique avec du courant alternatif est nettement plus long. Mais à domicile, il est justement très facile de recharger la voiture pendant la nuit pour qu’elle soit prête le lendemain.

Durée de vie et recyclage

La durée de vie d’une batterie préoccupe les acheteurs et acheteuses de voitures pour plusieurs raisons. La capacité et la performance d’une batterie diminuent au fil du temps. Type de batterie, utilisation, température ambiante: de nombreux facteurs ont finalement une incidence sur sa longévité. Selon le modèle et le fabricant, la durée de vie d’une batterie est comprise entre huit et dix ans. Il faut toutefois toujours s’attendre à une certaine perte de performance. Après 100 000 km, une batterie n’atteint plus les 100%. Les batteries modernes tiennent cependant longtemps et ne doivent pas, comme beaucoup le craignaient, être remplacées tous les deux ans. La batterie est en outre nettement préservée en cas d’utilisation de courant alternatif pour la charge.

Le recyclage des batteries favorise la réduction des déchets et permet de réutiliser de précieuses matières premières. En plus d’être écologique, cette démarche contribue à long terme à la lutte contre la pénurie de matières premières. Jusqu’à 90% des ressources utilisées peuvent être récupérées à l’aide des procédés de recyclage modernes.

Le saviez-vous?

Une batterie de voiture électrique a une durée de vie limitée et perd de sa performance au fur et à mesure de son utilisation. C’est pourquoi les fabricants travaillent à l’amélioration des batteries et accordent une garantie de performance. Des garanties allant jusqu’à huit ans et 160 000 kilomètres s’appliquent généralement. 

Voiture électrique d’occasion: la batterie dans la ligne de mire

L’achat d’une voiture d’occasion implique toujours un certain risque. Dans quel état est la voiture? Combien de temps les différentes pièces d’usure tiendront-elles encore? Dans le cas de la voiture électrique, il convient également de considérer la batterie, une composante très sensible dont la performance diminue fatalement. Si la batterie ne doit pas constituer un frein à l’achat d’une occasion, vous devez connaître aussi précisément que possible sa capacité résiduelle et déterminer si celle-ci est adaptée à vos besoins.  

Dans l’idéal, le vendeur doit être en mesure d’attester, par le biais de contrôles réguliers, comment l’état de la batterie a évolué et quelle performance vous pouvez désormais en attendre. En l’absence de tels documents sur l’état de santé de la batterie, mieux vaut la faire vérifier par des spécialistes avant toute décision d’achat.

L’empreinte carbone d’une batterie électrique

Les voitures électriques sont volontiers présentées comme des alternatives écologiques aux véhicules traditionnels, car elles ne rejettent pas d’émissions et réduisent ainsi l’empreinte carbone. On oublie toutefois souvent que la production et l’élimination des batteries de voiture électrique sont également polluantes.

La fabrication des batteries de voiture électrique nécessite une quantité importante de matières premières, souvent extraites dans de mauvaises conditions de travail et à grand renfort d’énergie. La fabrication des batteries nécessite également beaucoup d’énergie, laquelle provient généralement de carburants fossiles et contribue ainsi à l’émission de CO₂.

Des études montrent cependant que la voiture électrique reste une alternative plus écologique au moteur à combustion. Mais l’électricité que vous utilisez pour recharger votre voiture est également un facteur déterminant. Si vous utilisez le traditionnel courant mixte, il vous faut parcourir au moins 80 000 km pour rouler plus écologique qu’avec un modèle diesel comparable. Avec du courant 100% écologique, cet objectif est atteint dès 40 000 km.

La batterie, l’actuel défi de la mobilité électrique

Les voitures électriques ont le vent en poupe depuis quelques années et les chiffres de vente grimpent en flèche. Différentes difficultés en lien avec la batterie doivent toutefois encore être surmontées:

  • Prix: le coût de la batterie représente une part significative du prix total d’une voiture électrique. Bien qu’en baisse ces dernières années, ce prix demeure aux yeux du consommateur final toujours élevé par rapport aux moteurs à combustion. Si vous assurez votre voiture électrique, vous devez par conséquent envisager une couverture supplémentaire pour la batterie de votre véhicule. 
  • Densité énergétique: divers projets de recherche sont menés en vue d’augmenter la densité énergétique des batteries et de réduire leur coût. La batterie solide est une technologie très prometteuse qui doit garantir une densité énergétique et une longévité supérieures à celles des batteries lithium-ion. Elle se trouve toutefois encore en phase de développement.
  • Utilisation des matières premières: disponibilité et le prix des matières premières que contiennent les batteries ont un impact considérable sur leur production. Actuellement, la plupart de ces matières premières sont extraites en Australie, au Chili, en Chine et dans d’autres pays. Une diversification des sources de matières premières et une augmentation du taux de recyclage contribuent à réduire la dépendance à l’égard de certains fournisseurs de matières premières.
  • Infrastructure de recharge: pour renforcer l’attrait des voitures électriques auprès du grand public, il convient d’améliorer l’infrastructure de recharge. Le temps de charge et l’autonomie sont des critères déterminants dans la décision d’achat d’une voiture électrique. L’installation de bornes de recharge rapide le long des autoroutes et dans les villes ainsi que le développement de technologies de charge plus performantes constituent des facteurs d’acceptation auprès de la clientèle potentielle.
  • Recyclage: la hausse de la demande de voitures électriques, et donc de batteries, va logiquement s’accompagner d’une augmentation de la quantité de batteries à éliminer. Une réutilisation efficace et le recyclage des batteries permettent de récupérer de précieuses matières premières et ainsi d’améliorer le bilan carbone et la charge environnementale.

Comment prolonger la durée de vie de la batterie

En appliquant les conseils suivants, les conductrices et conducteurs d’une voiture électrique pourront prolonger la durée de vie de la batterie et garantir la pleine performance de leur véhicule, même après de nombreux kilomètres:

  1. Charger une voiture électrique: une batterie ne doit jamais être trop chargée ni complètement déchargée, faute de quoi sa durée de vie pourrait s’en trouver réduite. Idéalement, le niveau de charge doit toujours se situer entre 20% et 80%.
  2. Style de conduite: conduire en douceur réduit la sollicitation de la batterie et prolonge ainsi sa durée de vie.
  3. Températures extrêmes: les batteries de voiture électrique fonctionnent de façon optimale à des températures modérées. Les températures élevées, tout comme le froid, peuvent solliciter la batterie et occasionner des dommages à long terme.
  4. La recharge rapide, mais pas seulement: les nombreuses stations de recharge rapide rechargent la batterie en un laps de temps très court, parfois en moins d’une heure. Bien qu’elle offre au quotidien un gain de temps attrayant, cette option n’est pas recommandée sur le long terme. Mieux vaut privilégier la charge plus lente sur la borne domestique afin de ne pas user la batterie trop rapidement.
  5. Entretien: un entretien et un contrôle réguliers de la batterie de voiture électrique permettent d’identifier de manière précoce les problèmes potentiels et, en cas de doute, d’y remédier ou de faire valoir la garantie. 
  6. Prudence l’hiver: l’hiver, il se peut que la voiture électrique soit en deçà de son autonomie habituelle. Les basses températures altèrent en effet les performances de la batterie. Et l’utilisation simultanée du chauffage des sièges pèse elle aussi sur la consommation. Si la voiture est branchée sur une borne domestique, il est recommandé, pour une meilleure efficacité, de la préchauffer pendant la charge.

En résumé: la batterie constitue un facteur déterminant de la performance d’une voiture électrique

Autonomie, temps de charge, durée de vie: les aspects essentiels à prendre en compte lors de l’achat d’une voiture électrique sont liés à la batterie. Grâce à l’amélioration constante de la technologie de batterie, les voitures électriques constituent désormais une alternative viable aux véhicules traditionnels. Il reste cependant encore quelques obstacles à surmonter pour qu’elles s’imposent plus largement auprès du grand public. Les prix et l’infrastructure de recharge représentent également des critères importants. Le lancement de nouvelles technologies telles que la charge bidirectionnelle est par ailleurs imminent. À long terme, les batteries de voiture électrique contribueront à un transport plus écologique.

Questions fréquemment posées sur les voitures électriques

Quelle est la durée de vie d’une batterie de voiture électrique?

La durée de vie d’une batterie de voiture électrique dépend de nombreux facteurs, parmi lesquels le type de batterie, les conditions de conduite et la maintenance. Une batterie de voiture électrique classique peut totaliser jusqu’à 200 000 km ou plus avant de devoir être remplacée.

Combien coûte une batterie de voiture électrique?

Le prix dépend de la taille de la batterie et du modèle de voiture électrique. Le coût d’une batterie de voiture électrique classique peut s’élever à près de la moitié du prix du véhicule, bien que les tarifs varient selon le fabricant et le modèle.

À quelle fréquence doit-on faire contrôler la batterie d’une voiture électrique? 

Les besoins en entretien d’une batterie de voiture électrique dépendent du type de batterie. Les batteries lithium-ion, les plus répandues dans les voitures électriques, ne nécessitent normalement qu’un minimum d’entretien. Une visite technique annuelle est toutefois recommandée.

Le stock mondial de lithium est-il suffisant pour couvrir le besoin des voitures électriques?

La pénurie de lithium constitue en effet à long terme un problème potentiel. La demande en lithium augmente précisément sous l’effet des objectifs climatiques ambitieux et de la promotion accrue de l’e-mobilité. De nouvelles technologies et un recyclage plus efficace des matières premières peuvent, tout au moins partiellement, remédier à ce problème.

Les batteries de voiture électrique se louent-elles?

Il fut un temps où la coûteuse batterie était proposée à la location par de nombreux fabricants. Le coût n’était alors pas le même et des prestations de service régulières étaient garanties. Ce concept a toutefois été largement abandonné. La location d’une batterie est désormais peu répandue et n’est généralement plus proposée.

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