Voiture électrique

Une voiture électrique est une automobile mue par la force électromotrice de moteurs électriques, alimentée par une batterie d'accumulateurs.

En l'état actuel de la technologie les batteries permettent difficilement d'assurer une autonomie suffisante, et nécessitent des temps de recharges long (plusieurs heures). 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 (véhicule « hybride »), pile à combustible ou autre groupe électrogène, éventuellement des panneaux solaires intégrés à la carrosserie pour des véhicules spécialement économes.

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.

En France Renault prévoit en 2012 la production de masse d'un véhicule grand public, qui sera assemblé à l'usine Renault de Flins.

Le premier véhicule électrique, un train miniature, est construit par Thomas Davenport en 1834. En 1835, Sibrandus Stratingh met au point une voiture électrique expérimentale à échelle réduite . D'autres prototypes de voitures électriques ont probablement été construits avant, 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.

En novembre 1881, Gustave Trouvé présente une automobile électrique à l'Exposition internationale d'Électricité de Paris. À la fin du XIX 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 siècle, tant en Europe – et notamment en France – qu'aux États-Unis. 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 mai 1899.

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

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. 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, 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 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. ». Depuis 1955, la plupart des historiens ont accepté l'explication de Rae, à l'exception de Rudi Volti, qui fut le premier à remettre en question la thèse du déterminisme. Plusieurs sortes de raisons techniques et économiques étaient et sont encore avancées pour expliquer la supériorité intrinsèque de la voiture à essence. Cependant, au début des années 2000, un ouvrage de David A. Kirsch 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, 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. À la fin des années 1960, la voiture électrique connaît ainsi un regain d'intérêt, 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. 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, et grâce aux derniers progrès techniques.

Aujourd'hui en France

Aujourd'hui la majorité des voitures électriques est possédée 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. 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 exploite aujourd'hui un parc automobile de près de 50 000 véhicules légers et utilitaires et pourrait à terme utiliser uniquement des véhicules électriques. 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. La notion de véhicule « propre » est néanmoins contestée par les écologistes qui rappellent qu'un véhicule est toujours polluant, que ce soit du fait de l'utilisation de combustible ou de celui des matériaux utilisés pour construire le véhicule.

Selon Frédéric Marillier, chargé de campagne Énergie pour l'ONG Greenpeace France, « sur plus de 2 000 000 de véhicules particuliers neufs immatriculés en 2006 en France, seuls 14 sont électriques. »

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). Construite à 1 117 exemplaires entre 1996 et 1999, elle sera proposée en leasing sans option d'achat, et sera améliorée plusieurs fois (nouvelles batteries Nickel-Metal Hydride beaucoup plus performantes). En 2003, le programme va être subitement arrêté, les voitures récupérées par GM et détruites, sauf quelques exemplaires conservés pour la recherche. Son C_x de 0,19 était tout à fait exceptionnel pour une auto de série.

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, 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, elle se recharge en quelques heures. Plus récemment la firme a présenté sa berline familiale de luxe, le Model S. Avec un prix de base de 50 000 $, jusqu'à 480 km d'autonomie, 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. 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 , la REVA est maintenant disponible dans différents pays européens. 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.

En 2010, Toyota et EDF vont tester une nouvelle voiture hybride en vue d'une future commercialisation. L´expérimentation aura lieu dans la ville de Strasbourg. Cette voiture essence hybride sera 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. Les tests en utilisation normale ont débuté à l'automne 2007.

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

Le premier camion tout-électrique pour les livraisons en ville est déjà en service en Angleterre. La circulation dans le centre de Londres étant soumise à péage sauf pour les véhicules électriques, le constructeur Smith Newton a conçu ce camion à cet effet. Il a une autonomie de 80 km et une charge utile de 3,4 tonnes.

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 et a déjà été perfectionné entre autres par Pierre Couture d'Hydro Québec avec le moteur-roue d'Hydro-Québec de 1994).

• L'entreprise de construction automobile américaine General Motors commercialisera d'ici à 2010 un véhicule à moteur électrique et générateur d'appoint thermique, la Chevrolet Volt.

• L'Alliance Renault-Nissan lancera des véhicules électriques; en particulier l'usine Renault de Flins devrait assembler dès 2011 des véhicules Renault ZE, 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 prévoit la construction d'un véhicule électrique OpenSource.

• 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). Des interactions avec l'utilisation de l'hydrogène étant également envisagées.

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.

• Capacité du réseau électrique : Sauf à voir le prix du photovoltaïque très fortement diminué, l'électricité n'est rentablement disponible en suffisance que la nuit, entre 22 h et 6 heures du matin, et plutôt en été.
• Capacité de recharge de accumulateurs : des prises électriques privées (garage) ou publiques (voirie) 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. 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. 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-essence 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'age (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 consommation 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, leur remplacement par de l'électricité supposerait la livraison aux consommateurs d'environ 100 TWh d'électricité soit environ 20 % de la production actuelle. Cette énergie allant pour moitié au parc automobile, l'autre moitié allant au transport par camion.

A 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, 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, couteux, 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.

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, 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).

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. Recyclage indispensable dans tous les cas dû aux matériaux utilisés pour la construction des deux systèmes : dans le cas des accumulateurs: plomb, nickel et autres métaux lourds, 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 confondu).

Des voitures électriques (et bus) sans batteries (OLEV (OnLine electric vehicle) ont été testées 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 cm 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 35 millions de barils, et 3 milliards d'US dollars économisés par an (au prix de 80 dollars le baril).
Les routes et surface des bâtiments proches pourraient un jour produire de l'électricité photovolaïque 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.