Batteries de voiture électrique: où allons-nous?

Dans le monde entier, des chercheurs et chercheuses travaillent à l’amélioration des batteries de voiture électrique. Ces recherches visent particulièrement les matériaux employés et la puissance, mais aussi le recyclage. Les batteries connaissent un développement rapide.

Batteries de voiture électrique: où allons-nous?

Aujourd’hui, les voitures électriques fonctionnent avec des batteries lithium-ion. Ces dernières sont constamment améliorées, mais la production des batteries est toujours coûteuse et représente, pour une voiture électrique de classe moyenne équipée d’une batterie de 42 kWh, environ un quart de ce qui est produit lors de la fabrication de la voiture. Ne peut-on pas faire mieux? Les chercheuses et chercheurs du monde entier tentent d’allonger la durée de vie des batteries et de les rendre plus légères, moins chères, plus performantes et plus écologiques: par exemple avec les batteries à haute énergie pauvres en cobalt et riches en nickel. De nouveaux types de batteries devraient également bientôt voir le jour. En Suisse, ce sont surtout l’Empa, les EPF et le Paul Scherrer Institut qui travaillent à l’amélioration de la batterie.

Voici comment se présente l’intérieur d’une batterie de voiture électrique

Le terme «batterie» regroupe l’ensemble du système, composé des cellules électrochimiques proprement dites, d’un système de gestion de la batterie, d’un système de refroidissement, d’un contenant et d’un système de contact. Les batteries de voitures électriques sont généralement modulaires et pèsent entre 250 et 650 kg. Les cellules électrochimiques constituent le cœur de la batterie. Elles sont reliées entre elles pour former des modules qui sont combinés avec le système de refroidissement et un système de gestion de la batterie intégré pour former un système de batterie.

L’association des matériaux d’une cellule électrochimique détermine de manière décisive ses propriétés et donc celles de la batterie. Aujourd’hui, on utilise principalement trois types de batteries dans les véhicules électriques, avec des avantages et des inconvénients différents.

Le marché des batteries pour voitures électriques est en plein essor

La demande de voitures électriques augmente dans le monde entier et, avec elle, le besoin en batteries lithium-ion. Rien qu’en 2021, la demande en matière de stockage mobile d’électricité a doublé par rapport à l’année précédente. Et cette tendance n’est pas prête de s’arrêterAu contraire, on s’attend à une croissance de la demande d’un facteur dix d’ici 2030. Selon les scénarios, il faudra multiplier la production actuelle par six ou dix pour répondre à une demande aussi importante.

Parallèlement, les batteries deviennent de plus en plus abordables. C’est en premier lieu dû à la baisse du prix des cellules. Mais cela s’explique aussi par le passage à des chimies cathodiques moins coûteuses et par la réduction de la part de cobalt au profit du nickel. Malgré les fluctuations temporaires des prix sur le marché des matières premières, la tendance à la baisse des prix des batteries devrait donc se poursuivre à long terme.

Voici ce que renferme une batterie lithium-ion

Le nom de cette batterie laisse supposer qu’elle est principalement composée de lithium. Le pensiez-vous également? Pourtant, cette matière première ne représente qu’environ 2% de la masse totale de la batterie, soit huit kilogrammes pour une batterie de 400 kilogrammes. Le reste est composé d’aluminium, de cuivre, d’acier et de plastique. Le graphique informatif vous montre ce dont une batterie a besoin.

Les procédés de recyclage modernes permettent de récupérer plus de 90% de ces matériaux, avec une pureté qui permet de les réutiliser pour la production de nouvelles batteries. La réutilisation des matériaux élimine les impacts environnementaux et sociaux négatifs liés à l’extraction de ces matières premières.

Qu’en est-il du risque d’incendie avec les batteries lithium-ion?

Actuellement, les données sont insuffisantes pour se prononcer sur le risque d’incendie des véhicules électriques par rapport à d’autres types de propulsion. Les premières évaluations montrent toutefois que le risque d’incendie des batteries lithium-ion n’est pas significativement plus élevé que celui des moteurs à combustion. En principe, le risque d’incendie n’est plus important que si une batterie est endommagée, stockée dans des conditions défavorables ou mal utilisée.

Parmi les causes d’incendie connues figurent les courts-circuits dus à des dommages mécaniques, par exemple lors d’un accident, les problèmes de qualité lors de la fabrication et la surchauffe, également appelée «Thermal Runaway». La prudence est également de mise lors de la recharge et de la décharge. En effet, un flux de courant trop élevé peut également provoquer des incendies.

Quelle est la durée de vie d’une batterie lithium-ion?

Il est impossible de répondre de manière générale sur la question de la durée de vie d’une batterie. Différents facteurs, tels que la température, les conditions et la vitesse de recharge influencent cette dernière. Actuellement, le nombre de cycles de charge complets est estimé entre 1’000 et 1’500. Par exemple, deux charges à moitié pleines sont considérées comme un cycle de charge complet. Cela se traduit par une durée de vie comprise entre 300’000 et 450’000 kilomètres pour une autonomie de 300 kilomètres par charge. Mais cela peut varier considérablement. La littérature n’est pas unanime à ce sujet, car les données empiriques manquent. Les valeurs publiées fluctuent entre 12 et 20 ans. La plupart des constructeurs offrent une garantie sur la batterie. La durée de la garantie est de huit à dix ans selon la voiture électrique ou de 150’000 à 200’000 km. Les batteries des voitures électriques vieillissent de deux manières différentes. Le vieillissement calendaire se produit automatiquement avec le temps à l’intérieur de la batterie, même sans utilisation de la batterie. Lors du vieillissement cyclique, la batterie perd de sa capacité en raison des charges et décharges répétées. Quelques bonnes pratiques permettent d’influencer positivement la durée de vie de la batterie. Utilisez votre voiture électrique dans un état de charge approximatif compris entre 20% et 80% de la capacité de charge indiquée. Renoncez également, dans la mesure du possible, à recharger votre voiture électrique avec une recharge rapide, surtout lorsque la batterie est froide.

La batterie et son impact sur l’écobilan des voitures électriques

Les voitures électriques sont environ quatre fois plus efficaces sur le plan énergétique que les voitures à combustionm De même catégorie et émettent nettementmoins de gaz à effet de serre sur toute leur durée de vie. Si l’on considère l'Écobilan actuel du Paul Scherrer Institut, on remarque néanmoins que la production de voitures électriques a un impact environnemental plus important que celle des véhicules à carburant, à hauteur de 25 à 50%. Pourquoi? Contrairement aux voitures à combustion, elles n’ont certes pas besoin de catalyseur et ne contiennent donc pas de rhodium ou de palladium, deux des matériaux les plus polluants qui soient. En revanche, elles ont des besoins nettement plus importants en cuivre et en électronique. La fabrication de la batterie devient ainsi un facteur essentiel dans l’écobilan des voitures électriques. Mais leurs avantages sont aussi importants. En fin de vie, presque tous leurs composants peuvent être recyclés, et la tendance est à la hausse.

Une deuxième vie pour les batteries des voitures électriques

Après environ 20 ans d’utilisation, les modules de batterie ont tellement vieilli qu’ils doivent être recyclés. Si, une fois cette période écoulée, la batterie devient moins performante, il se peut que vous deviez en changer. Si elle fonctionne encore, il existe de nombreuses possibilités judicieuses pour continuer à l’utiliser. Dans ce contexte, on parle d’une approche «multi-vie». Cette approche atténue la demande en matériaux critiques et confère aux batteries usagées une seconde vie, par exemple, pour l’éclairage d’un stade de football: à Amsterdam, les anciennes batteries de quelque 150 voitures électriques stockent l’énergie solaire produite pendant la journée sur le toit du stade pour alimenter les projecteurs. Le même principe peut également être appliqué à domicile à une moindre échelle.

Grâce au progrès, on produit aujourd’hui des batteries de plus en plus performantes pour une même consommation de matériaux. D’un point de vue écologique, il peut donc être plus intéressant de récupérer les matières premières par un recyclage efficace afin de fabriquer de nouvelles batteries, plutôt que de prolonger leur durée de vie le plus longtemps possible.

Recyclage des batteries en Suisse

Qu’advient-il des batteries défectueuses? Elles deviennent de nouvelles batteries. En Suisse, la start-up LIBREC gèrera à partir de la fin 2023 la première installation de recyclage spécialisée. Des technologies ultramodernes permettent de récupérer bien plus de 90% des matériaux et de les réintroduire dans le cycle de production. Selon une directive de l’Union européenne, des parts minimales de matières recyclées devront être présentes dans chaque nouvelle batterie à partir de 2030. Vous pouvez également apporter votre contribution: en rechargeant correctement et en adoptant un mode de conduite adapté, vous pouvez prolonger la durée de vie de votre batterie.

D’où proviennent les matières premières?

Les voitures à batterie sont-elles l’avenir ou ne font-elles que déplacer la pollution? L’une des principales critiques porte sur l’utilisation de terres rares, de cobalt et de lithium dans les batteries. Pour le documentaire «À contresens», le journaliste de la RTS Jonas Schneiter et l’ingénieur en énergie Marc Muller ont démonté deux voitures comparables, l’une à essence et l’autre électrique, afin de découvrir ce qu’elles contiennent concrètement et de partir à la recherche de leurs traces dans les différents domaines de la fabrication.

Marc Muller s’est notamment rendu au Congo. Sur la «ceinture du cobalt», il a parlé avec des responsables, des activistes et des habitants et a découvert que 90% de l’extraction de cobalt est contrôlée et soumise à des conditions strictes. Les enfants et les femmes enceintes ne sont pas autorisées dans ces mines certifiées. Pourtant, 10% du cobalt est extrait de manière illégale et échappe à tout contrôle, auquel cas on doit partir du principe que des enfants sont impliqués. Les réalisateurs se sont également penchés sur la production de lithium au Chili et ont examiné sur place, aux côtés de producteurs et productrices et d’activistes environnementaux, le processus de fabrication, la pénurie d’eau dans la région et l’extinction progressive des flamants roses. Le film aborde également la question urgente de savoir comment recycler efficacement les matières premières des batteries électriques.

Voir le documentaire

Sur la plateforme Play Suisse de la SSR (Société suisse de radiodiffusion et télévision), vous pouvez visionner gratuitement le documentaire du réalisateur Jérôme Piguet de 2020. Le film est disponible en français avec des sous-titres en allemand, français et italien. Il suffit de créer un compte d’utilisateur et de se connecter. Vous pourrez ensuite trouver le film en utilisant la fonction de recherche, en tapant «à contresens» pour regarder le documentaire gratuitement.

Quelle est la taille de batterie idéale pour moi?

Aujourd’hui, de nombreuses voitures électriques vous offrent le choix entre différentes tailles de batteries. Ce n’est plus forcément une question d’avoir une batterie aussi grosse que possible, car la puissance et l’autonomie ont considérablement évolué ces dernières années.

La question qui se pose aujourd’hui est plutôt: Quelle batterie correspond à vos besoins quotidiens?

En outre, il est décisif de savoir si la voiture électrique est la seule voiture du ménage ou si elle n’est utilisée que comme deuxième voiture pour des trajets plus courts dans les environs. Pour les trajets pendulaires normaux de moins de 40 km par jour et les trajets longue distance peu fréquents, une batterie plus petite d’une capacité maximale de 30 kWh est généralement suffisante. Selon la saison, elle vous permet de parcourir entre 120 et 150 km en ville et en agglomération. Si vous devez souvent parcourir de longues distances, jusqu’à 400 km par jour, une batterie de voiture électrique plus grosse, d’une capacité de 50 kWh vous confèrera plus de flexibilité. Une charge permet de parcourir 200 km sur autoroute, voire plus en ville. De plus, le temps de charge des batteries plus grosses est souvent plus court. En fonction de la capacité de charge rapide de la voiture, vous aurez rechargé de l’énergie pour les prochains 200 km en 10 à 45 minutes. Autre avantage: une batterie plus grosse vieillit moins vite qu’une batterie plus petite, car elle nécessite moins de cycles de charge pour le même kilométrage. Pour les longs trajets réguliers ou les trajets de plus de 400 km par jour, il est recommandé d’utiliser une batterie encore plus grosse. Avec une capacité de batterie de 70 kWh, vous pouvez par exemple parcourir 300 km avant de devoir vous arrêter à la prochaine station de recharge. Il est également important de disposer d’une capacité de charge rapide de 150 kWh ou plus, afin de pouvoir charger de l’électricité pour 200 km supplémentaires en 10 à 20 minutes. En bref: il n’existe pas de recommandation générale. Évaluez précisément l’autonomie dont vous avez besoin et choisissez une batterie de la taille nécessaire. La liste des pour et contre ci-dessous vous aidera à prendre votre décision.