Véhicule électrique - Définition

Introduction

Une Tesla Roadster, voiture de sport électrique.

Un véhicule électrique est un véhicule dont la propulsion est assurée par un moteur fonctionnant exclusivement à l’énergie électrique, à la différence des véhicules hybrides, disposant fréquemment de deux moteurs dont un électrique.

Véhicules ferroviaires

Le transport ferroviaire est celui qui fait le plus largement appel à la traction électrique. Si la traction à vapeur a quasiment disparu, il reste de nombreuses locomotives diesel. Les modes de transport ferroviaires urbains sont quasiment tous électriques.

Véhicules aériens

Le transport aérien ne fait pas appel à l'énergie électrique. Essentiellement, cela tient au poids important des batteries ou à l'énorme surface de capteurs solaires nécessaire pour produire l'énergie. Ces éléments vont vivement à l'encontre de l'implantation dans un avion qui a de drastiques contraintes de poids et de taille.

Toutefois, l'énergie, la puissance disponibles et le poids des nouvelles batteries permettent leur incorporation à certains aéronefs, tels que les motoplaneurs ultra-légers à motorisation électrique. L'énergie disponible à bord permet l'envol, et même plusieurs envols successifs sans recharge des batteries. Le vol se poursuit alors après rétraction de l'ensemble propulsif dans le fuselage, en retrouvant les qualités de vol et de finesse d'un bon planeur (finesse 40 typiquement). Plusieurs modèles sont disponibles sur le marché tels que l'« Apis E » et le « Silent E » par exemple, ou l'« Antares 20E » (Lange Aviation). Existent également des ULM pendulaires à moteur électrique Electro-Trike d'Electravia. Il faut également citer l'intérêt grandissant dans le domaine des drones de toutes tailles à usage civil et militaire pour la propulsion électrique.

Des développements se poursuivent pour améliorer les performances de l'ensemble propulsif et font l'objet de multiples projets, tant dans les universités que chez les industriels. Bien évidemment, l’idéal serait de recharger en vol les batteries, ce qui est envisageable par des panneaux solaires ou par l'utilisation du moteur en générateur électrique à l'occasion d'une descente prolongée, hélice en moulinet. Cette conception permettrait alors d'imaginer un vol diurne au gré du soleil. L'évolution des performances des panneaux solaires photovoltaïques, en performance et coûts, laisse à penser que cette idée n'est plus une utopie (voir à ce sujet le prototype Icare 2). Il y a eu le vol d'un appareil électrique modèle réduit, appelé SoLong UAV, (avec batteries et panneaux solaires), d'une durée de plus de 24 heures, puis plus de 48 heures en Californie en 2005.

Des projets associant propulsion électrique, panneaux photovoltaïques et pile à combustible font aussi l'objet d'études en vue de pouvoir réaliser des vols de longue durée à haute altitude.

Un projet de tour du monde en avion solaire est actuellement en développement en Suisse par une équipe réunie auprès d'un célèbre aéronaute : le projet Solar Impulse. Celui-ci a déjà réalisé, du 7 au 8 juillet 2010, un vol de 26 heures et 9 minutes sans interruption incluant une nuit entière.

Véhicules routiers

Les véhicules routiers électriques ont vu le jour au début du XX^e siècle. La Jamais Contente fut ainsi la première voiture à franchir les 100 km/h. De nombreux petits véhicules de livraison électriques furent également utilisés dans le passé. Cependant, les progrès du moteur à combustion interne furent plus rapides que ceux touchant les accumulateurs, et le véhicule routier électrique tomba vite en désuétude. Le transport automobile commencera à se préoccuper de rechercher dans la voiture électrique un moyen de transport ne polluant pas l'air durant son fonctionnement, avec l'avènement des questions de pollutions atmosphérique (gaz à effet de serre et particules) et sonore.

EDF, qui possède encore 1 500 véhicules électriques, a annoncé le 5 septembre 2007 un partenariat technologique avec Toyota, portant sur l'évaluation et le développement des véhicules hybrides rechargeables et des bornes de recharges, dans les parkings et sur le réseau routier.

Les voitures électriques sont globalement beaucoup plus efficaces énergétiquement que des voitures utilisant des moteurs à combustion (diesel, essence, hydrogène). En effet, la charge d'une batterie peut atteindre un rendement de 98 %, idem pour la décharge. L'utilisation de l'énergie dans un moteur électrique est de 97 %, d'où un rendement de la prise à la roue de 83 %. De plus, l'électricité peut être produite localement et proprement (micro-éoliennes, panneaux solaires), ce qui réduit considérablement les pertes sur le réseau et les émissions indirectes comparativement aux énergies issues des combustibles fossiles qui voyagent loin et longtemps. Rappelons que le rendement d'un moteur thermique conventionnel est inférieur à 20 % en usage normal, ce qui signifie que 80 % de l'énergie produite est perdue.

Une batterie moderne permet d'effectuer plus de 1 000 cycles (soit plus de 200 000 km dans le cas d'une batterie offrant une autonomie de 200 km) pour un coût moyen de 2 centimes d'euros par kilomètre et de 0,25 centime par kilomètre pour l'électricité. À ce jour, il n'existe aucune technologie plus écologique et meilleur marché.

Les batteries les plus modernes permettent une autonomie jusqu'à 500 km et peuvent souvent être rechargées à domicile. La mise en place d'un réseau de stations de recharge resterait cependant la solution finale pour résoudre complètement les questions d'autonomie de ces véhicules. Israël, le Danemark, l'Australie, la Californie et Hawaï mettent en place actuellement des systèmes de ce type afin de permettre la démocratisation du véhicule routier électrique.

Les véhicules électriques présentent d'autres avantages. Leur « carburant » (batterie + électricité) peut-être moins cher que l'essence (calculé sur la base du prix du litre d'essence à 1 euro) à partir d'un certain kilométrage annuel permettant d'amortir le surcoût initial de batterie par les pleins d'électricité peu couteux. Ils sont très simples d'entretien, demandant très peu de changements de pièce, et le moteur peut effectuer jusqu'à 1 million de kilomètres pour les voitures.

Leur principal inconvénient réside aujourd'hui dans leur faible autonomie (pouvant atteindre de 200 à 480 km à une vitesse de 110 km/h), leur prix d'achat élevé, notamment pour les batteries qui sont généralement proposées en location par les constructeurs, un service après vente inadapté (tant au niveau du savoir-faire que de la répartition géographique) et un prix de revente totalement dépendant de l'état des batteries. L'économie du véhicule électrique fait que son prix de revient kilométrique (« prk »), intégrant l'ensemble des coûts et produits (coût d'acquisition, aides de l'état, produit de revente), est largement supérieur à celui d'un véhicule Diesel.

Les voitures électriques

Véhicules lourds électriques

Les autobus électriques sont généralement de petits véhicules équipés de racks interchangeables de batteries au plomb, utilisés sur de très courtes distances. Ils sont par exemple employés à Rome et à Arcachon pour transporter les passagers dans les petites rues du centre ville fermées à la circulation. L'autonomie reste un point sensible, d'abord parce qu'elle impose de changer souvent les batteries et que ces changements doivent se faire dans un lieu proche de la ligne. Il est donc nécessaire de posséder un hangar proche de la zone d'exploitation.

On trouve également un certain nombre de véhicules hybrides et également le trolleybus qui est un autobus électrique alimenté par des perches branchées sur deux lignes de contact aériennes.

Parmi les variantes, il existe également le trolleybus/autobus électrique utilisé en mode autobus électrique en centre ville, ce qui permet de s'affranchir des lignes d'alimentation électrique dans la ville, puis alimenté par des lignes électriques en dehors du centre. Ce second mode permet alors l'alimentation du système de propulsion et la recharge des batteries pour le fonctionnement autonome dans la partie centrale du trajet. Cette approche permet de s'affranchir du problème de changement de batterie pour recharge évoqué précédemment.

Les véhicules de voirie, notamment les bennes à ordures, connaissent un certain nombre d'applications électriques. Ces véhicules peuvent bénéficier d'une propulsion bimodale, électrique en ville et thermique vers l'usine de retraitement.

Les scooters électriques

scooter électrique en train de charger devant un magasin de Suzhou en Chine

Le scooter électrique est une application intéressante car la limitation légale en France de performance imposée aux deux roues de moins de 50 cm³ permet d'obtenir des performances très proches de celles des véhicules thermiques. Les scooters électriques se rechargent en quelques heures sur une simple prise de courant 220 V, 16 A. En 2006, seuls les VAE (vélos à assistance électrique), sont équipés d'une batterie amovible rechargeable à domicile.

On peut attendre d'un scooter électrique une vitesse de 45 km/h pour une autonomie de 40 à 70 km. Les prochaines générations de scooters électriques devraient avoir des performances comparables aux scooters de 125 cm³ : vitesse jusqu'à 110 km/h et une autonomie de 100 km (l'autonomie d'un scooter X9 125 cm³ est comprise entre 280 et 300 km pour une vitesse atteignant 120 km/h).

Les quads électriques

Des quads électriques sont testés par La Poste française pour la distribution du courrier car l'engin est à mi-chemin entre le deux-roue motorisé et la voiture. Si l'expérience est concluante, La Poste pourrait se doter de 3 000 de ces modèles d'ici à 2012.

Les vélos électriques

Une réussite conditionnée par l'amélioration des batteries

Dans le courant de l'année 2005, l'idée de la voiture électrique a refait son apparition. Des projets portés par des industriels étrangers au monde de l'automobile, ont misé sur des technologies de batteries nettement plus performantes que les antiques batteries au plomb. Quelques prototypes ont été produits, dont certains ont été conçus comme des véhicules à part entière et non pas comme des véhicules conventionnels électrifiés.

Ces progrès techniques à venir laissent entrevoir de nettes améliorations. L'évolution du marché du pétrole, des autres technologies de véhicules propres et de la sensibilité de l'opinion publique sur les questions de la pollution et des gaz à effet de serre décideront de l'avenir de ces véhicules.

Les batteries futures devront vieillir sans perdre leur capacité, que ce soit avec le temps comme avec les cycles de charge et de décharge, et être composées de matériaux recyclables et non polluants (c'est-à-dire sans métaux lourds), pour correspondre à cet idéal écologique.