L’exemple de l’informatique portable, de la téléphonie mobile, de la photo numérique ou... de l’outillage portatif.

Que votre téléphone GSM soit un Nokia, un Sony ou un Alcatel, pour peu qu’il soit assez récent, vous êtes habitué à le recharger une fois par semaine, quelquefois moins, pour un usage de plus en plus fréquent.
Celles et ceux qui font de la photo numérique, c’est notre cas à Clean@uto, ne sont pas étonnés de partir plusieurs jours avec un Nikon ou Olympus pour réaliser plusieurs centaines d’images avec une seule charge de batterie. Y compris dans les rigueurs de l’hiver.
Quand aux bricoleurs ou artisans qui interviennent sur des chantiers, il ne viendrait plus à l’idée de quiconque de grimper sur une échelle pour percer et visser avec une machine à câble. Des batteries de 2000 à 3000 mAh (milli-ampères/heure) sont désormais courantes pour des prix 60 à 80 Euros ttc. Elles permettent une autonomie de travail de plusieurs heures, se rechargent en quelques dizaines de minutes et permettent d’utiliser une gamme complète d’outillage portatif à bout de bras, car elles sont très légères.

Que de chemin parcouru en quelques années ! Il y a seulement 10 ans pour alimenter un téléphone mobile il fallait un petit sac à dos et les cameramen devaient porter une ceinture de plusieurs kilos pour une autonomie de quelques heures.
Des progrès considérables ont été accomplis pour stocker de plus en plus d’énergie électrique dans un volume de plus en plus restreint. Le résultat : ces progrès, après avoir été propagés par les applications qui touchent le nomadisme moderne, touchent à présent l’ensemble du secteur de la mobilité, du transport.
Les véhicules électriques, à 2 et à 4 roues bénéficient d’avancées technologiques issues d’autres secteurs.

Comment grâce à des batteries de plus en plus performantes les véhicules électriques sont et seront de plus en plus compétitifs

On avait enterré un peu vite les voitures électriques, y compris chez le grands constructeurs (la fin de l’EV1 chez GM par exemple) sous prétexte de non rentabilité.
Cette vision à court terme est en train d’évoluer grâce à l’apparition de nouvelles générations de batteries, plus légères et plus puissantes proposées par des industriels qui se sont donné comme spécialité "plus d’énergie dans moins d’espace".
La batterie est un des organes du véhicule électrique en forte progression actuellement, afin d’augmenter sa puissance et son autonomie. De nombreux laboratoires et chercheurs travaillent à la rendre légère, puissante et bon marché, comme les petites batteries de nos téléphones et ordinateurs portables.

Des industriels du monde entier sont actifs sur ces sujets. On peut citer pour exemple en France, Saft et Batscap, Zebra en Suisse, Johnson Controls aux USA et sa filiale Varta en Allemagne.

L’énergie électrique se mesure en Wattheures. Pour illustrer cet ordre de grandeur, un véhicule particulier qui roule 1 km consomme environ 150 Wh pris sur sa batterie. On compte donc 100 Wh/tonne. Actuellement, pour fournir une autonomie de 200 km à une voiture légère, il lui faudrait embarquer presque une tonne de batterie au plomb. Cette technologie est couramment employée pour les batteries de démarrage.
Le plomb est trop lourd, il faut condenser l’énergie, voilà l’enjeu. Les batteries se comparent donc, entre autres, par leur « densité énergétique » : la quantité d’énergie que chacune délivre pour un même poids (Wh/kg).
Les batteries au plomb, qui sont toujours utilisées début 2005 dans les VE, 4 roues et 2 roues, sont progressivement complétées par de nouvelles technologies dont voici les principales caractéristiques :

 Plomb-acide sulfurique = Pb acide . Le plomb équipe la quasi totalité des petits véhicules électriques comme les chariots élévateurs, véhicules de golf, fauteuils roulants électriques. Mais ce couple électrochimique n’est pas assez efficace pour des véhicules routiers : lourd, faible densité d’énergie. Leur coût, nettement inférieur à celui des autres technologies reste le principal facteur d’intérêt pour les constructeurs automobiles.

 Nickel-cadmium = NiCd. Ce type de batteries produites notamment par Saft équipe les voitures électriques actuellement commercialisées en France : Peugeot Partner ou 106, Renault Kangoo et Citroën Berlingo ou Saxo. Réputées performantes et fiables, les batteries Ni/Cd peuvent néanmoins présenter, selon le mode d’utilisation, un “effet mémoire” réduisant la capacité utilisable. L’effet est cependant réversible.

 Nickel Métal Hydrures = NiMH. Les batteries Ni/MH sont exclusivement étanches. En raison de leurs caractéristiques élevées en puissance et en cyclage, ces batteries équipent surtout des véhicules hybrides (Honda Insight et Civic. TOYOTA PRIUS 1 et 2). Le constructeur PANASONIC a successivement développé pour TOYOTA deux générations d’accumulateurs Ni/ MH de puissance. La seconde génération d’éléments prismatiques qui équipe le véhicule hybride PRIUS 2 fait référence en termes de performances et de fiabilité.

 Lithium - ion = Li-ion. Ce couple électrochimique semble à ce jour le plus performant. Contrairement aux couples précédents, les batteries au lithium utilisent un électrolyte non aqueux, ce qui constitue un avantage en éliminant la réaction parasite de décomposition de l’eau. Ce type de batterie devrait équiper les véhicules de la société SVE (Cleanova 3). La filière lithium est déjà très développée pour les batteries de petite taille (téléphones, ordinateurs...). L’Asie du Sud-Est en produit en grandes quantités permettant ainsi une baisse des coûts.

 Lithium métal polymère = Li-ion polymer. Technologie en phase de lancement sur des prototypesde V.E. Théoriquement, cette technologie pourrait permettre de dépasser les performances des batteries lithium- Ion actuelles. Sa constitution interne, faite d’électrodes minces superposées autour d’un électrolyte solide en polymère extrudé permet d’envisager un coût de production avantageux. . En France, la société BATSCAP (voir article sur BlueCar) développe cette technologie. Au Canada, la société AVESTOR, filiale d’Hydro-Quebecen propose également.

 Zebra. Cette technologie a été spécifiquement mise au point pour les applications véhicules électriques, transport lourd et transport public. La température interne de fonctionnement est comprise entre 270°C et 350°C. Les éléments sont enfermés dans un caisson isolé dont les parois externes ont une température de l’ordre de 30°C. Les 5 premiers bus électriques fonctionnant en France avec des batteries Zebra ont été livrés à Lyon en novembre 2004.

 Nickel Zinc = NI-Zinc. Cette technologie développée par quelques laboratoires et une entreprise, Evercel semble abandonnée.

Technologies	Plomb Acide	NiCd	NiMH	Li-ion	Li-ion polymer	Zebra	Ni-Zinc
Densité énergétique (Wh/kg)	30-50	45-80	60-120	110-160	100-130	120	80
Nombre de cycles (Charge/décharge)	400 à 1200	2000	1500	500 à 1000	200 à 500	800	1000
Temps de charge	6 à 12h	1h à 2h	2 à 4h	2 à 4h	2 à 4h	n.c.	n.c
Températeure de fonctionnement	-20 à 60°C	-40 à 60°C	-20 à 60°C	-20 à 60°C	0 à 60°C	n.c.	n.c
Comparaison de coût (2004)	$25 (6V)	$50 (7.2V)	$60 (7.2V)	$100 (7.2V)	$100 (7.2V)	n.c	n.c
Coût par cycle (2004)	$0.10	$0.04	$0.12	$0.14	$0.29	n.c	n.c

Quelques exemples d’applications.
Pour compléter ce tour d’horizon technique quelques exemples d’usages de ces différents types de batteries.

 Les batteries au plomb équipent des véhicules aussi divers que des voitures de golf ou de loisirs comme les e2, e4 de GEM, une filiale de Daimler-Chrysler mais également une multitude de 2 roues comme le véloscooter Helio et les scooters de la gamme EVT.

 Nous ne reviendrons pas sur les 106 et Saxo électriques équipées de batteries Ni-Cd dont nous avons déjà parlé mais sur le Scootelec de Peugeot motocycleScootelec de Peugeot motocycle qui fut le premier scooter électrique commercialisé, qui plus est avec des batteries Ni-Cd. 3000 scooters de ce type circulent en Europe.

 Quand aux batteries NiMH elles équipent les premières voitures hybrides commercialisées les Toyota Prius et Honda Civic IMA.

 Voir également dans ce numéro l’article consacré à la BlueCar de Batscap, véhicule de démonstration de batteries Lithium métal polymère.