Si vous rechargez une voiture électrique avec une capacité de batterie de 25 kWh pendant 8 heures, elle aura besoin d’une puissance de sortie de 3 125 watts. Si vous rechargez cette même voiture pendant 10 minutes, elle aura besoin d’une puissance de sortie de 155 000 watts.
If you charge an electric car with a battery capacity of 25 kWh during 8 hours, it needs a power output of 3,125 watts. If you charge the same car in just 10 minutes, it needs a power output of 155,000 watts.
Recharger les voitures électriques pendant les heures creuses est utopique.
Combien de nouvelles centrales électriques devrons-nous construire si les voitures électriques se popularisent ? Selon les défenseurs de l’EcoTech : aucune (ou presque). Les voitures électriques peuvent être rechargées pendant la nuit. Beaucoup de centrales électriques produisent un surplus d’énergie la nuit (« la capacité de production en heures creuses »), puisqu’il y a peu de demande et que les générateurs continuent de tourner. Par conséquent, si nous commençons à conduire des voitures électriques, la consommation de pétrole tombera à zéro et la production électrique restera la même.En décembre 2006, le Pacific Northwest National Laboratory aux États-Unis a réalisé une étude dans laquelle ils ont découvert que la capacité de production et de transmission électrique pendant les heures creuses pouvaient alimenter 84 % des 220 millions de voitures présentes sur le territoire si elles étaient transformées en véhicules hybrides rechargeables.
En juin 2007, le gouvernement américain a sorti une autre étude dans laquelle il conclut que 73 % des véhicules légers (voitures, SUV, pick-up, camionnettes) pouvaient être alimentés avec la capacité électrique des heures creuses s’ils devenaient des véhicules hybrides rechargeables. D’après une étude du Laboratoire national d’Oak Ridge parue en mars 2008, si 25 % des véhicules américains étaient remplacés par des véhicules hybrides rechargeables branchés après 22h, il suffirait de construire entre 0 et 8 nouvelles centrales électriques.
Véhicules hybrides rechargeables vs. voitures électriques
Nous rencontrons une première difficulté : ces études portent sur les véhicules hybrides rechargeables et non sur les voitures électriques, ce qui n’empêche pas les médias de présenter ces recherches avec des titres tels que « Le réseau électrique américain peut alimenter 180 millions de voitures électriques » ou « Les voitures électriques n’engendreront pas la construction de nouvelles centrales électriques ».
Les véhicules hybrides rechargeables ont (ou auront, car ils ne sont pas encore commercialisés) des batteries plus petites que celles des voitures électriques : de 5 à 25 kWh contre 10 à 50 kWh d’autonomie pour une voiture électrique (source). Les véhicules hybrides rechargeables ont à la fois un moteur électrique et un moteur à essence (qui se met en marche après 65 ou 80 km de distance parcourue).
Recharger pendant la nuit ?
En revanche, les voitures électriques n’ont ni moteur à essence ni installation dans les stations-services pour les longs trajets. Si nous rechargeons nos voitures seulement pendant la nuit, l’autonomie de la batterie serait limitée à 160 km par jour, voire moitié moins si les conducteurs roulent à une vitesse élevée. Certaines voitures électriques consomment moins : Environ 350 km pour la Tesla Roadster et environ 240 km pour la Mini E, mais aucune d’elles n’a de banquette arrière puisque cet espace est utilisé par une batterie plus grande.
Cet inconvénient n’en est pas vraiment un puisque le temps de trajet moyen aux États-Unis est de seulement une cinquantaine de kilomètres. Dans la plupart des cas, le kilométrage limité des voitures électriques sera donc suffisant.
Les fabricants de voitures électriques et de batteries s’évertuent à accélérer le temps de charge.
Les moyennes sont des données théoriques : certains d’entre nous ne parcourront que 16 km par jour alors que d’autres en parcourront 195. Et puis de temps en temps, les conducteurs voudront les utiliser sur de plus longues distances, ce qui s’avère totalement impossible pour l’instant.
De plus, beaucoup ne pourront pas recharger leur véhicule chez eux : certaines personnes n’ont pas de garage, il faudra donc installer des stations de recharge le long des trottoirs des villes si nous voulons que tout le monde puisse recharger sa voiture pendant la nuit. Recharger les voitures électriques pendant les heures creuses préviendrait l’installation de nouvelles centrales électriques, mais ce n’est pas pratique.
Stations de recharge
Il est donc irréaliste de penser que toutes les voitures électriques seront en charge pendant la nuit. La plupart d’entre elles le seront peut-être, mais pas toutes. Peu importe si seulement peu de voitures ont besoin d’être rechargés la journée, il est tout de même nécessaire d’installer des stations de recharge en ville.
Les entreprises et le gouvernement travaillent déjà dessus. « Better Place », qui a annoncé la mise en place de stations de recharge en Israël, au Danemark, au Portugal et en Californie, est la plus connue mais il en existe d’autres : ici, ici, et ici.
« Better Place » prévoit d’installer des stations de recharge dans des parkings sous-terrains, près des magasins et le long des trottoirs. Ils on installé environ 10 000 stations en Israël en 2009, et ce chiffre est passé à 100 000 en 2010 selon Reuters. Ces stations font la taille d’un horodateur et ont deux niveaux de puissance : 3 300 watts pour un véhicule et 6 660 watts pour deux véhicules,
soit l’équivalent de 10 télévisions à écran plasma (de 340 watts chacune). Il est plus bénéfique de recharger son véhicule la nuit plutôt que le jour en termes de consommation.
1 000 centrales électriques
Dans l’étude du Laboratoire national d’Oak Ridge, les chercheurs ont également calculé ce qu’il se passerait si tous les véhicules rechargeables étaient branchés à 17h au lieu de 22h. Dans ce cas-là, 160 « grandes » centrales électriques (et leurs infrastructures de distribution associées) devraient être construites. Il est à noter que cela ne concerne que les véhicules hybrides rechargeables, avec un taux de pénétration de 25 %, et non 100 %.
Les moteurs électriques sont plus efficaces que les moteurs à essence, mais le problème concerne la charge maximale, pas la consommation totale d’énergie.
Une transition totale vers des véhicules hybrides rechargeables demanderait donc l’installation de 640 grandes centrales électriques supplémentaires. Les chercheurs n’ont pas précisé ce qu’ils qualifient de « grandes » centrales électriques, mais celles-ci doivent avoir une puissance d’environ 1 000 mégawatts. Il faudrait alors de nouvelles centrales électriques de 640 GW : soit une augmentation de près de 65 % de la capacité de production électrique américaine actuelle.
Temps de charge rapide
C’est le pire cas de figure envisagé par les chercheurs : tous les conducteurs rechargeant leur véhicule en même temps et au pire moment de la journée. Cela n’arrivera jamais. Pourtant, il existe un autre cas de figure bien pire, qui n’a pas été envisagé par les chercheurs : un parc de véhicules électriques à charge rapide.
Un véhicule nécessitant 6 à 12 heures de charge pour une autonomie de seulement 1 à 2h n’intéressera jamais la plupart des gens. Posséder une voiture c’est être libre de ses mouvements : les véhicules électriques ne se populariseront donc pas s’ils n’ont pas un temps de recharge similaire à celui d’une voiture essence (c’est l’une des raisons pour laquelle elle a disparu il y a 100 ans).
Les fabricants de batteries et de voitures électriques le savent, et c’est pourquoi la plupart d’entre eux s’obstinent à accélérer le temps de charge. De plus, la mise en place de nouvelles stations de recharge, réglera le problème d’autonomie de la batterie. Nous aurions toujours besoin de les recharger plus souvent qu’une voiture à essence, mais au moins il serait possible de conduire à plus de 160 km de son domicile et de partir quand on le souhaite.
150 000 watts
Plusieurs fabricants et chercheurs ont déjà annoncé des temps de charge de 30 minutes ou moins, un temps de ravitaillement qui se rapprocherait de celui d’une voiture à essence. Ce n’est possible qu’au moyen d’une prise à haute tension Les temps de charge rapide suscitent beaucoup d’enthousiasme, mais ce qui semble être oublié, c’est qu’ils ont un prix : plus d’énergie doit être produite sur une plus courte période, ce qui peut engendrer de nombreux pics de consommation électrique.
Vous ne pouvez pas régler ce problème avec de meilleures batteries : en réalité, vous l’aggravez
Si vous rechargez une voiture électrique avec une capacité de batterie de 25 kWh pendant 8 heures, elle a besoin d’une puissance de 3 125 watts (3,1 kilowatts x 8 heures = 25 kWh). Si vous rechargez cette même voiture pendant 20 minutes, vous avez besoin d’une puissance de 75 000 watts (75 kilowatts x 0,33 heures = 25 kWh).
Cela correspond à la production énergétique de 220 télévisions à écran plasma de 340 watts chacune. Cette quantité d’énergie est nécessaire sur une période plus courte, mais elle doit être disponible. Si vous baissez le temps de charge à 10 minutes, la production de sortie sera de 155 000 watts (155 kilowatts x 0,16 heures = 25 kWh). Cela équivaut à 450 télévisions à écran plasma.
Même si les temps de charge rapides ne sont utilisés que par un nombre relativement faible de conducteurs, il est clair qu’ils ne seront possibles que par une augmentation considérable de notre capacité à produire de l’électricité..
Panne électrique
Il existe 220 millions de véhicules particuliers aux États-Unis. Si tous les véhicules étaient branchés au même moment, ils auraient besoin de 34 000 gigawatts, soit 34 fois la capacité de production électrique actuelle des États-Unis. Cela n’arrivera jamais, mais ce n’est « qu’une » augmentation de 65 % de la capacité énergétique d’une charge lente, comme expliqué ci-dessus. Un grand nombre de véhicules à charge rapide détruirait le réseau électrique.
Recharger seulement 6 500 de ces véhicules (0,003 %) simultanément en 10 minutes nécessitera une production énergétique comparable à celle d’une grande centrale électrique.
Pour recharger simultanément une voiture sur mille (soit 220 000 véhicules ou 0,1 %) en 10 minutes, il faudrait une puissance de 34 gigawatts. Et recharger simultanément une voiture sur 100 nécessiterait une puissance de sortie totale de 340 gigawatts. La question n’est pas « combien de voitures en moyenne seront rechargées en même temps pendant la journée », mais « combien d’entre elles seront rechargées en même temps à n’importe quel moment de la journée, du mois ou de l’année ».
De meilleures batteries ?
Les infrastructures énergétiques doivent être prêtes pour la plus grande demande possible : par exemple, quand tout le monde voudra conduire pour assister à un grand évènement sportif. Mais n’oubliez pas qu’une personne voulant faire un trajet de 800 km devra recharger 5 fois la batterie. Les voitures électriques ont besoin d’être ravitaillées plus souvent que les voitures à essence à cause de leur plus courte portée.
Il n’y a aucun moyen de contourner ce problème. Vous ne pouvez pas le régler avec de meilleures technologies : en réalité, vous ne pouvez que l’aggraver. De meilleures batteries, avec des capacités électriques plus élevées, peuvent faire baisser le nombre d’arrêts à des stations de recharge, mais elles augmenteront la quantité d’électricité nécessaire pour une recharge.
Les voitures électriques ne sont pas des réfrigérateurs, pourtant elles sont traitées comme tels pour calculer leurs besoins énergétiques.
Le principal problème des voitures électriques (que nous avons déjà remarqué) est qu’elles sont sans fil. Les trains, tramways et trolleybus n’ont pas ces problèmes parce qu’ils n’ont tout simplement pas besoin de batterie. Leur consommation énergétique se répand uniformément pendant leur utilisation.
Les gens ne cessent de dire que les moteurs électriques sont plus efficaces que les moteurs à essence, ce qui est vrai, mais le problème concerne la charge maximale, pas la consommation totale d’énergie. Les voitures électriques ne sont pas des réfrigérateurs, pourtant elles sont traitées comme tels pour calculer leurs besoins énergétiques.
Batteries interchangeables
Il n’existe qu’un dernier moyen de contourner le problème du kilométrage des voitures électriques : les batteries interchangeables (une autre solution proposée par « Better Place »). Les batteries pourraient être rechargées la nuit à des stations de recharge, et ainsi fournir instantanément l’électricité produite pendant les heures creuses dans la journée. Mais il y a deux problèmes.
Premièrement, on ne parle pas ici d’une petite batterie d’ordinateur portable. Les batteries des voitures électriques pèsent facilement 100 à 500 kilos, ce qui signifie que vous aurez besoin d’une machine pour les enlever et les remettre. De plus, les batteries ne sont pas toujours placées de manière à pouvoir être changées facilement : elles se situent sous le plancher dans de nombreuses voitures électriques afin d’optimiser la répartition du poids et le centre de gravité.
Deuxièmement, toutes les batteries devraient être les mêmes, mais créer une norme est techniquement et commercialement très peu probable. Si cela ne fonctionne pas pour les ordinateurs portables et les téléphones, pourquoi cela fonctionnerait-il pour les voitures ? « A Better Place » développera des véhicules normalisés, mais le jour où nous serons disposés à conduire la même voiture, nous ne verrons probablement pas d’inconvénient à ne plus l’utiliser et nous nous déplacerons enfin à vélo,en train ou en tram.
