Quels progrès autour de l’autonomie des voitures électriques ?

Malgré des ventes en forte croissance, les véhicules électriques peinent encore à séduire la majorité des automobilistes. Les craintes restent concentrées au niveau de l’autonomie des batteries, et ce en dépit des améliorations récentes. IZI by EDF vous présente les innovations actuelles et à venir visant à améliorer l’autonomie des voitures électriques.

Des progrès notables entre 2010 et 2020

Depuis l’introduction sur le marché des voitures électriques, l’autonomie des batteries a toujours suscité attention et débats. Comment les constructeurs ont-ils pris en compte cette problématique et quels progrès ont été accomplis lors de la dernière décennie ?

L’autonomie des voitures électriques : un frein vers le marché de masse ?

En 2019, 63 % des sondés du baromètre Énergie de l’Argus considéraient l’autonomie comme le frein le plus important pour passer à la voiture électrique. Les automobilistes sont en effet réticents à l’idée de devoir recharger leur véhicule à plusieurs reprises pour parcourir de longues distances. Le développement des infrastructures de recharge publiques est-il susceptible de modérer cette inquiétude ? Les bornes rapides, de plus en plus présentes sur les aires d’autoroutes, permettent en effet de rendre leur pleine capacité à la plupart des modèles en moins de 45 minutes. Les adeptes du moteur thermique ne manqueront pas de rappeler que cette durée reste largement supérieure à celle du plein d’essence.

Même si l’accélération du déploiement des stations de recharge peut rassurer certains automobilistes, les attentes restent concentrées sur l’autonomie en elle-même.

Une autonomie moyenne en augmentation

A en croire le rapport du Global Electric Vehicles Outlook 2021, réalisé par l’Agence Internationale de l’Énergie, l’autonomie des voitures électriques n’a cessé de progresser depuis leur introduction sur le marché. On est ainsi passé d’une autonomie moyenne annoncée de 211 kilomètres en 2015 à 338 kilomètres en 2020. Voici le détail sur les six dernières années :

• 2015 : 211 kilomètres
• 2016 : 233 kilomètres
• 2017 : 267 kilomètres
• 2018 : 304 kilomètres
• 2019 : 336 kilomètres
• 2020 : 338 kilomètres

Si les progrès constatés sont encourageants les cinq premières années, on peut s’étonner de la stagnation entre 2019 et 2020. En réalité, cette augmentation plus modeste est causée par l’introduction sur le marché de nombreux modèles plus compacts. Dédiés à une utilisation citadine, ils sont équipés de batteries plus petites et donc moins endurantes.

L’autonomie des véhicules de marques phares en progrès

Les automobilistes à la recherche d’une meilleure autonomie peuvent donc se rassurer : les constructeurs continuent à faire des progrès sur les véhicules amenés à réaliser de plus longues distances, de type berline ou SUV. Pour s’en rendre compte, il suffit d’analyser la capacité de la batterie d’un véhicule spécifique, en examinant l’évolution modèle après modèle. La Tesla Model S, en vente depuis l’année 2012, a ainsi vu son autonomie augmenter de façon continue :

• 2012 : 426 kilomètres
• 2015 : 424 kilomètres
• 2016 : 507 kilomètres
• 2018 : 539 kilomètres
• 2020 : 647 kilomètres
• 2021 : 663 kilomètres

Ces augmentations régulières ont été obtenues grâce à différentes techniques. La firme de Palo Alto a notamment créé des batteries de plus en plus grandes tout en améliorant le logiciel de gestion de la Model S. Celui-ci est constamment mis à jour afin de rendre la voiture plus efficace et optimiser les capacités de la batterie.

Des objectifs ambitieux à court terme

Pour améliorer encore plus significativement l’autonomie des véhicules électriques, plusieurs pistes sont aujourd’hui explorées. Les chercheurs tentent de rendre les batteries toujours plus efficientes quand les constructeurs s’attachent à « penser électrique » dès l’élaboration du châssis des véhicules.

Les nouvelles plateformes Stellantis pensées pour la motorisation électrique

Acteur majeur du marché automobile, le groupe Stellantis souhaite développer son offre de véhicules électriques. A partir de 2023, les 14 marques du groupe (dont Citroën, Opel, Fiat, Dodge ou Jeep) proposeront des voitures élaborées sur des châssis pensés comme des pures plateformes électriques. Il s’agit d’une réelle évolution à une époque où la plupart des voitures électriques reprennent les châssis des modèles thermiques équivalents.

L’ambition de Stellantis est notamment de répondre à l’angoisse de la panne, qui reste importante pour les conducteurs de véhicules électriques. Les concepteurs ont donc imaginé quatre plateformes dédiées à cette motorisation spécifique :

• Small : elle sera réservée aux véhicules urbains et polyvalents, à l’image de la Peugeot e-208 ou de la Fiat 500. Cette plateforme promet une autonomie de 500 kilomètres.
• Medium : cette plateforme équipera les voitures plus longues de type berline. Les batteries associées permettront une autonomie comprise entre 700 et 800 kilomètres.
• Large: cette plateforme sera dédiée aux véhicules de type SUV, avec une autonomie annoncée de 500 kilomètres.
• Frame : la quatrième plateforme sera entièrement réservée aux véhicules utilitaires.

Avec cet effort de standardisation, l’objectif est de compenser en partie le coût de l’électrification. Outre l’amélioration de l’autonomie, Stellantis espère également proposer des modèles de véhicules électriques plus abordables. Cette démarche est appréciable pour les automobilistes : en France, le coût plus important à l’achat des véhicules électriques reste encore compensé en partie par la prime à la conversion, mais celle-ci est susceptible de diminuer à l’avenir.

800 kilomètres d’autonomie en 2025 ?

Samsung et la batterie à électrolyte solide

A en croire les fabricants, l’autonomie d’une batterie chargée sera très bientôt équivalente à celle d’un réservoir plein ! Des chercheurs collaborant avec la marque Samsung ont présenté en mars 2020 un nouveau concept de batterie à électrolyte solide. Actuellement, les batteries en lithium-ion qui équipent la plupart des véhicules électriques fonctionnent grâce à des électrolytes liquides ou sous forme de gel ; le passage à des batteries à électrolyte solide serait synonyme d’une densité énergétique plus importante et d’une recharge plus rapide.

Avec un volume deux fois inférieur à celui des batteries traditionnelles, cette innovation de Samsung permettrait aux véhicules électriques d’atteindre une autonomie de 800 kilomètres. La durée de vie est un autre argument en faveur de cette batterie puisqu’elle pourrait être rechargée plus de 1 000 fois. Reste maintenant à passer le cap de la production… Si le prototype de Samsung est prometteur, rien n’indique pour l’instant que les constructeurs vont y recourir !

SK Innovation et la recharge ultra-rapide

L’autre compagnie sud-coréenne à viser les 800 kilomètres d’autonomie est SK Innovation. Le groupe a annoncé travailler sur une nouvelle batterie plus autonome à base de nickel haute intensité, tout en réduisant le temps de charge sur borne rapide à 20 minutes ! Déjà fournisseur pour le constructeur Kia, SK Innovation souhaite se développer davantage, avec plusieurs usines en construction en Géorgie. L’objectif, à terme, est d’équiper les véhicules électriques Ford et Volkswagen, assemblés aux Etats-Unis.

Vers une autonomie de 2 000 kilomètres ?

Ce qui pouvait passer pour de la science-fiction il y a encore quelques années va peut-être rapidement devenir une réalité tangible. Un groupe de scientifiques allemands et néerlandais, travaillant respectivement pour les firmes Fraunhofer et SoLayTec, a mis au point un processus breveté nommé Spatial Atom Layer Deposition (SALD). Nulle modification de la chimie ici, comme c’était le cas avec les sud-coréens Samsung et SK Innovation. Les progrès accomplis concernent la technologie de fabrication des batteries. Les chercheurs ont eu l’idée de déposer la matière active des électrodes sous la forme d’une couche de quelques nanomètres d’épaisseur. Comme le captage des ions lithium ne se fait qu’à la surface, il est inutile de disposer d’électrodes plus épaisses.

Dès lors, à volume ou poids égal, le procédé SALD permet d’optimiser trois éléments clés :

• la surface efficace des électrodes
• leur capacité à stocker l’électricité
• la vitesse de charge

Les voitures équipées d’une batterie SALD pourraient ainsi viser une autonomie trois fois plus grande que les plus performances actuellement sur le marché. La vitesse de recharge pourrait quant à elle être multipliée par cinq ! Franck Verhage, le PDG de la société SALD, fondée pour diffuser cette innovation sur le marché, parle d’une autonomie de 1 000 kilomètres pour les citadines, et jusqu’à 2 000 kilomètres pour les berlines. Le dirigeant ne souhaite pas établir un record d’autonomie théorique mais espère rassurer les conducteurs. D’après lui, même les automobilistes adeptes d’une conduite sportive pourraient disposer d’encore 20 ou 30 % de capacité une fois les 1 000 kilomètres franchis.

Autre bonne nouvelle, le procédé SALD est compatible avec les différentes chimies de cellules existantes :

• NCA (Nickel, Cobalt, Aluminium)
• NMC (Nickel, Manganese, Cobalt)
• batteries à électrolyte solides

Gageons que cette technologie dépasse le stade du prototype, à l’heure où la société SALD dit déjà être en discussion avec certains constructeurs automobiles.