Les quatre goulots d’étranglement des voitures électriques | Technologie

Il est de plus en plus fréquent de voir une voiture électrique rouler furtivement dans les rues. Leurs ventes ont augmenté, y compris celles qui s’inscrivent dans le marché de l’éco-luxe, et elles sont devenues une option viable pour de plus en plus de personnes. Aujourd’hui presque tous les constructeurs automobiles misent l’avenir sur l’électrique. De plus, les institutions les promeuvent comme une formule contre le changement climatique et pour décontaminer les villes. L’Union européenne veut qu’il y ait au moins 30 millions de voitures électriques sur les routes d’ici 2030. À la même date, les États-Unis ont établi que la moitié des nouvelles immatriculations sont électriques, tandis que La Chine s’est fixé un objectif de 40%.

Cependant, son adoption massive présente encore des obstacles majeurs. Les obstacles typiques qui sont habituellement cités pour que le moteur électrique remplace le moteur à combustion sont son prix élevé, le manque d’infrastructure de recharge et sa faible autonomie. Mais il existe d’autres difficultés, d’ordre industriel, pour que les voitures électriques deviennent omniprésentes sur les routes.

graphite

Dans les batteries lithium-ion des voitures électriques, le pôle négatif est en graphite, l’une des formes sous lesquelles le carbone se trouve dans la nature. C’est le seul matériau utilisé à cet effet. « Le carbone est un matériau qui ne semble pas très critique. Il est très abondant dans la croûte terrestre », explique Belén Sotillo, chercheur à l’Université Complutense de Madrid au Département de physique des matériaux. « Le problème avec les batteries, c’est que le graphite qui y est incorporé doit être traité. Et la plupart des usines de transformation sont en Chine. Ainsi, l’Union européenne inclut le graphite dans son liste des matériaux critiques; Le lithium, le cobalt, le nickel ou le manganèse figurent également sur cette liste, qui sont tous des composants d’une batterie de voiture électrique.

Le graphite est également le matériau le plus lourd d’une batterie lithium-ion. Il varie entre 50 et 100 kilogrammes, selon le cabinet de conseil Kearny. Cela signifie que pour 10 millions de voitures électriques fabriquées, entre 500 000 et un million de tonnes de ce matériau seront nécessaires. Et actuellement la production mondiale de graphite, pour toutes ses utilisations, n’atteint qu’un million de tonnes.

Sotillo souligne qu’ils cherchent déjà à augmenter la production, mais reconnaît que c’est très compliqué. Une autre option est de le remplacer, mais ce n’est pas facile non plus. “Une fois que nous aurons vérifié qu’il existe une alternative et qu’elle fonctionne bien, il faudrait mettre en place cette filière”, explique le chercheur. « Et c’est souvent difficile. Vous devez déplacer toute l’industrie vers les nouveaux matériaux.

lithium

Le composant pour lequel les batteries sont connues est à l’opposé du graphite. “Le lithium est un élément qui n’est pas très abondant dans la croûte terrestre, donc la quantité de matériau qui pourrait être obtenue pour fabriquer des voitures électriques est limitée”, explique Sotillo.

La géoscientifique Hannah Ritchie, de l’Université d’Oxford (Royaume-Uni), a fait des chiffres à ce sujet. On estime qu’il y a 88 millions de tonnes de lithium sur Terre, mais seulement 22 millions d’entre elles sont extractibles. Avec toutes ces réserves, a calculé Ritchie, 2,8 milliards de batteries électriques peuvent être fabriquées. Il est difficile de savoir combien il y a de voitures dans le monde, mais certaines estimations avancent un chiffre d’environ 1,4 milliard. Si les deux nombres sont comparés, ils ne donnent pas exactement une situation d’abondance. Il ne faut pas oublier qu’une partie du lithium devra être utilisée pour d’autres usages qu’il a déjà aujourd’hui.

« L’autre problème avec le lithium, c’est que c’est un élément qui a tendance à être très réactif. Une fois la batterie épuisée, il est très difficile de la récupérer », prévient Sotillo. La physique indique qu’il existe également des recherches pour remplacer ce matériau. “Le sodium ou le potassium, dans une technologie de batterie similaire au lithium, sont des éléments qui auraient une capacité moindre à stocker de l’énergie, mais sont plus facilement récupérables et sont plus abondants.”

recyclage des piles

Gardez à l’esprit que la batterie d’un véhicule électrique occupe tout le châssis. Et cela ne dure qu’une dizaine d’années. Quand vient le temps de le changer, l’odyssée du recyclage commence. Félix Antonio López, chercheur au CSIC et responsable duLaboratoire de recyclage de cet organisme, mentionne un fait marquant : dans une usine de recyclage, le démontage des batteries se fait à la main, puisqu’il n’y a pas encore de processus automatisés.

“Là où se situent les problèmes, c’est dans le recyclage de la batterie interne”, explique López. A l’intérieur se trouvent des modules, constitués de cellules ou de batteries. « Ces tas sont écrasés. Et puis des opérations de séparation sont réalisées, visant fondamentalement à séparer les plastiques et le cuivre. Mais ces séparations ne sont pas parfaites. Et le résultat est ce que nous appelons les masses noires ». Ils sont ainsi nommés en raison de la prédominance du graphite. Mais elles contiennent aussi du nickel, du cobalt, du manganèse (provenant de la cathode), ainsi que du lithium, du phosphore ou du fluor (présent dans l’électrolyte de la batterie). Il n’est pas facile de récupérer ces éléments et cela coûte cher en raison du manque d’automatisation. Pour l’instant, toute cette masse noire est envoyée en Chine pour y être recyclée.

Le recyclage à l’échelle est difficile, selon López. Le chercheur calcule qu’il peut y avoir une technologie productive, qui peut être transférée aux entreprises, dans un horizon de cinq ou six ans. A partir de là, il faudrait passer à l’échelle industrielle, ce qui prend aussi du temps.

réserve d’énergie

L’adoption massive des voitures électriques imposera également des exigences accrues au réseau électrique. Dans ce scénario, Antonio Gómez Expósito, professeur au Département de génie électrique de l’Université de Séville, distingue deux concepts : l’énergie, qui doit être produite dans les centrales électriques, et la puissance, qui représente la vitesse à laquelle livrer l’électricité.

“En Espagne, il n’y a pas de problème pertinent en termes de production d’énergie”, déclare Gómez. Et c’est que la nuit elles s’arrêtent ou la productivité de certaines centrales thermiques et nucléaires est réduite parce qu’elles ne sont pas nécessaires. C’est-à-dire qu’il existe des infrastructures pour produire plus d’énergie que le pays n’en consomme.

La limite serait dans la puissance du réseau électrique. “Si tout le monde chargeait sa voiture au pic de consommation de l’après-midi, comme cela serait en principe logique, il y aurait un gros problème, tant dans le réseau de transport que dans le réseau de distribution”, souligne Gómez. “Pour éviter cela, l’idée est d’inciter les voitures à recharger le reste de la nuit.”

Même ainsi, dans un scénario avec des millions de voitures électriques, on s’attendrait à des problèmes dans le réseau de distribution, qui implique la moyenne et la basse tension. Lorsque l’électricité est produite dans une centrale électrique, elle passe par la haute tension jusqu’à une sous-station et, de là, elle passe par la moyenne tension jusqu’aux centres de transformation, qui distribuent l’électricité via un câblage basse tension aux maisons et aux entreprises.

« Un centre de transformation peut généralement alimenter entre 100 et 300 clients. Si, parmi tous ces gens, ceux qui avaient des voitures les rechargeaient en même temps, même la nuit, le réseau de distribution radio basse tension qui atteint ces immeubles devrait être renforcé », explique Gómez. Et ce serait un travail qui devrait être fait au niveau local, dans les villes et les quartiers.

Coordonner la recharge des véhicules à grande échelle et moderniser une partie du réseau électrique sont deux autres freins à une irruption massive des voitures électriques. Bien que toutes ces difficultés ne deviendront apparentes qu’avec le temps, à mesure que son adoption se généralisera.

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