Véhicule électrique


Véhicule électrique
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.

Sommaire

Véhicules ferroviaires

Articles détaillés : Locomotive électrique, Métro et Tramway.

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 routiers

Les véhicules routiers électriques ont vu le jour au début du XXe 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[1].

Les voitures électriques sont globalement 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 %[réf. insuffisante], idem pour la décharge[réf. insuffisante]. L'utilisation de l'énergie dans un moteur électrique est de 97 %[réf. insuffisante], d'où un rendement de la prise à la roue de 83 %[réf. insuffisante]. Rappelons que le rendement d'un moteur thermique conventionnel est inférieur à 20 % en usage normal, ce qui signifie que 80 % de l'énergie consommée 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[2]. 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

Article détaillé : Voiture électrique.

Véhicules lourds électriques

Articles détaillés : Bus électrique et camion électrique.

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. En 2003, plus de 500 bus électriques étaient en service en Europe, dont plus de soixante-dix en France[3]. Cependant, une nouvelle génération de batterie lithium a permis de fortement améliorer l'autonomie de ces véhicules (de 100 à 200 km d'autonomie avec une charge). Bien que cette technologie soit encore peu répandue, des villes comme Coulommiers ou encore Provins exploitent déjà des bus 100 % électriques avec des batteries lithium construits par la société PVI (ou Power Vehicle Innovation).

On trouve aussi des véhicules hybrides et 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 camions[4] et véhicules de voirie, notamment les bennes à ordures, connaissent aussi des versions électriques. Ces véhicules peuvent bénéficier d'une propulsion bimodale, électrique en ville et thermique vers l'usine de retraitement, ou encore 100 % électrique avec des batteries lithium comme à Courbevoie depuis mai 2011[5].

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[6].

Les vélos électriques

Article détaillé : Vélo à assistance électrique.

Pour l'ensemble véhicule + passager :

  • le plus léger (moins de 120 kg contre 1 200 kg en moyenne pour une voiture) ;
  • le plus lent (40 km/h contre 120 km/h pour une voiture) ;
  • la moitié de l'énergie est fournie par le passager.

Ainsi, du fait des lois de la physique, de l'énergie cinétique (\frac{1}{2}\, m\, v^2),

c'est le véhicule électrique nécessitant le moins d'apport d'énergie externe pour se déplacer, et nécessitant donc le plus faible stockage d'énergie, réduisant ainsi l'importance des problèmes posés par les batteries.

(10x(3x3)x2, soit, pour une distance donnée, 180 fois moins d'énergie électrique nécessaire pour le VAE (vélo à assistance électrique) que pour une voiture, dans l'exemple. Comme une charge fournissant une autonomie de 60 km est généralement suffisante pour un VAE destiné à un usage urbain ou péri-urbain, le rapport entre les deux est encore meilleur.

A l'opposé, on attend une autonomie supérieure à une voiture, ainsi, beaucoup de voitures thermiques ont une autonomie, par plein, de plus de 1 000 km. Une voiture électrique, avec une autonomie de 120 km, pour les usages autoroutiers (week-end, vacances ou autre), fait pâle figure face aux voitures thermiques. Ainsi une autonomie double pour la voiture électrique (120 km) par rapport au VAE (60) est un minimum; en fait, une autonomie triple ou quadruple pour la voiture électrique serait appréciée.

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.[réf. nécessaire]

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[7].

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.[réf. nécessaire]

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 », le « Silent E », l'"Alatus ME" par exemple, ou le «Lange Antares 20E» (Lange Aviation). Existent également des ULM pendulaires à moteur électrique, comme par exemple 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[8].

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.

Le MC30E en vol, lors de la campagne d'essais d'Août 2011.

Le 5 sept 2010, le bimoteur de construction amateur MC15E Cri-Cri a établi un record absolu de vitesse en avion 100% électrique (moteurs Electravia[9], hélices E-PROPS, batteries KOKAM) à 262 km/h lors du meeting de Pontoise, en présence des commissaires de l'Aéro-Club de France[10].

Le 13 avril 2011 le démonstrateur MC30E de la société luxembourgeoise LSA[11] a établi lors du salon Aero Friedrischafen le premier record FAI impliquant un aéronef à propulsion électrique, en volant à 135 km/h sur un aller retour de deux fois 15 km (catégorie RAL1E ID 16214). Ce démonstrateur a depuis subi un chantier de modifications pour installer une motorisation mieux adaptée et plus performante, en vue d'une nouvelle campagne de records FAI à l'horizon de fin 2011. Un compte rendu technique de la campagne d'essais de début août 2011 peut être consulté sur le site du motoriste Electravia[12]. Il faut noter qu'avec une efficacité énergétique équivalente à 3,4 g de carburant fossile dépensé par kilomètre parcouru en ligne droite et à altitude constante (soit 5kwh à la vitesse de finesse max de 125 km/h), cet aéronef est l'objet volant piloté le plus économique jamais mis en opérations, et ce malgré le fait que son potentiel d'améliorations soit loin d'être épuisé. (l'ambition à court terme étant de descendre sous la barre des 3 g équivalents/km)

Navires

La propulsion électrique est utilisée pour des navires de guerre : sous-marins (pour son fonctionnement anaérobique dès 1860 et pour son avantage acoustique) et porte-avions. Ils fabriquent leur énergie grâce à une centrale nucléaire embarquée. Très tôt, certains paquebots de luxe et navires de fort tonnage ont également utilisé la propulsion turbo-électrique comme - dans les années 1930 - Le Normandie (France), Le Patria (Allemagne) ou - plus récemment - Le Queen Mary 2.

Des avantages de la propulsion électrique sont alors :

  • la réduction des vibrations engendrées par une motorisation de haute puissance (sous-marins ou navires de croisière) ;
  • parfait contrôle du couple moteur (pour les brise-glaces, les navires à positionnement par satellite ou les ferries) ;
  • la simplification de l'architecture du navire, en séparant physiquement production de l'énergie et motorisation (pour les tankers) ;
  • maintenance diminuée (pour tous les navires).

Modélisme

Depuis quelques années et la démocratisation de l'utilisation des accumulateurs Lithium-Polymère (LiPo), le monde du modélisme radio-commandé s'est considérablement transformé.

Le poids de ces accumulateurs est nettement moins important que les générations précédentes (NiMh ou NiCd), à pouvoir de décharge équivalent, et associé à des moteurs à haut rendement (« brushless »), permet une utilisation dans bon nombre d'applications.

Ainsi le vol en salle (« indoor »), initialement réservé à des appareils ultra légers (catégorie « cacahuète ») à propulsion moteur à caoutchouc, est désormais quasi acquit à la cause électrique, de la maquette à l'avion de voltige et les hélicoptères de quasi de toutes tailles (selon la taille de l'indoor)

On retrouve l'utilisation de l'électrique dans tous les domaines du radio-modélisme : naval, sur roues, aérien (avion, planeur, jet, hélicoptère)

À titre d'indication, le record du monde de durée d'un vol sans couper le moteur a été établi en France le 30 juillet 2008 à la Selles-Saint-Denis par l'équipe Vincent Labrouve et Daniel Lentin avec un appareil Volenbulle XXL, avec un temps de 12 h 36 min 46 s[13][réf. insuffisante].

La technologie LiPo est la plus répandue, mais des nouvelles générations d'accumulateurs sont désormais disponibles proposant un pouvoir de décharge encore supérieur (légèrement plus lourds, ils sont utiles uniquement dans certains domaines d'applications), comme les LiFePo4 (batteries nanophosphate).

Notes et références

  1. VHR France
  2. Le cout d'usage de la voiture électrique par rapport à la voiture thermique
  3. Les bus et navettes électriques - Association pour l'avenir du véhicule électrique méditerranéen (AVEM)
  4. Smith Electric Vehicles : lancement d’un camion électrique aux Etats-Unis Caradisiac.com - décembre 2007
  5. Un camion à ordures electrique Le Parisien - mai 2011
  6. Fini le facteur en vélo, place au quad électrique - Enerzine.com, 19 mars 2008
  7. Les enjeux autour de la batterie des voitures électriques
  8. (en) Solar-powered UAV flies two days straight - MachineDesign.com, 18 août 2005
  9. Electravia
  10. Le Parisien, édition Ile de France, 06/09/2010
  11. Luxembourg Special Aerotechnics
  12. Electravia MC30E
  13. record du monde de durée électrique battu - Forum, sur modelisme.com, 3 août 2008

Annexes

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Articles connexes

Liens externes


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