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Batteries de voiture électrique: structure, propriétés, perspectives d’avenir

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Les batteries de voitures électriques jouent un rôle central dans le développement de la mobilité électrique. Dans le contexte de la transition énergétique et de la protection du climat, les voitures électriques ont le vent en poupe. Elles devraient à l’avenir contribuer de manière significative à la réduction des émissions de CO₂ dans le secteur des transports. 

La mobilité électrique et l’importance de la batterie électrique

L’électromobilité est une étape décisive vers un avenir plus respectueux de l’environnement. Fin 2024, plus de 203 000 voitures électriques étaient immatriculées en Suisse, soit une part de marché de 4,2%. Leur nombre ne cesse d’augmenter et on s’attend à ce que plus de deux millions de véhicules électriques circulent en Suisse d’ici à 2035.

Mais pour atteindre cet objectif, des progrès doivent encore être accomplis. Il est particulièrement important d’accroître l’acceptation des voitures électriques et de créer des incitations afin que de plus en plus de personnes optent pour ces modèles.

Outre les avantages financiers et fiscaux, la technologie joue un rôle clé. L’élément central est la batterie, qui est considérée comme la composante la plus chère d’un véhicule électrique.

Or on le sait par les smartphones et d’autres appareils, les batteries perdent de leur puissance avec le temps. Il en va de même pour les voitures électriques: l’autonomie dépend en grande partie de la batterie. Pour beaucoup de gens, c’est précisément un facteur décisif, car lorsqu’on utilise sa voiture tous les jours ou qu’on fait de longs trajets, on a besoin d’une batterie fiable et performante. De plus, recharger dure beaucoup plus longtemps que faire le plein d’une voiture à combustion.

Pour intégrer au mieux la recharge de sa voiture au quotidien, il faut non seulement des batteries performantes, mais aussi des évolutions technologiques permanentes.

Les différents types de batterie de voiture électriques

Différents types de batteries sont utilisés pour les voitures électriques. Outre les batteries lithium-ion les plus fréquemment utilisées, il existe également des batteries lithium-polymère et des batteries nickel-métal-hydrure. Les différences entre ces modèles résident essentiellement dans leur puissance, leur capacité, leur durée de vie et leur coût.

  • Les batteries lithium-ion présentent de nets avantages par rapport aux autres batteries de voiture électrique. Leur densité énergétique plus élevée leur permet, à taille et poids égaux, de stocker davantage d’énergie et ainsi d’offrir une plus grande autonomie. Leur durée de vie étant plus longue, elles résistent par ailleurs à un plus grand nombre de cycles de charge avant de devoir être remplacées. Les batteries lithium-polymère fonctionnent selon un principe très similaire. L’utilisation du plastique polymère garantit toutefois la forme très flexible de la batterie. 
  • Les batteries nickel-métal-hydrure étant moins sensibles à la surchauffe, leur utilisation est considérée comme plus sûre. Elles ne peuvent cependant pas transmettre toute l’énergie au moteur, ce qui limite nettement leur efficacité et a jusqu’ici empêché leur véritable percée.
  • Les batteries plomb-acide sont la forme la plus ancienne et la plus simple de batteries de voiture électrique. Elles sont toutefois moins adaptées compte tenu de leur densité énergétique et de leur capacité très réduites.

En raison de leurs performances en termes de densité énergétique, de capacité et de durée de vie, les batteries lithium-ion restent la technologie privilégiée pour les voitures électriques. La batterie solide pourrait, à long terme, faire concurrence à ce secteur, mais cette technologie n’est pas encore prête à être commercialisée.

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Les batteries au lithium sont les plus utilisées

Les batteries de voiture électrique ont beaucoup évolué ces dernières années. La technologie lithium-ion s’est imposée sur le marché et est désormais intégrée dans la plupart des modèles.

  • La structure: une batterie lithium-ion est constituée de plusieurs composants, dont les principaux sont l’anode et la cathode, l’électrolyte et le film séparateur. L’anode est généralement faite de graphite, tandis que la cathode est constituée d’un mélange de composés de lithium tels que l’oxyde de cobalt lithié ou le phosphate de fer lithié. L’électrolyte est un liquide ou un gel constitué d’un composé ionique qui permet aux ions de circuler entre l’anode et la cathode. Le film séparateur est une fine couche placée entre l’anode et la cathode destinée à éviter les courts-circuits.
  • Le fonctionnement: lorsque la batterie est chargée, les ions lithium migrent de la cathode vers l’anode à travers l’électrolyte, où ils sont stockés. Lorsque la batterie de la voiture électrique est déchargée, les ions lithium sont réacheminés vers la cathode, où ils émettent de l’énergie électrique. Un système de gestion de batterie (BMS) surveille et contrôle le niveau de charge et de décharge de la batterie afin de garantir son fonctionnement sûr et efficace. Le BMS protège par ailleurs la batterie contre la surcharge ou la surchauffe.

Batterie électrique: capacité, temps de charge, durée de vie

Lors du choix d’une voiture électrique ou d’une batterie adaptée, la clientèle (potentielle) se concentre principalement sur trois aspects: capacité, temps de charge et durée de vie. Quelles sont les performances des batteries de voiture électrique?

Capacité et autonomie

La capacité des batteries de voiture électrique varie selon le modèle et le fabricant. La plupart des voitures électriques affichent entre 40 et 100 kilowattheures (kWh). Plus la capacité de la batterie est élevée, plus l’autonomie est grande. Une voiture équipée d’une batterie de 40 kWh peut ainsi parcourir environ 200 kilomètres, tandis que l’autonomie dépasse 600 kilomètres pour un modèle doté d’une batterie de 100 kWh. Comme pour les moteurs à combustion, les valeurs exactes varient d’un modèle à l’autre. D’après le test de l’ADAC, ces valeurs s’établissent, selon le fabricant et la voiture, entre 16,7 kWh/100 km et 30,9 kWh/100 km.

Mais l’autonomie d’une voiture électrique dépend également d’autres facteurs, tels que le style de conduite, la température ou l’utilisation de la climatisation ou du chauffage. 

Temps de charge et infrastructure de recharge

Sur une borne de recharge rapide, une voiture électrique affichant une capacité de batterie de 80 kWh peut être chargée à 80% en 30 minutes environ. Selon la puissance disponible, une charge complète en courant continu (DC) peut toutefois nécessiter jusqu’à 90 minutes. Les bornes de recharge rapide sont nombreuses sur les routes suisses et l’extension du réseau se poursuit. Le temps de charge sur une borne AC ou une Wallbox domestique avec du courant alternatif est nettement plus long. Mais si vous rechargez votre véhicule pendant la nuit, il sera prêt pour le lendemain.

Durée de vie

La durée de vie d’une batterie préoccupe les acheteurs et acheteuses de voitures pour plusieurs raisons. La capacité et la performance d’une batterie diminuent au fil du temps. Type de batterie, utilisation, température ambiante: de nombreux facteurs influent sur la durée de vie. Selon le modèle et le fabricant, la durée de vie d’une batterie est comprise entre huit et dix ans. Il faut toutefois toujours s’attendre à une certaine perte de performance. Après 100 000 km, une batterie n’atteint plus les 100%. Les batteries modernes tiennent cependant longtemps et ne doivent pas, comme beaucoup le craignaient, être remplacées tous les deux ans. Il faut aussi savoir que la charge lente, telle qu’on l’utilise généralement à la maison avec du courant alternatif, est nettement moins nocive pour la batterie.

Conseil: si vous souscrivez la prestation complémentaire «Batterie e-mobilité» avec l’assurance de votre voiture électrique, votre batterie sera également couverte. Ce service prend en charge les frais de réparation lorsque votre batterie a été endommagée en raison d’une erreur de manipulation ou d’un dysfonctionnement du chargeur.

Le saviez-vous?

Une batterie de voiture électrique a une durée de vie limitée et perd de sa performance au fur et à mesure de son utilisation. C’est pourquoi les fabricants travaillent à l’amélioration des batteries et accordent une garantie de performance. Des garanties allant jusqu’à huit ans et 160 000 kilomètres s’appliquent généralement. 

Voiture électrique d’occasion: la batterie dans la ligne de mire

L’achat d’une voiture d’occasion implique toujours un certain risque. Dans quel état est la voiture? Combien de temps les différentes pièces d’usure tiendront-elles encore? Dans le cas de la voiture électrique, il convient également de considérer la batterie, une composante très sensible 

dont la performance diminue fatalement. Si la batterie ne doit pas constituer un frein à l’achat d’une occasion, vous devez connaître aussi précisément que possible sa capacité résiduelle et déterminer si celle-ci est adaptée à vos besoins.  

Dans l’idéal, le vendeur doit être en mesure d’attester, par le biais de contrôles réguliers, comment l’état de la batterie a évolué et quelle performance vous pouvez désormais en attendre. En l’absence de tels documents sur l’état de santé de la batterie, mieux vaut la faire vérifier par des spécialistes avant toute décision d’achat.

Conseil: en tant que cliente ou client d’AXA, vous pouvez commander un test de batterie à tout moment et à un prix préférentiel. C’est possible avec la box d’AVILOO. Vous connaîtrez ainsi l’état actuel de la batterie.

L’empreinte carbone d’une batterie électrique

Les voitures électriques sont volontiers présentées comme des alternatives écologiques aux véhicules traditionnels, car lorsqu’elles roulent, elles ne rejettent pas d’émissions et réduisent ainsi l’empreinte carbone. Mais la fabrication et l’élimination des batteries pèsent sur l’environnement.

La production des batteries de voiture électrique nécessite d’importantes quantités de matières premières, souvent extraites à grand renfort d’énergie et dans des conditions de travail parfois douteuses. À cela s’ajoutent les besoins en énergie lors de la fabrication, qui est encore fortement tributaire des combustibles fossiles, ce qui contribue aux émissions de CO₂.

Sur le long terme, néanmoins, les voitures électriques sont une option plus respectueuse de l’environnement, à condition de les recharger avec de l’électricité propre. Une voiture électrique fonctionnant à l’électricité traditionnelle doit parcourir environ 80 000 kilomètres pour être plus écologique qu’un modèle diesel comparable. En utilisant exclusivement de l’électricité verte, on obtient cet avantage dès 40 000 kilomètres.

La batterie, le principal défi de la mobilité électrique

Les voitures électriques ont le vent en poupe depuis quelques années et les chiffres de vente grimpent en flèche. Différentes difficultés en lien avec la batterie doivent toutefois encore être surmontées:

  • Coûts élevés: la batterie est l’élément le plus cher d’une voiture électrique et représente une partie importante du prix d’achat. S’il est vrai que les coûts ont baissé ces dernières années, le prix reste un facteur décisif pour de nombreux acheteurs. Conclure en plus une assurance de batterie peut être judicieux.
  • Densité énergétique: divers projets de recherche sont menés en vue d’augmenter la densité énergétique des batteries et de réduire leur coût. La batterie solide est une technologie très prometteuse qui doit garantir une densité énergétique et une longévité supérieures à celles des batteries lithium-ion. Elle se trouve toutefois encore en phase de développement.
  • Utilisation des matières premières: la disponibilité et le prix des matières premières que contiennent les batteries ont un impact important sur la production des batteries. Actuellement, la plupart de ces matières premières sont extraites en Australie, au Chili, en Chine et dans d’autres pays. Une diversification des sources de matières premières et une augmentation du taux de recyclage contribuent à réduire la dépendance à l’égard de certains fournisseurs de matières premières.
  • Infrastructure de recharge: pour renforcer l’attrait des voitures électriques auprès du grand public, il convient d’améliorer l’infrastructure de recharge. Le temps de charge et l’autonomie sont des critères déterminants dans la décision d’achat d’une voiture électrique. L’installation de bornes de recharge rapide le long des autoroutes et dans les villes ainsi que le développement de technologies de charge plus performantes constituent des facteurs d’acceptation auprès de la clientèle potentielle.
  • Recyclage: la hausse de la demande de voitures électriques, et donc de batteries, va logiquement s’accompagner d’une augmentation de la quantité de batteries à éliminer. Une réutilisation efficace et le recyclage des batteries permettent de récupérer de précieuses matières premières et ainsi d’améliorer le bilan carbone et la charge environnementale.

Recycler les batteries, oui, mais comme il faut

Une batterie lithium-ion éliminée de manière inadéquate sera nocive pour l’environnement. Le stockage et l’élimination (ou le recyclage) doivent être confiés exclusivement à un professionnel qualifié.

Matières premières et objectifs de recyclage

Lors du processus de recyclage, l’objectif est d’atteindre un taux de récupération aussi élevé que possible sur les matériaux recyclables (idéalement 100% dans l’avenir). Il s’agit de récupérer à la fois des matériaux précieux et des substances nocives pour l’environnement. Voici un aperçu des matériaux recyclés utilisés dans une batterie de voiture électrique:

Éléments précieux:

  • Lithium
  • Manganèse
  • Cobalt
  • Nickel
  • Graphite

Éléments nocifs pour l’environnement:

  • Liquides comme le 1,2-diméthoxyéthane
  • Mercure
  • Cadmium
  • Plomb

Matières premières importantes contenues dans le boîtier de la batterie:

  • Cuivre
  • Aluminium
  • Acier
  • Électrolyte
  • Matières plastiques

Les entreprises de recyclage du monde entier redoublent d’efforts pour récupérer une part considérable de ces matériaux et les conditionner en vue de leur réutilisation.

Méthodes actuelles de recyclage

Il existe actuellement trois procédés officiels de recyclage, dont le taux de récupération le plus élevé est de 96%. Deux autres procédés, avec un taux de récupération plus élevé encore (jusqu’à 98%) et moins polluants, en sont encore au stade de la recherche (janvier 2025):

  • Broyage cryogénique

    Il permet de réutiliser environ 96% de tous les composants d’une batterie de voiture électrique. Concrètement, la batterie est d’abord placée sous azote, puis broyée mécaniquement afin d’en extraire toutes les matières premières importantes.

  • Fusion thermique

    Lors de ce processus de retraitement, les cellules de la batterie sont fondues par une augmentation ciblée de la température, puis broyées. Ainsi, les matériaux précieux comme le cuivre, le nickel et le cobalt peuvent être extraits, avec un taux de récupération d’environ 95%. Ce procédé présente néanmoins un inconvénient majeur: il n’est pas possible de récupérer tous les composants, si bien que l’aluminium, le lithium et le graphite sont perdus.

  • Broyage électrohydraulique

    Ce procédé vise à récupérer des matériaux réutilisables sous forme de composants de batterie intacts. Durant le processus, les cellules de batterie usagées sont traitées dans un liquide traversé par des ondes de choc électriques, ce qui entraîne leur décomposition. S’ensuivent d’autres étapes pour séparer les différents éléments tels que les films d’électrodes et les matériaux actifs. Cette méthode présente un avantage évident, à savoir que les matériaux chimiquement actifs peuvent être utilisés directement pour la production de nouvelles batteries.

  • Deux procédés plus écologiques encore à l’étude

    À l’avenir, nous devrions disposer de méthodes nettement plus écologiques pour recycler une batterie de voiture électrique, par exemple le flash joule heating (évaporation éclair), sur lequel travaille actuellement l’université Rice de Houston. Concrètement, la batterie est chauffée à plus de 1800 °C en quelques secondes. Il en résulte une substance noire et collante (également appelée masse noire), de laquelle les matières premières peuvent être extraites à l’aide d’acides inorganiques. Selon les chercheurs, le taux de récupération s’élève à 98%. Ceux de la Chalmers University (Suède) espèrent obtenir des résultats tout aussi prometteurs. En revanche, ils misent sur l’acide oxalique végétal au lieu des acides inorganiques. Un bon point pour notre environnement, avec la possibilité de récupérer la quasi-totalité des matières premières. Difficile de savoir combien de temps la recherche sur ces procédés va encore durer avant de pouvoir les utiliser. 

Conseils pour prolonger la durée de vie d’une batterie

En appliquant les conseils suivants, les conductrices et conducteurs d’une voiture électrique pourront prolonger la durée de vie de la batterie et garantir la pleine performance de leur véhicule, même après de nombreux kilomètres.

  1. Recharge: une batterie ne doit jamais être trop chargée ni complètement déchargée, faute de quoi sa durée de vie pourrait s’en trouver réduite. Idéalement, le niveau de charge doit toujours se situer entre 20% et 80%.
  2. Style de conduite: conduire en douceur réduit la sollicitation de la batterie et prolonge ainsi sa durée de vie.
  3. Éviter les températures extrêmes: les batteries de voiture électrique fonctionnent de façon optimale à des températures modérées. Les températures élevées, tout comme le froid, peuvent solliciter la batterie et l’endommager à long terme. Pour maintenir la batterie en bon état, il convient de parquer le véhicule dans un endroit ombragé ou climatisé.
  4. La recharge rapide, mais pas seulement: les nombreuses stations de recharge rapide rechargent la batterie en un laps de temps très court, parfois en moins d’une heure. Bien qu’elle offre au quotidien un gain de temps attrayant, cette option n’est pas recommandée sur le long terme. Mieux vaut privilégier la charge plus lente sur la borne domestique afin de ne pas user la batterie trop rapidement.
  5. Entretien: Un entretien et un contrôle réguliers de la batterie de voiture électrique permettent d’identifier de manière précoce les problèmes potentiels et, en cas de doute, d’y remédier ou de faire valoir la garantie. 
  6. Prudence en hiver: il se peut que la voiture électrique soit en deçà de son autonomie habituelle. Les basses températures altèrent en effet les performances de la batterie. Et l’utilisation simultanée du chauffage des sièges pèse elle aussi sur la consommation. Si la voiture est branchée sur une borne domestique, il est recommandé, pour une meilleure efficacité, de la préchauffer pendant la charge.

Seconde vie avant recyclage

La pratique a montré que la batterie n’est plus assez performante après 1000 à 1500 cycles de charge pour alimenter le moteur d’une voiture électrique. Toutefois, même après dix ans, sa capacité reste suffisante en utilisation stationnaire, par exemple pour stocker l’électricité produite par des cellules photovoltaïques.

Ainsi, la durée de vie de la batterie de voiture électrique est prolongée en moyenne de dix à douze ans avant un recyclage dans les règles de l’art. En d’autres termes, la batterie tient plus de vingt ans dans des conditions normales d’utilisation. Dans des conditions normales d’utilisation, la batterie a une autonomie de plus de vingt ans. En effet, une batterie de véhicule électrique en utilisation stationnaire n’est pas soumise à des phases d’accélération et de freinage éprouvantes. Elle est sollicitée de façon bien plus régulière. Résultat: la décharge est plus lente, ce qui améliore la durée de vie de la batterie.

En résumé: la batterie, une technologie déterminante de la performance d’une voiture électrique

Autonomie, temps de charge, durée de vie: les aspects essentiels à prendre en compte lors de l’achat d’une voiture électrique sont liés à la batterie. Grâce aux progrès techniques permanents, les voitures électriques sont aujourd’hui une véritable alternative aux véhicules traditionnels. 

Il reste toutefois des défis à relever pour les rendre plus attrayantes pour un large public. Outre les coûts d’acquisition, le développement des infrastructures de recharge joue un rôle essentiel. En outre, de nouvelles technologies telles que la charge bidirectionnelle ouvrent des perspectives intéressantes pour intégrer plus efficacement les voitures électriques dans le système énergétique. 

Une chose est sûre: à long terme, le développement des batteries contribuera de manière décisive à rendre les transports plus respectueux de l’environnement et plus durables.

Questions fréquemment posées sur les voitures électriques

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