Les voitures électriques n’ont rien à voir avec celles à essence ou diesel. La sensation de conduite aussi est totalement différente: dynamique, sans bruit ni vibrations. Pas de moteur qui rugit bruyamment, pour le plus grand bonheur du voisinage.
Véhicule électrique
Une voiture électrique est un véhicule à propulsion totalement électrique. L’énergie électrique nécessaire au déplacement est en général stockée dans une batterie lithium-ion, mais peut également provenir d’une pile à combustible. Les moteurs électriques affichent un rendement nettement plus élevé et donc des pertes d’énergie bien plus faibles que les moteurs à combustion. Le couple maximum est disponible dès la première rotation du rotor. Lors du freinage, le moteur électrique fait également office de générateur: il transforme l’énergie cinétique en courant électrique, qui est alors stocké dans la batterie et peut être réutilisé pour la propulsion (freinage régénératif). Localement, les véhicules électriques ne produisent aucune émission, mais ils peuvent, selon le type de centrale, générer des émissions de CO2 lors de la production d’électricité.
Confort électrique garanti, même en-dehors de la conduite
Saviez-vous que certaines voitures électriques peuvent être préchauffées ou refroidies au moyen d’une application? Ainsi, vous montez en hiver dans une voiture préchauffée et en été dans un véhicule agréablement frais. Cela fonctionne également lorsque la voiture électrique n’est pas branchée à une prise de courant.
Véhicule hybride
Les véhicules hybrides disposent d’au moins deux systèmes embarqués de propulsion et de stockage d’énergie. La plupart du temps, il s’agit d’une combinaison de moteur électrique et à combustion – en général un moteur à essence. Pendant la phase d’entraînement, le moteur électrique fonctionne seul ou en soutien du moteur à combustion, puis, pendant la phase de freinage, il joue le rôle de générateur et réalimente la batterie en électricité. Les voitures full hybrid peuvent être propulsées uniquement par le moteur électrique ou par les deux moteurs. En fonction de l’efficience, un système de commande détermine à quel moment la voiture doit être entraînée par quel moteur. Dans les systèmes mild hybrid, à la technologie un peu plus simple, le moteur électrique se contente d’aider le moteur thermique. Les derniers systèmes d’entraînement comprennent également des alterno-démarreurs 48 V, particulièrement efficaces et relativement bon marché, qui servent de booster. Ils sont intégrés sous forme d’auxiliaire entraîné par courroie ou bien entre le moteur à combustion et la boîte de vitesses, directement dans la transmission. Toutefois, sur certaines supercars, l’hybridation sert avant tout à augmenter les performances sans augmentation notable de la consommation.
Hybride rechargeable
À l’instar des véhicules hybrides classiques, les hybrides rechargeables associent également un moteur à combustion et un moteur électrique. Équipés de batteries lithium-ion plus performantes, ils peuvent toutefois atteindre une autonomie électrique de 30 à 80 km. Contrairement aux voitures hybrides traditionnelles, il est possible de faire le plein des hybrides rechargeables en les branchant sur une prise. Les PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicles) sont souvent de gros 4X4-SUV dont on cherche à maîtriser les émissions de CO2.
Range Extender
Un range extender est soit un petit moteur à combustion qui vient en complément d’un moteur électrique, soit une pile à combustible. Le range extender ne sert pas directement à propulser le véhicule, mais à produire de l’électricité à bord afin d’augmenter l’autonomie du véhicule électrique. Il est découplé du moteur à combustion et propulse un générateur qui alimente la batterie en électricité.
Hydrogène
Les véhicules à pile à combustible (PAC) sont des véhicules électriques qui reçoivent l’électricité nécessaire au moteur non pas d’une batterie, mais d’une pile à combustible. La pile à combustible permet de produire de l’énergie électrique à partir d’oxygène et d’hydrogène. Le véhicule est alimenté par de l’hydrogène soumis à une pression de 350 ou 700 bars. L’électricité produite dans la pile à combustible génère de l’eau comme seul déchet.
Les constructeurs japonais et coréens ont été les premiers à proposer des voitures de tourisme à pile à combustible de série.
Véhicule au gaz naturel
Les véhicules au gaz naturel sont entraînés par des moteurs à allumage commandé au gaz naturel. Le gaz naturel est composé principalement de méthane (CH4). Il contient donc moins de carbone (C) que l’essence ou le gazole et produit nettement moins de CO2 lors de la combustion. Comparés aux moteurs à allumage à essence, les moteurs au gaz naturel émettent environ 20% de CO2 en moins. Pour des raisons d’autonomie, les moteurs au gaz naturel des véhicules de tourisme modernes sont toujours bivalents: ils peuvent être propulsés aussi bien par de l’essence que par du gaz naturel. Les voitures doivent donc disposer de deux systèmes d’alimentation et de deux réservoirs. Un fonctionnement exclusif au gaz naturel permettrait d’exploiter encore mieux les avantages du gaz – en particulier son indice d’octane élevé. Le gaz naturel, souvent appelé GNC (gaz naturel comprimé), est stocké à bord du véhicule à une pression de 200 bars. Aujourd’hui, la Suisse abrite plus de 140 stations-service.
Véhicule au biogaz
Le biogaz a une composition semblable à celle du gaz naturel et peut être utilisé par les mêmes véhicules. Tout comme le gaz naturel, il est principalement composé de méthane. Le biogaz est produit par la fermentation de biomasse. Il est fabriqué dans des usines de biogaz où des déchets ou des matières premières renouvelables sont fermentés. Le gaz naturel de synthèse constitue une alternative au biogaz. Grâce à l’énergie éolienne ou solaire, on utilise de l’eau pour produire de l’oxygène et de l’hydrogène, que l’on peut ensuite transformer en méthane, autrement dit en gaz naturel, en y ajoutant du CO2.
Véhicule GPL
Le gaz de pétrole liquéfié (GPL) est utilisé, tout comme le gaz naturel, dans les moteurs à allumage. Composé de propane et butane, le GPL se liquéfie à basse pression. Dans certains pays, les constructeurs automobiles proposent des véhicules GPL équipés départ usine. Ils peuvent également être transformés ultérieurement par des spécialistes pour fonctionner au GPL. En Suisse, plusieurs tentatives ont été effectuées pour lancer le GPL. Sans grand succès, car les avantages – tant financiers qu’environnementaux – ne sont pas suffisants.
Essence
Les véhicules à essence sont propulsés par un moteur à allumage commandé. Dans ce système de combustion, le piston aspire de l’air dans le cylindre. Sur les moteurs turbo, l’air est comprimé par le turbocompresseur ou le compresseur dans le cylindre. Durant l’aspiration, le carburant est transporté dans l’air aspiré – soit dans le collecteur d’admission, soit directement dans la chambre de combustion. Le mélange air-carburant est allumé par l’étincelle produite par une bougie. Le rapport de poids air-essence est de l’ordre de 14,7:1 (lambda = 1) sur l’ensemble de la plage de puissance. Dans le moteur à essence, le taux de compression se situe entre 9:1 et 14:1, selon le type de combustion. Lors de la combustion, le piston et la bielle sont poussés vers le bas et mettent le vilebrequin en rotation.
Diesel
Tout comme le moteur à essence, le moteur diesel est une machine à combustion. Il se caractérise par l’allumage spontané du carburant injecté dans l’air de combustion comprimé. Contrairement au moteur à essence, le processus de combustion du moteur diesel ne comprend pas d’amenée de mélange air-carburant, mais uniquement une amenée d’air. De même, le rapport air-carburant du mélange diffère selon la puissance nécessaire. Dans les moteurs diesel, le taux de compression se situe entre 16:1 et 17:1 environ. La température élevée atteinte lors de la compression suffit à évaporer le carburant et à enflammer le mélange.
E-carburants: des carburants sans pétrole
Des carburants non polluants, produits à partir d’électricité, d’eau et de gaz d’échappement: les e-carburants semblent ouvrir la voie à une alternative idéale aux voitures électriques. Mais que sont exactement ces carburants? Comment sont-ils produits et quand seront-ils disponibles à la pompe?
Les e-carburants appelés aussi carburants synthétiques ou carburants électriques sont des substituts de synthèse de l’essence et du diesel fossiles. Comme leur nom l’indique, ils sont fabriqués à partir d’électricité au lieu d’être extraits du sol. En fonction de l’utilisation prévue, ces carburants de synthèse peuvent être fabriqués avec les mêmes propriétés que l’essence, le kérosène ou d’autres produits pétroliers raffinés. Les avantages des carburants électriques tombent donc sous le sens: du stockage, au transport jusqu’à la station-service, ils peuvent utiliser les mêmes infrastructures que les carburants traditionnels, être utilisés dans les mêmes réservoirs et alimenter les mêmes moteurs à combustion. Toutefois, ils génèrent aussi des gaz d’échappement et des émissions sonores.
Comment les e-carburants sont-ils produits?
En fonction du mélange, une essence ordinaire contient plus de 150 constituants différents essentiellement composés de deux éléments principaux: l’hydrogène et le carbone. Ces éléments peuvent être combinés de multiples façons et constituent la base des carburants synthétiques. Il existe différentes méthodes de fabrication qui reposent pour l’essentiel sur le même principe.
1. Produire de l’hydrogène avec de l’électricité
Pour produire le premier élément des carburants électriques, il faut seulement de l’eau et une grande quantité d’électricité. Grâce à l’électrolyse, un processus très énergivore, l’eau est décomposée en ses éléments et l’on obtient de l’hydrogène et de l’oxygène comme produit dérivé, qui ne sera généralement pas réutilisé.
2. Obtenir du carbone à partir du CO2
Obtenir le second élément, le carbone, est plus complexe. Certes, le carbone est présent en grandes quantités dans la terre, mais ses émissions doivent être évitées pour ne pas en accroître les quantités déjà présentes dans l’atmosphère. Et lors de la combustion des e-carburants, le carbone qu’ils contiennent est également rejeté dans l’atmosphère sous forme de CO2. La solution est le captage du CO2, un procédé qui consiste à extraire le CO2 des rejets gazeux industriels, voire directement de l’air ambiant. Les installations CCU (Carbon Capture and Utilization) utilisées à cet effet sont volumineuses et nécessitent une grande quantité d’énergie pour le filtrage du CO2.
3. Lier l’hydrogène au carbone
L’hydrogène est ensuite lié au CO2 au moyen d’un procédé chimique. Le gaz de synthèse ainsi obtenu peut ensuite être traité et raffiné dans un processus à plusieurs étapes afin de fabriquer des carburants tels que l’e-essence, l’e-diesel ou l’e-kérosène.
Faits et chiffres: dans quels cas les e-carburants sont-ils adaptés?
Des carburants comme l’essence de synthèse ont un avantage de taille par rapport aux autres carburants issus de ressources renouvelables: ils concentrent une très grande quantité d’énergie dans un volume et un poids restreints. Dans l’industrie aéronautique par exemple, les batteries actuelles sont 7 fois trop volumineuses et 20 fois trop lourdes pour propulser un avion de ligne long-courrier par l’énergie électrique. Les carburants électriques constituent aujourd’hui une alternative judicieuse aux carburants fossiles.
Qu’en est-il de l’utilisation des e-carburants dans les voitures?
Dans les voitures électriques aussi, les batteries sont plus volumineuses et plus lourdes que les réservoirs de carburant et, de surcroit, des millions de voitures à moteurs à combustion devront être mises durablement hors circulation. La question se pose alors de savoir s’il serait judicieux de remplacer le carburant plutôt que les voitures.
Le premier problème est la disponibilité: l’offre d’e-carburants est aujourd’hui encore très limitée. Située au Chili, la plus grande installation pilote doit garantir une production annuelle de 550 millions de litres à partir de 2026 à des coûts nettement plus élevés que ceux de l’essence et du diesel fossiles. Cette quantité produite représente à peine à 10% de la consommation de carburant en Suisse et à moins de 1% de la consommation de carburant en Allemagne.
Les e-carburants consomment 5 fois plus d’électricité
Les besoins énergétiques des e-carburants constituent un défi encore plus important: si l’on considère uniquement la phase de fabrication, ils nécessitent deux fois plus d’énergie qu’ils n’en fournissent et, dans le moteur à combustion, plus des deux tiers de cette énergie sont perdus. Concrètement, cela signifie qu’une voiture conventionnelle propulsée par un carburant électrique nécessite, dans le meilleur des cas, cinq fois plus d’électricité qu’une voiture électrique.
L’industrie automobile est arrivée à la même conclusion: au vu de la situation en juillet 2022, d’ici à 2035, déjà trois quarts des constructeurs automobiles en Europe souhaitent commercialiser uniquement des véhicules électriques. Si l’on additionne les objectifs de flotte de tous les constructeurs automobiles, 84% des voitures neuves en Europe seront entièrement électriques d’ici cette date. Quant aux constructeurs restants, une grande partie de leur flotte de nouveaux véhicules sera également électrique.
Les e-carburants pour le transport maritime et aérien
Conclusion: nous devons nous libérer du pétrole et les carburants électriques auront sans nul doute un rôle crucial à jouer pour y parvenir. Leur utilisation est judicieuse là où il n’existe pas de solution plus efficiente. Pour ce qui est des voitures de tourisme, la question semble réglée: tant que les carburants ne seront pas disponibles en grandes quantités, les constructeurs proposeront uniquement des véhicules électriques en raison des besoins énergétiques nettement plus faibles. Dans le trafic lourd, la question de l’adoption des carburants électriques reste encore ouverte car des moteurs plus efficients présentent en fin de compte des coûts d’exploitation plus faibles et la part des carburants dans les coûts d’exploitation du trafic des marchandises est élevée. Les e-carburants seront toutefois indispensables dans le transport maritime et aérien pour une exploitation respectueuse de l’environnement. Mais leur utilisation pour le trafic routier devrait se limiter aux véhicules anciens et d’exception.
E-Fuels
