Les véhicules électriques (VE) gagnent en popularité à mesure que le monde s’oriente vers des énergies plus renouvelables et des solutions de transport pour lutter contre le changement climatique. La technologie des VE s’est améliorée et ils font désormais partie intégrante de notre culture. Des entreprises comme Tesla ont même fait du VE une sorte de symbole de statut social. Mais vous êtes-vous déjà demandé comment ils fonctionnent réellement ?
Nous allons brièvement passer en revue ce qui différencie les VE des véhicules à essence et leur fonctionnement.
Sommaire
Alors, comment fonctionnent les véhicules électriques ?
Lorsque l’on parle de véhicules électriques, il s’agit généralement de voitures entièrement électriques alimentées par une batterie. On les appelle parfois véhicules électriques à batterie (BEV). Mais il existe d’autres types de véhicules qui peuvent être classés dans la catégorie des VE, notamment :
les véhicules hybrides Les véhicules hybrides rechargeables les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV).
Les principaux types de VE sur la route aujourd’hui sont les hybrides et les véhicules à batterie.
Comment fonctionne la batterie d’un VE
Tous les VE qui ne sont pas alimentés par une pile à combustible ont besoin d’une sorte de batterie pour stocker l’énergie utilisée pour faire avancer le véhicule sur la route. Le plus souvent, ces batteries sont en lithium-ion – en gros, des versions industrielles de la batterie de votre téléphone portable.
Ingénieurs travaillant sur une voiture électrique.
Les batteries des VE sont généralement constituées d’empilements de cellules organisées en unités et disposées en un grand banc le long de la partie inférieure du véhicule, appelé batterie de traction. L’ensemble de la batterie est chargé avec de l’électricité provenant du réseau via une station de charge ou en branchant le véhicule sur une prise de courant domestique. Les véhicules de plus grande taille, comme les camions et les SUV alimentés par une batterie, disposent d’un parc de batteries plus important.
Une fois complètement chargé, le véhicule a une autonomie déterminée avant de devoir être rechargé. Les voitures électriques sont construites avec d’autres caractéristiques pour prolonger la durée de vie de la batterie, comme l’arrêt du moteur lorsque la voiture n’est pas en mouvement et l’utilisation de l’énergie cinétique produite lorsque la voiture freine pour charger la batterie.
Les véhicules à pile à combustible fonctionnent un peu différemment. Au lieu d’une batterie, ils utilisent un réservoir d’hydrogène gazeux, mélangeant cet hydrogène avec l’oxygène de l’air pour créer une réaction chimique génératrice d’électricité. Une fois le gaz épuisé, le réservoir doit être rempli, ce qui peut prendre moins de temps que de recharger la batterie d’un VE.
Les progrès de la technologie des batteries des VE sont constants, ce qui signifie que l’autonomie des VE continuera probablement d’augmenter au fur et à mesure des nouvelles itérations de leur conception. GM a annoncé un partenariat avec LG au CES 2021, qui produira des batteries de VE plus petites et plus denses en énergie.
Moteur électrique ou moteur à essence : Quelle est la différence ?
Les moteurs à combustion interne alimentés au gaz utilisent du carburant comprimé et allumé pour faire bouger des pistons reliés à un vilebrequin, qui fait tourner les roues du véhicule. Un véhicule entièrement électrique utilise le même principe de rotation pour faire avancer un véhicule, mais il est alimenté différemment.
Le châssis d’une voiture électrique.
Au lieu de pistons, un véhicule électrique utilise des électroaimants pour faire bouger le vilebrequin. Le moteur électrique d’un véhicule électrique comporte un système d’aimants, dont certains sont fixes et d’autres tournent. On fait tourner les aimants en changeant continuellement la polarité des aimants qui doivent tourner.
Vous vous souvenez de ces expériences scientifiques que vous faisiez quand vous étiez enfant, où vous preniez deux aimants, les disposiez pôle à pôle et essayiez de les pousser ensemble ? À un niveau très basique, la résistance que vous obtenez lorsque vous essayez de pousser deux aimants orientés nord-nord ou sud-sud ensemble est ce qui fait tourner le moteur d’un VE et fait tourner les roues du véhicule.
Pour créer cette résistance, les aimants en rotation doivent toujours avoir une charge opposée à celle des aimants fixes. C’est ce que fait un dispositif appelé onduleur. L’onduleur tire son énergie de la batterie du véhicule électrique pour changer la polarité des aimants rotatifs environ 60 fois par seconde. Cette commutation constante crée une résistance magnétique soutenue et alimente le moteur. Vous pouvez voir un excellent aperçu visuel de ce concept dans cette vidéo de la chaîne YouTube TechVision.
Cette conception est plus efficace que celle d’un moteur à combustion interne car le moteur est conçu pour tourner dès le départ, alors qu’un moteur à essence doit utiliser un vilebrequin pour convertir le mouvement de haut en bas de son piston en un mouvement rotatif pour faire tourner les roues. Le réglage de la fréquence de la commutation de polarité de l’onduleur permet également au conducteur de contrôler plus finement la vitesse et le couple d’un VE qu’avec un moteur à essence.
Les VE sont-ils vraiment plus durables que les véhicules à essence ?
Les véhicules tout électriques ne brûlent pas de combustibles fossiles et n’émettent donc pas de gaz d’échappement nocifs. Dans les véhicules à pile à hydrogène, le seul sous-produit de leur fonctionnement est l’eau obtenue en mélangeant l’hydrogène et l’oxygène. En ce sens, les VE sont plus durables et plus respectueux de l’environnement que les véhicules à essence. Toutefois, les batteries dont ils ont besoin pour fonctionner doivent être construites et approvisionnées avec soin afin d’être durables à long terme.
Les minéraux nécessaires à la fabrication des batteries des VE devront être exploités à plus grande échelle si l’on veut que les véhicules électriques puissent concurrencer les véhicules à essence. Il faut également se demander ce que l’on fera de ces batteries une fois qu’elles auront atteint la fin de leur durée de vie utile. L’Union of Concerned Scientists a publié un rapport sur les batteries des VE en février 2021, dans lequel elle décrit les mesures à prendre pour y parvenir. Les mesures clés comprennent des programmes de recyclage des batteries, des normes strictes en matière de santé et de travail sur le lieu de travail et l’utilisation d’énergies renouvelables dans la fabrication.
Les fabricants de batteries se tournent également vers des matériaux plus facilement disponibles pour la construction de leurs batteries. Les batteries GM mentionnées précédemment, par exemple, intègrent de l’aluminium dans leur conception afin de réduire la quantité de cobalt utilisée par batterie.
Un autre point souvent soulevé au sujet de la durabilité des VE est que les usines qui produisent l’électricité pour alimenter ces véhicules produisent également des émissions de gaz à effet de serre. Les véhicules à pile à combustible à gaz et à hydrogène peuvent utiliser de l’électricité produite par du gaz naturel, par exemple. Bien que les émissions soient encore inférieures à celles produites par les véhicules à gaz, un investissement plus important dans les sources d’énergie renouvelables comme l’éolien et le solaire pourrait limiter davantage l’impact de la production d’électricité pour alimenter davantage de véhicules électriques à l’avenir.
5