Batteries électriques : ces avancées technologiques qui vont tout changer

Les mesures fiscales et réglementaires qui s’appliquent aux véhicules en France se resserrent chaque année pour promouvoir la montée en puissance des mobilités électriques. L’objectif : accélérer la décarbonation du parc roulant français en réduisant les émissions de gaz à effet de serre en vue de ralentir le réchauffement climatique. 

La batterie électrique est à la fois le talon d’Achille et la pierre angulaire du développement à grande échelle des véhicules électriques. Longtemps cantonnée à moins de 100 km, elle a beaucoup progressé ces dernières années, dépassant les 500 km pour de plus en plus de modèles. La rupture technologique est aujourd’hui bien là, et elle se vérifie sur tous les plans : autonomie, rapidité de charge et durabilité. 

Les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles sont donc sur la brèche pour équiper leurs modèles de ces nouvelles batteries de plus en plus performantes. Les progrès technologiques vont permettre dans les années à venir de réaliser des avancées uniques avec à la clé une attractivité décuplée pour les véhicules électriques. 

Les 5 facteurs qui contribuent à la performance d’une batterie électrique 

• Autonomie : elle représente la capacité de la batterie à stocker de l'énergie et à la restituer sur une longue durée. Le manque d’autonomie (la fameuse peur de la panne…) constitue toujours l'un des principaux freins à l'adoption des véhicules électriques. 
• Densité énergétique : une densité énergétique élevée permet de réduire la taille et le poids des batteries : le volume du coffre est augmenté, l’habitacle est plus spacieux et l’esthétisme de la voiture est préservé. 
• Temps de charge : plus il est rapide, plus le véhicule est confortable à l’usage. Les longs temps de charge constituent un autre frein à l'adoption des véhicules électriques, pour des usagers habitués à passer seulement quelques minutes à la pompe pour faire le plein… 
• Durabilité : exprimée en nombre de cycles de charge/décharge, elle est la clé de la rentabilité du véhicule électrique pour son utilisateur. 
• Impact environnemental : les conditions d’extraction des matières premières et de fabrication des batteries peuvent avoir des effets néfastes sur l'environnement. La plupart des constructeurs sont vigilants quant à la provenance des batteries dont ils équipent leurs véhicules.   

Vers une autonomie décuplée

L’augmentation de la capacité des batteries est clé pour le développement des voitures électriques. Plus la capacité de la batterie est grande, plus elle peut stocker d'énergie, mais cela augmente également le poids et le coût de l’unité. Pour certains modèles (par exemple pour les petites citadines), les constructeurs s’orientent vers des batteries plus petites, à recharger plus fréquemment. Et pour diminuer cette fréquence de recharge, les fabricants plébiscitent aujourd’hui des matériaux plus légers et plus résistants susceptibles d’améliorer l'efficacité des batteries : fibre de carbone, graphène, composites… 

D’autres avancées promettent des gains significatifs en termes d'autonomie. La piste de nouvelles chimies de batteries - l'ensemble des réactions chimiques qui permettent de stocker et de libérer de l'énergie électrique - est ainsi un en plein essor et les progrès sont prometteurs. 

Le lithium-ion est la technologie dominante actuelle, c’est la plus mature et la moins onéreuse. Les batteries à l’état solide et sodium-ion émergent. Celles à l’état solide sont très performantes mais leur coût est encore élevé. Le sodium-ion offre une alternative durable et plus abordable. 

Les progrès sont toutefois bien concrets et rendent de plus en plus envisageable la mobilité électrique sur une grande échelle : par rapport à l’autonomie « record » de 150 km offerte par la Nissan Leaf en 2010, on atteint aujourd’hui plus de 500 kilomètres d’autonomie pour un véhicule compact. Certains modèles offrent des performances encore supérieures, comme la Mercedes-Benz EQS avec 784 km ou la Tesla Model S Plaid et ses 837 km d’autonomie annoncés. Toyota travaille pour ses modèles de génération 2026 sur une batterie à l'état solide dotée de 1 200 km d'autonomie avec une charge très rapide (*1). 

La rapidité de charge avance…

Les avancées technologiques permettent également de réduire les temps de charge. A puissance et capacité équivalentes, la réduction de la résistance électrique et le développement de formats plus compacts contribuent à une meilleure circulation du courant et à une charge plus rapide. De nouveaux matériaux à haute conductivité électrique et des nanomatériaux pour les électrodes promettent d’améliorer encore les performances dans un futur proche. 

En outre, la dissipation efficace de la chaleur est essentielle pour une charge rapide et sûre. Des technologies de refroidissement liquide ou par air, associées à des matériaux à haute conductivité thermique, permettent de garantir la sécurité et d'optimiser le temps de charge. 

En parallèle, des logiciels intelligents analysent l'état de la batterie et les besoins du véhicule pour gérer la charge de manière optimale. Des algorithmes prédictifs anticipent la consommation d'énergie et adaptent la charge en conséquence. L'adoption de protocoles standardisés facilite l'interopérabilité et permet une recharge fluide sur différents réseaux. 

Aujourd’hui, les bornes ultra-haute puissance (supérieure à 150 kW) permettent une recharge jusqu’à 80% en 20 minutes. La Hyundai IONIQ 5 descend même à 18 minutes avec sa batterie au lithium-ion. D’ici 2028, les batteries à l'état solide pourraient même atteindre une recharge complète en seulement 6 minutes : c’est l’un des objectifs prioritaires poursuivis par Nissan (*2). 

Le développement de solutions de recharge intelligentes et interopérables est également, forcément, crucial. Parmi les solutions actuellement à l’étude : la mise en place de créneaux de recharge réservables et payables à l'avance pourrait contribuer à fluidifier l'accès aux bornes de recharge et à réduire les temps d'attente.

Une durabilité augmentée

Au-delà des aspects de performance et de coût, les fabricants s’attellent à réduire l'empreinte environnementale de la production des batteries et à en allonger la durée de vie. Plusieurs leviers sont activés pour atteindre cet objectif, à commencer par la substitution des matériaux rares et toxiques par des alternatives écologiques, mais aussi le développement de filières de recyclage efficientes. Autre but : l’optimisation des processus de fabrication, l’utilisation d'énergies renouvelables et la mise en place de programmes de compensation carbone. L’amélioration de la chimie des batteries, la généralisation de systèmes de gestion intelligents et l’adoption de pratiques d'utilisation responsables entrent aussi en compte dans le facteur durabilité des batteries. 

D’une façon générale, la recherche de la durabilité des batteries implique une approche holistique qui intègre l'ensemble du cycle de vie de la batterie, de sa production à son utilisation et à son recyclage.  

Aujourd’hui, les véhicules électriques supportent 1 000 à 1 500 recharges environ, selon les modèles et les usages. La durée de vie moyenne d’une batterie est de l’ordre de 8 à 10 ans, mais certains modèles peuvent tenir 12 à 15 ans : il s’agit de modèles équipés de la dernière génération de batteries lithium-ion. Tesla Model 3, S et X, Mercedes EQS et Lexus garantissent même leurs batteries jusqu'à 1 000 000 km ! 

D'ici 2025, l'objectif est de proposer des batteries lithium-ion dont la durée de vie atteint 1 500 à 2 000 cycles de charge. Les batteries à l'état solide, encore en phase de développement, promettent une durée de vie encore plus longue, pouvant atteindre 3 000 à 5 000 cycles (*3). 

C’est (heureusement) inéluctable : l'augmentation de l'autonomie, la réduction du temps de charge et l'amélioration de la durabilité contribueront à rendre les véhicules électriques plus attractifs pour les consommateurs, augurant d'une croissance importante du marché des véhicules électriques et de l’atteinte des objectifs environnementaux nationaux et européens. 

Reste à trouver le bon équilibre pour abaisser le coût global des batteries. Pour Andy Palmer, ex-directeur de l’exploitation chez Nissan qui avait notamment travaillé sur le lancement de la Nissan Leaf en 2011, « la solution pour réduire le prix des véhicules électriques n’est pas d’attendre que les technologies évoluent, ni de jouer avec la chimie. Il s’agit simplement d’utiliser une batterie plus petite ». Ford, Renault Citroën et Volkswagen ont d’ores et déjà opté pour cette option. Le succès d’une telle orientation est encore une fois lié au déploiement d'un réseau de recharge diversifié et intelligent, car une petite batterie se recharge plus souvent… 

Références : 

(*1) https://www.auto-moto.com/en-bref/toyota-travaille-sur-des-batteries-de-nouvelle-generation-offrant-jusqu-a-1200-km-d-autonomie--24568  
(*2) https://www.frandroid.com/marques/nissan/1842043_la-recharge-en-moins-de-10-minutes-sera-bientot-une-realite-chez-nissan  
(*3) https://ulys.vinci-autoroutes.com/blog/quelle-est-la-duree-de-vie-dune-batterie-de-voiture-electrique  
https://www.legipermis.com/blog/2023/07/05/duree-de-vie-voiture-electrique