Stockage de l'électricité: les batteries lithium-ion face au tout pétrole

Dans cet article, suite du précédent, je vais vous parler plus spécifiquement de l'énergie spécifique. En comparant l'énergie spécifique du pétrole, notamment de l'essence que nous mettons dans le réservoir de nos véhicules, avec celle des technologies de batterie, notamment les nouvelles technologies à venir d'ici 1 à 5 ans.

Par ailleurs, ceci va me permettre de parler efficacité énergétique, et donc de coût pour "faire le plein".

Si vous n'avez pas lu l'article précédent, je vous conseille de le faire maintenant, ces articles constituant une suite.

Dans l'article précédent donc, je comparais l'énergie spécifique de batteries lithium-ion utilisées par quatre constructeurs automobiles. Voici à nouveau les données en question ci-dessous. Il est important de les garder présentes à l'esprit pour les comparaisons auxquelles nous allons nous livrer dans cet article:

  • Renault ZOE: 82 Wh/kg
  • Bolloré BlueCar: 100 Wh/kg
  • BMW I3: 95 Wh/kg
  • Tesla Model S: 156 Wh/kg
Maintenant, intéressons nous à l'énergie spécifique du pétrole. Les données, issues de Wikipedia (http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique) nous donnent un tableau que je reproduis ci-dessous:
CombustibleMJ/kgkJ/LBTU/lbkJ/mol
Dihydrogène141,7912,7561 000286
Essence47,335 47520 4004200
Gazole (carburant Diesel)44,838 08019 3007600
Éthanol29,721 30012 8001 300
Propane50,35------2 219
Butane49,51---20 9002 800
Bois15---6 500---
Charbon15-27---8 000 - 14 000---

Deux lignes et deux colonnes nous intéressent plus particulièrement: ce sont les lignes dédiées à l'essence et au gazole, et les colonnes MJ/kg (méga-joules par kilogramme) et kJ/L (kilo-joules par litre).

Nous ce que l'on veut obtenir pour pouvoir faire la comparaison avec nos batteries, ce sont des Wh/kg. Il va donc nous falloir convertir les données du MJ/kg au kWh/kg à l'aide de la formule toute bête suivante:

1 kWh = 3.6 MJ

Donc si l'on effectue le calcul, voici ce que nous obtenons:

  • Essence: 47.3 MJ/kg = 13.1388 kWh/kg
  • Gazole: 44.8 Mj/kg = 12.4444 kWh/kg

Un autre calcul intéressant, est de savoir combien de litres font 1 kg d'essence ou de gazole. On peut trouver cette donner en faisant un rapport entre les deux colonnes MJ/kg et MJ/L:

  • Essence: 1 kg = 1.3333 L
  • Cazole: 1 kg = 1.1764 L
Que constate-t-on?

Ce qui doit vous attirer l’œil immédiatement, c'est que 1 kg d'essence ou de gazole renferme beaucoup plus d'énergie que nos batteries, qui sont très très loin derrière. Remettons toutes nos données en perspective, en utilisant le Wh/kg comme unité:

  • Lithium-ion Renault ZOE: 82 Wh/kg
  • Lithium-ion Bolloré BlueCar: 100 Wh/kg
  • Lithium-ion BMW I3: 95 Wh/kg
  • Lithium-ion Tesla Model S: 156 Wh/kg
  • Essence: 13138 Wh/kg
  • Gazole: 12444 Wh/kg

Mais quel écart!

Maintenant, on va rentrer dans le vif du sujet, parce que finalement ce qui nous intéresse le plus au final, c'est combien de kilomètres on arrive à faire avec une certaine quantité d'énergie. Dans mon article précédent, j'ai indiqué le nombre de kilomètres d'autonomie des véhicules électriques pris en exemple. Ce qui in fine m'a donné les données suivantes en terme de Wh/km, c'est à dire d'énergie nécessaire pour parcourir 1 kilomètre:

  • Renault ZOE: 146 Wh/km
  • Bolloré BlueCar: 150 Wh/km
  • BMW I3: 146 Wh/km
  • Tesla Model S: 212 Wh/km
Prenons maintenant deux voitures à moteur thermique, que je connais bien aussi pour les avoir conduites pendant plusieurs années, pour obtenir cette même donnée:
  • BMW 330CD, 204 chevaux (diesel donc): 900 km parcourus avec 60 litres de gazole, soit 900 km avec 51 kg de gazole
  • BMW 335CI, 306 chevaux (essence sportive): en mode sport: 525 km parcourus avec 60 litres d'essence, soit 525 km avec 45 kg d'essence

Et enfin, prenons le cas d'une voiture à essence moyenne, d'une voiture à essence petite, et d'une voiture gazole moyenne:

  • voiture essence moyenne: 8.0 litres d'essence par 100 kilomètres, soit 100 km avec 6.00 kg d'essence
  • voiture essence petite: 6.5 litres d'essence par 100 kilomètres, soit 100 km avec 4.87 kg d'essence
  • voiture diesel moyenne: 6.7 litres de gazole par 100 kilomètres, soit 100 km avec 5.69 kg de gazole

Si nous mettons toutes ces données ensemble et que nous convertissons tout en Wh/km, cela nous donne:

  • Renault ZOE: 146 Wh/km
  • Bolloré BlueCar: 150 Wh/km
  • BMW I3: 146 Wh/km
  • Tesla Model S: 212 Wh/km
  • BMW 330CD: 705 Wh/km
  • BMW 335CI: 1126 Wh/km
  • Voiture essence moyenne: 788 Wh/km
  • Voiture essence petite: 642 Wh/km
  • Voiture diesel moyenne: 708 Wh/km

Et là, on a quelque chose de très frappant! En effet, en terme d'efficacité énergétique, là où nos quatre véhicules électriques présentent une consommation moyenne au kilomètre de 163.5 Wh/km, nos cinq exemples de voitures thermiques présentent eux une moyenne de 793.80 Wh/km! 4.855 fois plus! Hallucinant!

Voilà pourquoi on dit que les voitures (thermiques) sont un gouffre en terme financier. L'argent que vous dépensez à la pompe, c'est de l'argent que vous "brûlez", littéralement. On dit aussi, de façon empirique, que le meilleur moteur à essence a un rendement de 25%, et le meilleur moteur diesel, de 30%. Le rendement dune voiture électrique est, de façon toute aussi empirique, le rendement de son moteur électrique, soit > 90%. Avec toutes les données que je vous ai présentées ici, on pourrait calculer "une indication" de rendement.

Analysons maintenant comment tout ceci se traduit en terme financier.

  • Le coût du kWh électrique chez EDF en base, est disons de 0.09 €.
  • le coût d'un litre d'essence, est disons de 1.54 € en décembre 2013, c'est à dire 2.0532 € par kg d'essence, soit 0.1562 € le kWh.
  • le coût d'un litre de gazole, est disons de 1.40 € en décembre 2013, c'est à dire 1.6469 € par kg de gazole, soit 0.1323 € le kWh.
Pour commencer, on voit tout de suite que le coût de l'énergie est en gros multiplié par 1.5 pour le pétrole par rapport à l'électricité.

Pour rouler 1 km, je devrai dépenser:

  • Renault ZOE: 0.01314 € (1.314 centimes d'€)
  • Bolloré BlueCar: 0.0135 € (1.350 centimes d'€)
  • BMW I3: 0.01314 € (1.314 centimes d'€)
  • Tesla Model S: 0.01908 € (1.908 centimes d'€)
  • BMW 330CD: 0.09327 € (9.327 centimes d'€)
  • BMW 335CI: 0.17588 € (17.588 centimes d'€)
  • Voiture essence moyenne: 0.12308 € (12.308 centimes d'€)
  • Voiture essence petite: 0.10028 € (10.028 centimes d'€)
  • Voiture diesel moyenne: 0.09366 € (9.366 centimes d'€)

Tout ceci est pour le moins édifiant!

En conclusion, voici pourquoi je pense que:

  • l'électrique, c'est l'avenir et rien d'autre
  • une voiture électrique est bien plus efficiente qu'une voiture thermique
  • les voitures thermiques n'ont absolument aucun avenir à long terme: ces jours d'existence sont vraiment comptés
  • une des raisons parmi tant d'autres qui font que les conducteurs de voitures électriques ne veulent plus revenir en arrière, c'est justement leur efficience énergétique ainsi que leur coût à l'usage, même si le coût du kWh électrique double dans les 5 ans à venir
  • posséder une voiture thermique, c'est uniquement générer un énorme foyer de perte financière à l'échelle de votre micro-économie familiale. 
Bien entendu pour être tout à fait complet, d'autres données seraient à prendre en compte comme le coût d'achat des véhicules, le coût total de possession qui inclue en plus le coût des révisions, des réparations, etc...

Dans le prochain article, je vous conterai pourquoi les voitures électriques dont nous disposerons à horizon 2 à 5 ans pourraient bien signifier la mort de la voiture thermique, notamment grâce aux technologies de batterie nouvelle génération que sont le Lithium Sulfur (dont la production à l'échelle industrielle démarre maintenant!) avec son énergie spécifique de 450 Wh/kg minimum, et à horizon 2020/2025 avec les batteries Metal-air, notamment Lithium-Oxygène avec son énergie spécifique de 3000 Wh/kg minimum! Ces énergies spécifiques signifient tout simplement que les voitures électriques disposeront, à poids "actuel" des batteries lithium-ion embarquées dans les voitures électriques du moment, d'une autonomie de 1000 km minimum, jusqu'à 3000 km. En une seule charge!

Adieu la voiture thermique!

Le futur est radieux et les sciences sont étonnantes!

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