Utilisation de la voiture électrique
Rendement: Les voitures électriques sont beaucoup plus efficientes
01.07.2024
Le rendement d’une propulsion électrique est si élevé qu’elle est prédestinée à la circulation routière. Nous vous expliquons comment se positionnent les voitures électriques, les voitures thermiques et les voitures à pile à combustible et où se situent les différences.
D’un point de vue énergétique, un moteur électrique est la technologie de propulsion la plus efficace pour une voiture. Aucune autre technologie de propulsion n’offre un meilleur rendement. Le terme «rendement» indique le pourcentage de l’énergie fournie qui peut effectivement être utilisé. Il ne s’agit jamais de 100%, car il y a toujours des pertes dues au frottement et à la chaleur résiduelle. Il n’en reste pas moins qu’un moteur électrique à lui seul affiche un rendement exceptionnel de 80 %.
Pour une analyse correcte, il est important de ne pas seulement tenir compte des pertes d’énergie dans le véhicule. En effet, dans le cas des voitures électriques, les pertes importantes surviennent lors de la production et de la mise à disposition de l’énergie, et non dans le véhicule. La notion de «well-to-wheel», c’est-à-dire «du puits à la roue», s’est imposée pour cette approche globale avec le monde des moteurs à combustion.
Appliqué à la voiture électrique, on dirait plutôt «de la production d’électricité à la roue».
Le bilan Well-to-Wheel voit pour véhicules électriques comme suit:
36 % de l’énergie utilisée à l’origine est perdue pour la production et la fourniture de l’électricité, et des pertes se produisent également lors du chargement de la batterie.
64 % de l’énergie utilisée sont entraînées par les roues de la voiture électrique.
Quel est le rendement d’un moteur thermique?
Le rendement d’un moteur à essence est de 20%, celui d’un moteur diesel de 45%. Dans le cas d’un moteur à combustion, c’est l’inverse de celui d’un moteur électrique: Les grandes pertes d’énergie se produisent dans le véhicule et non lors de la fabrication du carburant. Dans le moteur thermique, l’oxygène présent dans l’air provoque une réaction chimique au cours de laquelle le carburant est brûlé. La combustion génère beaucoup de chaleur résiduelle. De plus, les soupapes et les roues dentées doivent être actionnées avant que l’énergie utile n’arrive aux roues.
Le bilan Well-to-Wheel voit pour moteurs à essence comme suit:
80 % de l’énergie utilisée à l’origine sont perdues dans le moteur lors de l’extraction, de la production, du transport et de la combustion.
20 % de l’énergie utilisée sont propulsées par les roues d’un moteur à essence.
Diesel obtiennent de meilleurs résultats, car leur combustion est plus efficace. Votre Well-to-Wheel-Le bilan est:
55 % de l’énergie utilisée à l’origine sont perdues avec le diesel.
45 % de l’énergie utilisée sont entraînées par les roues du diesel.
Pourquoi un moteur électrique est-il si efficace?
Les moteurs électriques transforment l’électricité en mouvement, générant peu de chaleur résiduelle. En revanche, les moteurs essence et diesel brûlent du carburant, ce qui génère beaucoup de chaleur résiduelle. De par leur principe et au vu des solutions techniques existantes, les moteurs électriques sont extrêmement efficaces. Certains moteurs électriques atteignent même des degrés d’efficacité supérieurs à 90 %!
Par rapport à une voiture thermique, la voiture électrique présente d’autres avantages. Ainsi, les moteurs électriques ont une «chaîne de transmission» moins complexe pour acheminer l’énergie utile aux roues. ce qui réduit les pertes par frottement. Ce n’est certes encore le cas pour aucune voiture électrique de série, mais comme ils sont plus petits que les moteurs à combustion, ils peuvent être montés à proximité des roues. Des différentiels et des arbres d’entraînement continuent d’être installés. Mais il n’y a généralement pas de boîte de vitesses.
Les moteurs électriques produisent un couple constant à l’arrêt: Ils mettent immédiatement leurs chevaux sur la route. En revanche, un moteur à combustion ne peut développer une force de traction suffisante pour faire bouger la voiture qu’à partir de 800 à 1000 tours par minute. De plus, il a besoin d’une boîte de vitesses pour toujours adapter de manière optimale le régime et la puissance. La boîte de vitesses entraîne également des pertes par frottement.
Les moteurs électriques peuvent aussi produire de l’électricité
Mais les moteurs électriques peuvent non seulement transformer l’énergie électrique en énergie cinétique, mais aussi, à l’inverse, en produire à partir d’un mouvement. Le moteur se transforme alors en générateur, en centrale électrique. Dans le cas des voitures électriques, les constructeurs en profitent pour freiner: Au lieu de simplement évanouir la chaleur dégagée, le moteur électrique récupère de l’énergie électrique qui est stockée dans la batterie de propulsion. Cela permet d’augmenter l’autonomie et donc le rendement.
Le chauffage de l’habitacle en hiver est un problème lié au rendement élevé de la propulsion électrique. Il est possible d’atténuer le problème en installant une pompe à chaleur dans le véhicule qui, comme dans les maisons, prélève de la chaleur dans l’environnement et la transmet aux occupants. Cela permet de soulager la batterie de traction, dont l’électricité devrait sinon servir à chauffer. Néanmoins, la pompe à chaleur consomme elle aussi de l’électricité provenant de la batterie, un peu moins que si l’on convertissait directement l’électricité en chaleur. En été, les besoins énergétiques pour la climatisation des véhicules électriques et des véhicules à combustion sont à peu près identiques.
Quel est le rendement d’un véhicule à pile à combustible?
Avec la pile à combustible, le rendement d’un moteur se situe entre celui d’un moteur essence et diesel, c’est-à-dire à un niveau bien inférieur à celui d’une voiture électrique. Un véhicule à pile à combustible est certes doté d’un moteur électrique et d’une batterie de traction (plus petite en comparaison), et il transforme en fin de compte l’énergie électrique en mouvement, comme une voiture électrique. Les véhicules à pile à combustible présentent l’avantage d’une très grande autonomie. Mais pour atteindre une autonomie supérieure à celle des voitures électriques, le véhicule est équipé d’une pile à combustible et d’un réservoir d’hydrogène. Pour recharger la batterie de la propulsion électrique, la pile à combustible produit de l’électricité à partir de l’oxygène de l’air et de l’hydrogène.
Considérée isolément, la pile à combustible atteint un rendement de plus de 80%. Mais dans le bilan well-to-wheel, l’hydrogène abaisse cette valeur élevée. L’hydrogène n’est pas présent isolément dans la nature, il doit être produit à grande échelle sur le plan énergétique. Les électrolyseurs s’en chargent de manière durable en décomposant l’eau en oxygène et en hydrogène au moyen d’un courant renouvelable. Il s’agit ensuite de stocker l’hydrogène gazeux à haute pression et à basse température. Sinon, le bilan énergétique de ce type de propulsion serait encore plus mauvais. La pression peut atteindre 700 bars. À titre de comparaison, un pneu de voiture a entre deux et trois bars. La température est d’environ –250 °C. Tout cela demande beaucoup d’énergie.
Le recyclage est nettement moins coûteux en raison de la très petite batterie que celle d’une voiture électrique. De plus, l’électricité excédentaire (produite p. ex. en été par les installations photovoltaïques) peut être convertie en hydrogène et stockée.
Le bilan Well-to-Wheel voit pour véhicule à pile à combustible comme suit:
70 % de l’énergie utilisée à l’origine sont perdues lors de la production et du stockage de l’hydrogène ainsi que lors de la production d’électricité dans le véhicule.
30 % de l’énergie utilisée entraînent les roues d’un véhicule à pile à combustible.
Cela explique aussi pourquoi la pile à combustible est considérée comme une technologie de niche pour la circulation routière. En effet, pour de très nombreux cas d’application, il existe une solution nettement moins complexe et en même temps plus efficace sur le plan énergétique: le CO2-la voiture électrique doit être réalisée de manière neutre.