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. Et pourtant, un moteur électrique affiche à lui seul 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, pour les voitures électriques, les pertes importantes ne surviennent pas dans le véhicule mais plutôt lors de la production et de la mise à disposition de l’énergie. 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 pour les véhicules électriques se présente de la manière suivante:
- 36% de l’énergie initialement utilisée est perdue pour la production et la mise à disposition de l’électricité, et il y a également des pertes lors de la recharge de la batterie.
- 64% de l’énergie utilisée propulse 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%. Avec un moteur thermique, c’est exactement l’inverse qu’avec un moteur électrique: les pertes d’énergie importantes se produisent dans le véhicule et non lors de la production de 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 pour les véhicules à essence se présente de la manière suivante:
- Sur un moteur à essence, 80% de l’énergie initialement utilisée est perdue lors de l’extraction, de la production, du transport et de la combustion.
- 20% de l’énergie utilisée propulse les roues d’une voiture à essence.
Le diesel obtient de meilleurs résultats, car sa combustion est plus efficace. Son bilan well-to-wheel est le suivant:
- 55% de l’énergie initialement utilisée est perdue dans le diesel.
- 45% de l’énergie utilisée propulse les roues de la voiture diesel.
Pourquoi un moteur Ă©lectrique 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 rendements de plus de 90%!
Par rapport à une voiture thermique, la voiture électrique présente d’autres avantages. Ainsi, les moteurs électriques n’ont pas besoin d’une «chaîne de transmission» complexe pour acheminer l’énergie utile aux roues, ce qui réduit les pertes par frottement. Comme ils sont beaucoup plus petits que les moteurs à combustion, les moteurs électriques peuvent par exemple être montés à proximité des roues. La boîte de vitesses et l’embrayage sont également inutiles, car les moteurs électriques produisent un couple constant à partir de l’arrêt: ils mettent tout de suite 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 s’en servent pour le freinage: au lieu de laisser simplement s’évaporer la chaleur dégagée, le moteur électrique récupère de l’énergie électrique qui est stockée dans la batterie de traction. 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.
Les moteurs à combustion n’ont pas ce problème. En raison de leur faible rendement, ils génèrent beaucoup plus de chaleur résiduelle qu’il n’en faut pour le chauffage. En été, la situation s’inverse toutefois: dans ce cas, la chaleur dégagée par le moteur à combustion affecte beaucoup plus la climatisation qu’avec un moteur électrique. Cela se reflète dans la consommation de carburant plus élevée des moteurs diesel et essence par temps chaud.
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. 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 pour la propulsion électrique, la pile à combustible produit de l’électricité à l’aide 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 bilan well-to-wheel pour un véhicule à pile à combustible se présente donc de la manière suivante:
- 70% de l’énergie initialement utilisée est perdue 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 propulse 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, qui peut être réalisée avec un bilan carbone neutre: la voiture électrique.
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