Voiture électrique

Publicité Automobiles électriques Jenatzy (1899).
Le Comte Gaston de Chasseloup-Laubat, sur Jeantaud Duc électrique en 1899.
Venturi Fétish, 1re sportive électrique (2003).
La Renault ZOE, voiture électrique la plus vendue en France en 2013[1].
La Tesla Model S est une berline familiale ayant une autonomie d'environ 500 km (2013).

Une voiture électrique est une automobile mue par la force électromotrice d'un ou plusieurs moteurs électriques, généralement alimentés par une batterie d'accumulateurs (en anglais BEV pour « Battery Electric Vehicle »), ou parfois une pile à combustible voire un moteur thermique couplé à un générateur électrique.

On distingue ainsi les voitures électriques à batterie comme la Tesla Model 3 ou la Renault ZOE, des voitures électriques à pile à combustible tel que la Toyota Mirai ou les voitures hybrides électriques.

Il existe également des automobiles électriques équipées de batteries et d'un prolongateur d'autonomie comme la Chevrolet Volt (en anglais EREV pour « Extended Range Electric Vehicle »).

Voiture électrique

Sommaire

Principe

La voiture est généralement équipée d'un ou plusieurs moteurs électriques dont la puissance totale peut aller de 15 kW à plus de 400 kW, selon la taille du véhicule, l'usage et les performances recherchées. Par exemple :

  • 49 kW (67 ch) pour une petite berline quatre-places (Mitsubishi i-Miev)[2],
  • 57 à 88 kW (selon les modèles) pour la Renault ZOE[3],
  • 150 kW pour l'Opel Ampera[4],
  • 220 kW pour la sportive électrique Venturi Fétish[5]
  • 397 kW pour la Tesla Model S P90D.

Une batterie d'accumulateurs fournit l'énergie provenant de la recharge par câble depuis une source électrique extérieure et, selon les modèles, de la récupération d’énergie par freinage régénératif, le moteur fonctionnant alors en générateur d'électricité.

La capacité des batteries varie de 15 à 200 kWh, leur tension totale étant de 300 à 500 V. L'autonomie du véhicule dépend directement de la capacité de la batterie, du type de trajet (plat, varié, urbain, etc.), du mode de conduite et des accessoires utilisés (phares, chauffage, climatisation, essuie-glaces, etc.).

Les constructeurs annonçaient une autonomie moyenne de 150 km jusqu'en 2016 où la plupart ont annoncé, au Mondial de Paris, le passage de cette autonomie à 300 km, en particulier pour la Renault ZOE, l'Opel Ampera-e et la Golf de Volkswagen ; ils prévoient pour 2020 une autonomie allant de 450 km pour PSA à 600 km pour VW et Mercedes ; Tesla annonce 600 km pour sa Model S dès 2017[6].

En l'état de la technologie avant 2016, et selon le volume qui leur est dédié, les batteries permettaient d'assurer une autonomie comprise entre 100 et 300 km et nécessitaient des temps de recharge d'environ 8 heures[N 1]. Certains véhicules électriques sont donc munis de générateurs électriques internes : moteur thermique classique assurant, selon la situation, une partie de la traction ou une fonction de groupe électrogène (automobile hybride électrique), pile à combustible ou, éventuellement des panneaux solaires intégrés à la carrosserie pour des véhicules spécialement économes[N 2]. La Tesla Model S est une exception, avec une autonomie qui dépasse les 400 km (426 km selon l'EPA et 480 km selon Tesla[7]) avec un système propriétaire de chargement rapide appelé « Supercharger », qui permet de donner 240 km d'autonomie en h 30, avec une usure de batterie quasiment nulle[8].

Le coût de la batterie, nécessairement plus élevé que celui d'un simple réservoir d'essence, représente une partie significative du coût du véhicule. Cependant sa recharge est plus économique, à kilométrage égal, dans les pays où l'électricité n'est pas elle-même majoritairement fabriquée à partir de combustibles fossiles. Une solution adoptée par quelques fabricants est donc de louer la batterie[N 3],[9], ce qui présente différents avantages : le prix d'achat du véhicule est moins dissuasif ; l’échange à la station service ou à domicile est rapide ; en fin de vie, la batterie est récupérée pour recyclage. Le coût unitaire de ce recyclage dépendra bien entendu du volume à traiter.

La généralisation de ce type de véhicules implique le développement d'équipements collectifs connexes pour la recharge hors domicile : stations de recharge (ou d'échange de batteries vides contre des pleines), centrales électriques supplémentaires pour fournir l'énergie électrique se substituant aux carburants actuels, développement massif de l'industrie des batteries, etc. L'industrie automobile (et industries connexes) se modifiera profondément.

Une étude, réalisée pour Greenpeace, les Amis de la Terre Europe, et Transport et Environnement et publiée en 2010, montrait qu'en Europe, les véhicules électriques sont plus durables que les véhicules équipés des moteurs à combustion les plus performants[10],[11]. Les véhicules électriques n'émettent, lors de leurs déplacements, aucun gaz et sont silencieux. L'étude concluait aussi que l’augmentation du nombre de véhicules électriques, sans modifier la législation en cours qui permettait aux constructeurs d’utiliser la vente de véhicules électriques pour compenser la production de véhicules gros consommateurs d’énergie, pourrait conduire à la fois à une augmentation de la consommation de pétrole et des émissions des gaz à effet de serre du secteur automobile en Europe, en comparaison d’une situation sans véhicules électriques ainsi qu'à une augmentation de la production d’électricité basée sur le charbon et le nucléaire, au lieu d’une progression de la production d’énergie renouvelable.

L'impact sur l'environnement de la voiture électrique est donc lié principalement à la production de l'électricité, mais aussi aux émissions de particules fines. Une étude indépendante menée en 2014 par Transport & Mobility, une spin-off de l'université catholique de Louvain (KU Leuven), révèle ainsi que la voiture électrique produit à peine moins de particules fines qu’une nouvelle voiture à essence. Cela s’explique partiellement par une usure plus rapide des freins et des pneus sur la route, du fait du poids supplémentaire des batteries. Cependant, grâce au système de récupération d'énergie au freinage, à l'augmentation de la densité énergétique des batteries (qui représentent 10 à 15 % du poids total du véhicule) et une incitation à rouler de manière douce (pour augmenter l'autonomie du véhicule en anticipant les ralentissements), cette usure reste faible. Par contre, la voiture électrique n'émet pas d'oxyde d'azote, ce qui amène les auteurs de l'étude à conclure qu'elle est plus écologique que les voitures à moteur Diesel[12].

Les équipements associés doivent répondre aux exigences en matière de sécurité pour les installations et s’intégrer dans le futur réseau électrique intelligent (smart grid). Cela pour garantir des véhicules électriques disponibles, une facture énergétique optimisée et une empreinte carbone minimale.

Le véhicule électrique peut être vu comme une réponse efficace et concrète pour diminuer l’empreinte environnementale des transports. Il constitue un maillon manquant du panorama de la mobilité urbaine durable (train, tramway, bus, vélo) et répond aux modes de déplacement des conducteurs qui parcourent quotidiennement moins de 20 km, principalement dans le périmètre urbain : les particuliers qui utilisent leur véhicule pour le trajet domicile–travail et de nombreuses flottes d'entreprises.

Un des problèmes les plus difficiles à surmonter tient aux ressources en lithium, constituant essentiel à ce jour des batteries adaptées au transport automobile. En effet, selon un ouvrage publié en 2010, les ressources utilisables pour cet usage ne dépasseraient pas 4 millions de tonnes[13]. Sachant que la masse de lithium requise pour un véhicule est de l'ordre de 5 kilos, et qu'il y a actuellement 1,5 milliard de voitures (à pétrole) à travers le monde, les réserves ne permettraient pas de relayer la disparition du pétrole. Mais selon les estimations du US Geological Survey (USGS) de 2016, les réserves économiquement exploitables de lithium sont évaluées à 14 Mt (millions de tonnes) et les ressources identifiées à 40,7 Mt, largement suffisantes pour alimenter tout le parc automobile mondial[14].

Les batteries solides semblent bien placées pour succéder à terme aux batteries lithium-ion. Elles promettent une capacité de stockage accrue, une meilleure sécurité, un coût réduit, une plus grande durabilité et même une charge plus rapide. L’électrolyte liquide y est remplacé par un matériau solide de type céramique ou un polymère ; elles ne contiennent aucun composant liquide ou combustible et offrent donc une meilleure sécurité en réduisant notamment les risques d’incendie. Hyundai, Toyota, Fisker, BMW, Google, Solvay, Bosch, Dyson, Continental travaillent au développement de cette technologie[15]. Les batteries sodium-ion semblent également une alternative prometteuse, le sodium étant quarante fois plus abondant que le lithium[16].

Historique

XIXe siècle

En 1834, le premier véhicule électrique, un train miniature[17], est construit par Thomas Davenport.

En 1835, à Groningue, aux Pays-Bas, Sibrandus Stratingh met au point une voiture électrique expérimentale à échelle réduite[18].

D'autres prototypes de voitures électriques ont probablement été construits avant[19], mais il faut attendre l'amélioration du fonctionnement des batteries par Gaston Planté, en 1865, puis Camille Faure, en 1881, pour que les voitures électriques prennent réellement leur essor[20].

Voiture électrique , construite par Thomas Parker, photo de 1895[21]

En , Gustave Trouvé présente une automobile électrique à l'Exposition internationale d'Électricité de Paris[22]. À la fin du XIXe siècle, trois modes de propulsion se partagent le marché naissant de la voiture automobile : le moteur à allumage commandé dit « moteur à essence », le moteur électrique et le moteur à vapeur. La voiture électrique connaît un succès certain dans la dernière décennie du XIXe siècle, tant en Europe – et notamment en France[23] – qu'aux États-Unis[24]. Il s'agit principalement de flottes de taxis pour le service urbain, en lieu et place des fiacres et autres voitures de louages à cheval. Ces voitures étaient munies de batteries au plomb pesant plusieurs centaines de kilogrammes qui étaient rechargées la nuit dans des stations spécialisées. Pour la course Paris-Bordeaux-Paris de 1895, une voiture électrique est sur la ligne de départ, conduite par Charles Jeantaud, carrossier, spécialiste de ce type de motorisation. Pour cette course, il crée un break à six places aux roues en bois. Cette voiture de 7 chevaux embarque 38 accumulateurs Fulmen de 15 kg chacun. L’autonomie est d’une cinquantaine de kilomètres, à la moyenne de 24 à 30 km/h, ce qui l'oblige à disposer des batteries neuves tout au long du parcours. Mais il doit abandonner à Orléans sur le retour. De 1897 à 1906, son principal concurrent français sera l'ingénieur Louis Kriéger .

Deux voitures électriques des postes parisiennes, livrées le 16 octobre 1904.

Aux États-Unis Andrew L. Riker remporte des compétitions autour de New York entre 1896 et 1900, sur ses modèles Riker Electric  (notamment face à Henry Morris à Providence la première fois). On compte alors quelques véhicules marquants comme la Jamais contente fabriquée par CGA Dogcart de l'ingénieur belge Camille Jenatzy, qui dépasse pour la première fois les 100 km/h, en atteignant 105,88 km/h le . Le belge alors installé à Paris dispute au comte Gaston de Chasseloup-Laubat le record de vitesse terrestre durant l'année 1899. Ce dernier possède une Jeantaud modèle Duc électrique, et chacun des deux hommes obtient trois records en moins de six mois. Il faut attendre 100 ans exactement pour reparler de records homologués en la matière.

XXe siècle

Thomas Edison inspectant une voiture électrique en 1913

En 1900, sur 4 192 véhicules fabriqués aux États-Unis, 1 575 sont électriques, 936 à essence, et 1 681 à vapeur[25]. Patrick Fridenson relève que « les États-Unis ont manifesté très tôt de l'intérêt pour les voitures mécaniques. Mais ils ont perdu du temps par rapport à l'Europe, en donnant la priorité jusqu'en 1901 aux voitures à vapeur et à électricité. Ces deux types de voitures ont là-bas une qualité supérieure à celle obtenue en Europe. Les voitures électriques se recommandent aussi par leur simplicité de maniement, qui attire particulièrement les femmes. La médiocrité des routes dans les campagnes concentre la circulation des voitures nouvelles dans les villes, ce qui convient mieux aux voitures électriques ou à vapeur ». Les États-Unis détrônent la France comme premier producteur mondial d'automobiles en 1904-1905[26].

En 1942, une petite voiture électrique nommée l'« œuf électrique » circule à Paris. Elle est l’œuvre d’un ingénieur français de la SNCF, Paul Arzens (1903-1990)[27].

L'automobile à essence finit par supplanter la voiture électrique. Dans un article de 1955[28], John B. Rae propose une explication déterministe à l'échec de l'automobile électrique : celle-ci ne serait victime que de ses défauts intrinsèques en comparaison des avantages de la technologie des voitures à essence et il était inéluctable que ces dernières s'imposent. Rae explique que le développement de l'automobile électrique, au début du siècle, est « une excroissance parasite de l'industrie automobile, et que sa disparition ne fut regrettée que par ceux qui avaient eu la malencontreuse idée d'y investir leur argent[28]. » Depuis 1955, la plupart des historiens ont accepté l'explication de Rae[29], à l'exception de Rudi Volti[30] qui est le premier à remettre en question la thèse du déterminisme[29]. Plusieurs sortes de raisons techniques et économiques étaient et sont encore avancées pour expliquer la supériorité intrinsèque de la voiture à essence[31]. Cependant, au début des années 2000, un ouvrage de David A. Kirsch[32] défend une perspective plus nuancée. Kirsch soutient, en effet, en s'appuyant sur des travaux de sociologie et d'économie de l'innovation (notamment ceux de Paul A. David), que cette technologie aurait pu se développer dans des segments particuliers du marché automobile, notamment pour les flottes urbaines, si des facteurs contingents et sociaux ne s'y étaient pas opposés. D'autres auteurs[33] expliquent que la voiture électrique a échoué à cause de problèmes culturels plutôt que techniques.

Au début du siècle dernier, la technologie de la voiture électrique aurait peut-être pu se constituer en industrie viable, au moins sur certains secteurs (pour le transport urbain), mais de fait ce ne fut pas le cas. Quoi qu'il en soit, l'idée qu'elle reste une alternative ou un complément viable et prometteur aux véhicules à essence n'a jamais complètement disparu : les espoirs placés dans la technologie des voitures électriques sont anciens[34],[35]. À la fin des années 1960, la voiture électrique connaît ainsi un regain d'intérêt[36], grâce notamment au développement de la pile à combustible, et est, par exemple, présentée à la télévision comme une technologie pouvant s'imposer à relativement brève échéance[37].

XXIe siècle

Moteur et batteries pour des voitures électriques du groupe PSA Peugeot Citroën en 2007.

Au début du XXIe siècle apparaissent de nouveau dans la presse des articles annonçant l'émergence prochaine de cette technologie, sous la pression de l'augmentation du prix du pétrole et du développement des préoccupations environnementales[38],[39] et, grâce aux derniers progrès techniques[40].

À partir de 2007 Roger Schroer obtient des records de vitesse terrestre à bord de véhicules électriques, à plus de 487 km/h, sur Venturi Buckeye Bullet type 2.5 et 3 (appelées Venturi Jamais Contente), et en 2014 débute le Championnat de Formule E FIA sur Spark SRT 01E ; organisé par la FIA, il utilise des monoplaces de Formule E. Un nouveau championnat de voitures électriques cette fois-ci sans conducteurs, Roborace, et organisé également par la FIA, doit voir le jour en 2016-2017.

France

Article détaillé : Voiture électrique en France.

Statistiques d'immatriculations

Monde

Immatriculations annuelles de voitures électriques par pays (milliers)
Pays 2005 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 % 2017 parc total 2017 % parc 2017
Drapeau de la République populaire de Chine Chine - 1,1 4,8 9,6 14,6 48,9 146,7 257,0 468,0 62,4 % 951,2 49,3 %
Drapeau des États-Unis États-Unis 1,1 1,2 9,7 14,6 47,7 63,4 71,0 86,7 104,5 13,9 % 401,5 20,8 %
Drapeau de la Norvège Norvège - 0,4 1,8 4,2 8,2 18,1 25,8 24,2 33,0 4,4 % 116,1 6,0 %
Drapeau de la France France 0,01 0,19 2,6 5,7 8,8 10,6 17,3 21,8 26,0 3,5 % 92,9 4,8 %
Drapeau de l'Allemagne Allemagne 0,02 0,14 1,4 2,2 5,3 8,3 12,1 11,3 25,1 3,3 % 59,1 3,1 %
Drapeau du Japon Japon - 2,4 12,6 13,5 14,8 16,1 10,5 15,5 18,1 2,4 % 104,5 5,4 %
Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni 0,22 0,26 1,2 1,7 2,7 6,8 10,1 10,5 13,6 1,8 % 45,0 2,3 %
Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud - 0,06 0,3 0,5 0,6 1,3 2,9 5,1 13,3 1,8 % 24,1 1,2 %
Drapeau du Canada Canada - - 0,22 0,6 1,6 2,8 4,4 5,2 8,7 1,2 % 23,6 1,2 %
Drapeau des Pays-Bas Pays-Bas - 0,12 0,9 0,8 2,3 2,7 2,5 3,7 8,6 1,1 % 21,1 1,1 %
Drapeau de la Suède Suède - - 0,2 0,3 0,4 1,2 3,0 3,0 4,4 0,6 % 12,4 0,6 %
Drapeau de la Nouvelle-Zélande Nouvelle-Zélande - 0,01 0,01 0,02 0,03 0,11 0,3 1,2 2,9 0,4 % 4,6 0,2 %
Drapeau de l'Inde Inde - 0,35 0,45 1,4 0,2 0,4 1,0 0,45 2,0 0,3 % 6,8 0,4 %
Total 1,9 7,1 38,3 57,9 111,3 188,9 321,0 459,9 750,5 1 928,4
Source des données : Agence internationale de l'énergie[41].

L'AIE fournit également les statistiques concernant les voitures hybrides rechargeables : 398 210 immatriculations en 2017, dont 111 000 immatriculations en Chine et 93 860 immatriculations aux États-Unis. Le parc 2017 atteint 1 180 690 voitures ; avec les voitures électriques, il atteint 3 109 050 voitures. En termes de parts de marché (hybrides inclues), la Norvège est largement en tête : 39,2 %, suivie par la Suède : 6,3 %, les Pays-Bas : 2,7 %, la Finlande : 2,6 % et la Chine : 2,2 % ; la France et le Royaume-Uni ont une part de marché de 1,7 %, l'Allemagne de 1,6 % et les États-Unis de 1,2 %.

Les immatriculations de voitures électriques (hybrides rechargeables inclues) se sont élevées à 305 000 au premier trimestre 2018, en progression de 60 % par rapport au premier trimestre 2017[42].

Europe

Immatriculations de véhicules électriques en Europe
(voitures particulières et utilitaires)
Pays 2013 2014 2015 2016 2017 % 2017*
Drapeau de la Norvège Norvège 18 469 26 757 24 221 33 791 17,2 %
Drapeau de la France France 15 046 22 187 27 307 30 921 1,2 %
Drapeau de l'Allemagne Allemagne 8 804 13 381 13 621 28 493 0,8 %
Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni 7 370 10 710 11 194 14 681 0,5 %
Drapeau des Pays-Bas Pays-Bas 3 585 3 477 4 245 8 468 1,7 %
Drapeau de l'Autriche Autriche 1 484 1 881 4 368 5 657
Drapeau de la Suisse Suisse 1 913 4 025 3 296 5 188
Drapeau de l'Espagne Espagne 1 509 2 133 3 004 5 038
Drapeau de la Suède Suède 1 524 3 275 3 255 4 581
Drapeau de la Belgique Belgique 1 169 1 358 2 187 2 822
Drapeau de l'Italie Italie 1 431 1 926 1 819 2 493
Drapeau du Danemark Danemark 1 688 4 042 1 274 751
Autres 774 2 471 2 834
Total 37 000 64 765 97 323 102 619 149 086 0,9 %
Source : AVERE France[43].
* % 2017 : pourcentage du total des immatriculations du pays.

Au 1er semestre 2018, l'Europe a totalisé 195 000 immatriculations de véhicules électriques (hybrides rechargeables inclus), soit 2 % des ventes totales de véhicules neufs et une progression de 42 % par rapport au premier semestre 2017 ; les véhicules électriques et hybrides rechargeables se partageant respectivement 51 et 49 % des ventes ; la part de marché de la voiture électrique atteint 37 % en Norvège, 14 % en Islande, 5 % en Suède et 4 % en Finlande. L’Europe compte désormais plus d’un million de véhicules électriques et hybrides rechargeables en circulation[44].

En 2017, le marché européen du véhicule électrique (hors véhicules à prolongateur d'autonomie) a enregistré une progression de 43,9 % par rapport à 2016, avec 149 086 immatriculations de modèles 100 % électrique, soit 0,9 % du marché automobile européen, contre 0,6 % en 2016. Avec 33 791 immatriculations, en augmentation de 35,9 % par rapport à 2016, la Norvège dépasse désormais la France qui, avec 30 921 immatriculations, n’enregistre qu’une augmentation modérée de 13,2 % ; en Allemagne, le marché a doublé avec 28 493 immatriculations, soit 0,8 % des ventes ; le Royaume Uni enregistre également une belle progression : + 30 %, avec 14 681 immatriculations et un taux de pénétration de 0,5 % ; aux Pays-Bas, l’électro-mobilité a progressé de 97,5 % et atteint 1,73 % de part de marché. Le segment des véhicules particuliers représente 132 687 immatriculations en 2017 ; la Renault Zoé arrive une nouvelle fois en tête avec 31 302 immatriculations (+44 %), dont près de la moitié immatriculées en France ; elle est en tête des ventes sur de nombreux marchés dont l’Allemagne, l’Autriche, l’Espagne et le Portugal ; la Nissan Leaf occupe la seconde place avec 17 293 immatriculations, en particulier au Royaume-Uni, où elle représente 32,6 % des ventes ; la BMW-i3 suit avec 14 785 immatriculations, puis la Tesla Model S avec 14 319 immatriculations, la Volkswagen e-Golf avec 12 663 immatriculations et la Tesla Model X avec 10 396 immatriculations[45].

Les immatriculations de voitures électriques (hybrides rechargeables inclues) se sont élevées à 87 243 au premier trimestre 2018, dont 51 % d’hybrides rechargeables et 49 % entièrement électriques[42].

Les modèles les plus vendus en 2016 étaient la Renault Zoé : 21 735 immatriculations, la Nissan Leaf : 18 456 immatriculations et la Tesla Model S : 10 567 immatriculations.

Fin 2017, BMW fête ses 100 000 véhicules « électrifiés » (électriques + hybrides) vendus en 2017, qui représentent désormais 6 % de ses ventes en Europe et jusqu’à 25 % en Norvège[46].

France

Article détaillé : Voiture électrique en France.

Allemagne

Depuis novembre 2017, le marché allemand a pris le pas sur le marché français : ainsi, en février 2018, 2 546 véhicules à batterie lithium-ion ont été immatriculés en Allemagne, contre 2 071 véhicules en France ; en 2017, les ventes de véhicules électriques ont bondi de 120 % outre-Rhin, contre 13 % dans l'Hexagone ; elles représentent 0,7 % du marché local contre 1,2 % en France ; l'Allemagne a aussi dépassé la Norvège et devrait se classer au 1er rang européen en 2018. Les modèles les plus vendus en Allemagne début 2018 sont la Smart zéro émission de Daimler-Mercedes, la Golf électrique de VW et la Renault Zoé. Le gouvernement allemand a ouvert en 2016 une enveloppe d'un milliard d'euros pour soutenir l'essor de la voiture électrique, avec notamment une prime de 4 000 euros à l'achat et un budget de 300 millions d'euros pour l'installation de bornes de recharge publiques ; les entreprises bénéficient également d'avantages fiscaux[47].

Suisse

La part de marché des voitures électriques est encore faible (1,56 % en 2017) mais en progression constante.

Immatriculations de voitures électriques en Suisse[48]
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Voitures électriques 24 57 201 452 924 1 392 1 948 3 882 3 525 4 929
Part de marché 0,01 % 0,02 % 0,07 % 0,14 % 0,28 % 0,45 % 0,64 % 1,19 % 1,10 % 1,56 %

Norvège

En 2016, les ventes de voitures électriques ont atteint 24 222 exemplaires en Norvège, soit 16 % du total des ventes, record mondial ; cette part passe à 29 % si on lui ajoute les 20 063 ventes de voitures hybrides rechargeables. Le 12 décembre 2016, l'Association norvégienne des voitures électriques (NEF) a fêté l'achat du cent millième véhicule fonctionnant uniquement sur batterie électrique. Ce succès s'explique surtout par l'exemption de TVA (25 %) à l’achat ; les voitures électriques bénéficient aussi de parkings gratuits et d'exemptions de péages. Le gouvernement a lancé en 2016 un plan national pour densifier le réseau de bornes sur le territoire national : l'usager devra pouvoir en trouver tous les cinquante kilomètres, avec au moins deux chargeurs rapides. Il s'est fixé pour objectif de franchir le cap des 400 000 voitures 100 % électriques en 2020, année au cours de laquelle il est prévu de supprimer l'exemption de TVA à l'achat de ces véhicules. Le gouvernement actuel parie sur l'arrêt, en 2025, de la commercialisation dans le royaume de voitures qui émettraient encore du CO2[49].

En 2015, les immatriculations de voitures électriques en Norvège ont atteint 25 779 unités, soit 17,1 % du marché norvégien[50].

En 2014, les immatriculations de véhicules électriques en Europe ont atteint 65 199 unités, dont un tiers en Norvège et un sixième en France. En Norvège, les voitures électriques ont représenté 12,5 % du total des immatriculations, grâce à des mesures incitatives particulièrement fortes : exemption de la taxe à l’immatriculation (autour de 11 500 euros) et de TVA, gratuité des péages, du stationnement, du ferry, de la recharge sur les parkings publics. Plus de la moitié des propriétaires disent avoir choisi l'électrique d'abord pour des raisons financières, les motivations environnementales venant en second lieu (l'électricité norvégienne est produite à 99 % par l'hydraulique)[51]. Le gouvernement norvégien envisage une révision de ces avantages dont le succès a dépassé toutes les prévisions, portant les ventes de voitures électriques de 733 unités en 2010 à 25 779 en 2015, soit près de 20 % du marché automobile norvégien, et le parc a déjà atteint le seuil de 50 000 véhicules fixé pour la révision du système, que le gouvernement pensait atteindre en 2017. En 2014, cette politique de soutien a coûté à l’État norvégien entre trois et quatre milliards de couronnes (350 à 470 millions d’euros)[52].

Immatriculations de voitures électriques en Norvège
2013[53] 2014[54] 2015[50] 2016[55] 2017[56]
Voitures électriques 7 882 18 090 25 779 24 222 33 025
Part de marché (VP uniquement) 5,5 % 12,5 % 17,1 % 15,7 % 20,8 %
Voitures hybrides rechargeables 328 1 678 7 964 20 663 29 236
Part de marché (VP uniquement) 0,2 % 1,2 % 5,3 % 13,4 % 18,4 %
Total 8 210 19 768 33 743 44 885 62 261
Part de marché 5,7 % 13,7 % 22,4 % 29,0 % 39,2 %

Chine

En vert les ventes de voitures électriques et en bleu les ventes de véhicules hybrides rechargeables.

En Chine, premier marché mondial de véhicules électriques et hybrides rechargeables depuis 2015, les ventes ont bondi de 53 % en 2016, à plus de 500 000 unités. En 2017, selon l'association chinoise des constructeurs automobiles, les ventes augmentent de nouveau de 53 % pour atteindre 777 000 unités, soit 2,7 % du marché automobile chinois, dont 652 000 véhicules électriques (468 000 voitures particulières et 184 000 véhicules commerciaux) et 125 000 véhicules hybrides rechargeables[57]. Selon le site français Automobile Propre, les statistiques sont moindres en valeur absolue (plus de 600 000 véhicules), mais plus élevées en taux de croissance : +71 % ; la Chine a représenté à peu près la moitié du marché mondial (1 200 000 véhicules) ; la part de marché de l'électrique a atteint 2,1 % contre 1,5 % en 2016 ; en décembre 2017, elle atteignait 3,3 % ; les constructeurs locaux accaparent 96 % des ventes de véhicules électriques contre seulement un peu plus de 40 % pour le reste du marché automobile[58].

Le gouvernement a fixé un quota de 10 % de véhicules électriques et hybrides dès 2019 pour tous les constructeurs. Par ailleurs, les constructeurs étrangers pourront dès 2018 ouvrir des sites de production de véhicules électriques ou hybrides dans le pays sans passer par une coentreprise avec un constructeur chinois, comme c'était la règle jusque-là[59].

En 2015, avec 331 000 ventes, la Chine est devenue, devant les États-Unis, le premier marché mondial des voitures à nouvelles énergies, baptisées « NEV », soit les véhicules électriques et hybrides rechargeables, et le constructeur automobile vendant le plus de NEV au monde n'est pas Tesla ou Nissan, mais le groupe chinois BYD, qui compte parmi ses actionnaires le milliardaire Warren Buffett : BYD a écoulé plus de 60 000 voitures « NEV », contre 50 000 pour Tesla[60].

En 2013, 17 600 voitures électriques ou hybrides rechargeables ont été vendues, et 20 000 au premier semestre 2014 ; cette progression est cependant insuffisante pour atteindre l'objectif gouvernemental d'un parc automobile électrique de 500 000 véhicules en 2015. Le gouvernement a donc annoncé en juillet de nouvelles mesures de soutien : exemption de taxe (10 % du prix de vente) à l'achat, harmonisation des systèmes de subventions des régions et municipalités et ouverture aux constructeurs étrangers, alors que le marché était jusqu'ici réservé aux groupes nationaux BYD (55 %) et Chery (39 %) ; il envisage d'investir 16 milliards de dollars pour accélérer le déploiement des bornes de recharge. La Nissan Leaf et les BMW i3 et i8 ont commencé leur commercialisation en Chine et seront suivies par la e-Up de Volkswagen, Daimler, Toyota et Renault[61].

États-Unis

Avec 74 948 immatriculations enregistrées sur les quatre premiers mois de 2018, le marché des véhicules électriques et hybrides rechargeables a progressé de 35 % par rapport à la même période de 2017. Le modèle le plus vendu est la Tesla Model 3, suivi par la Toyota Prius PHEV, puis la Tesla Model S et la Tesla Model X[62].

Prévisions

Selon le PDG de Saudi Aramco, il y a 1,2 million de véhicules électriques dans le monde au début 2017, pour une flotte mondiale (toutes motorisations confondues) de 1,2 milliard.

Selon les prévisions, le nombre de véhicules électriques devrait passer à 150 millions en 2040, mais la flotte mondiale atteindra alors deux milliards, soit une pénétration d'environ 8 % du marché des véhicules légers ; le pétrole, dont le transport consomme 55 %, ne sera donc guère perturbé. Le rapport annuel sur les scénarios énergétiques à long terme de BP table sur un parc de 100 millions de véhicules électriques en 2035. L'Agence internationale de l'énergie a calculé, dans le scénario central de son dernier « World Energy Outlook », que 150 millions de véhicules électriques en 2040 auraient un impact sur la consommation de pétrole limité à 1,3 Mb/j (million de barils par jour), soit moins de 1 % du total mondial, et son scénario le plus volontariste, qui mise sur 715 millions de véhicules électriques en 2040, prévoit un impact de 6 Mb/j sur la consommation de pétrole, qui atteindrait encore 73 Mb/j. Même les prévisions très optimistes de Bloomberg New Energy Finance (BNEF), qui parient sur une part de 35 % de véhicules électriques dans les ventes de véhicules légers en 2040, chiffrent les économies sur la demande de brut à 13 Mb/j. Mais le PDG de Total se déclare « persuadé que le véhicule électrique va se développer plus vite qu'on ne le pense, notamment en Chine, pour des raisons de santé publique et de pollution locale, et dans les grandes métropoles occidentales ». En juin 2016, la Norvège a déjà annoncé son intention de bannir les véhicules thermiques dès 2025[63].

En juillet 2017, le constructeur suédois Volvo a annoncé qu'il ne lancerait plus de voitures dotées de moteur 100 % thermique à compter de 2019 ; tous les futurs modèles de la marque adopteront des motorisations hybrides ou 100 % électriques. C'est la première fois qu'un constructeur traditionnel abandonne les moteurs à combustion, essence ou Diesel. Volvo a pour objectif affiché de vendre un million de voitures électriques en 2025[64].

Après Toyota et Nissan, Honda annonce fin novembre 2018 la fin de la commercialisation de ses voitures diesel en Europe d'ici 2021, pour se concentrer sur sa gamme électrique et hybride qui devrait représenter deux tiers de ses ventes à l’horizon 2025[65].

Enjeux

Le véhicule électrique permet des déplacements rapides, doux, silencieux et peu polluants en environnement industriel et urbain notamment. L’industrie automobile, notamment dans le cadre de la crise de 2008 (en Europe et en Amérique du Nord) y a parfois vu l'opportunité de relancer sa production (par le remplacement des véhicules actuels par des véhicules hybrides puis totalement électriques ou à pile à hydrogène)[66] ; et selon une étude financée par le gouvernement français, c'est aussi « un moyen pour les constructeurs de se préserver contre de potentiels nouveaux entrants et de défendre les sites industriels des pays à hauts salaires »[66].

La production de batteries moins consommatrices de métaux rares, précieux, toxiques ou se raréfiant, la production d'électricité supplémentaire et la mise en place d'un réseau de bornes et prises de recharge, ainsi que les millions de km de fil de cuivre et les coûts d'enfouissement et de renforcement des lignes électriques que cela nécessite, alourdissent cependant le bilan énergétique et écologique de cette évolution, alors que la tendance à l'hybridation permet de conserver le réseau des anciennes stations-services (fuel, essence, GPL, agrocarburants...) ; il ne s'agit pas de remplacer un réseau par un autre, mais d'en ajouter un. Dans le même temps, l'apparition des deux-roues électriques ou à assistance électrique est également source de consommation d'électricité et de ressources naturelles supplémentaires. En 2015, la plupart se rechargent cependant sur des prises normales.

Dans le contexte américain de la troisième révolution industrielle, Jeremy Rifkin propose de connecter les véhicules électriques, via les smart grids à ce qu'il appelle « l'internet de l'énergie » et donner aux véhicules électriques une valeur et fonction supplémentaire en faisant jouer à leurs batteries le rôle de stockage-tampon, temporaire, réversible et mobile d'électricité. Ces batteries pourraient ainsi absorber le surplus de production d'électricité quand il a lieu et le restituer partiellement au réseau quand c'est nécessaire, en complément de l'effacement de consommation électrique déjà développé depuis quelques décennies. Ceci réduirait aussi l'effet de surcharge du réseau en raison du branchement d'un grand nombre de véhicules sur les prises chaque soir, au moment où a également lieu la pointe de consommation des ménages.

Au-delà du simple changement de motorisation, dans le cadre de la transformation sociale et écologique et de la transition énergétique, ce sont les modèles de mobilité qui seront peut-être amenés à évoluer (covoiturage, moindre mobilité, mobilité douce, alternatives à la mobilité physique, etc.).

Avant le débat du 10 septembre 2018 de la commission Environnement du parlement européen sur les objectifs de réduction des émissions de CO2 des automobiles, l’Association des constructeurs automobiles européens (ACEA) s’oppose à ce qu’elle appelle une « marche forcée » vers le véhicule électrique, qui serait pénalisante pour l’industrie européenne et encore plus pour les équipementiers ; la construction et la maintenance des véhicules électriques nécessite moins de main d’œuvre parce que leur mécanique est moins complexe et qu’ils nécessitent moins de pièces ; les constructeurs européens estiment que le passage à l’électrique entraînerait une perte de 17 % du nombre d’heures de travail pour la production des véhicules et de 38 % chez les équipementiers. Mais une enquête de la Fondation Européenne pour le Climat (ECF), réalisée avec la collaboration des constructeurs et des syndicats, montre que le recours à l’électromobilité permettrait à l’Europe de réduire d‘ici 2030 ses importations de pétrole de 49 milliards € ; remplacer le pétrole par des énergies produites localement permettrait donc de créer de très nombreux emplois. De plus, une étude de l’organisation Transport & Environment (T&E) démontre que la transition vers la voiture électrique engendrerait une création nette de 200.000 emplois, les pertes d'emplois dans la fabrication et la maintenance d'automobiles thermiques étant plus que compensées par les gains dans la fabrication de batteries, l’industrie des métaux pour batteries, celle de leur recyclage, les fabricants de moteurs et de composants électriques et électroniques ainsi que le secteur de la production et de la distribution d’électricité[67]. Le lobbying de l'ACEA a échoué : la commission Environnement a finalement voté pour des objectifs plus ambitieux que ceux proposés par la Commission européenne ; la réduction des émissions de CO2 des voitures d’ici 2025 est portée de 15 % à 25 % et de 30 % à 45 % pour 2030 ; les députés européens ont également fixé un quota de vente de 40 % de véhicules « propres » en 2030 (électriques ou hybrides rechargeables)[68].

Les voitures récentes

Venturi America, premier crossover 100 % électrique.

La première voiture électrique réellement « moderne » de par sa technologie, et produite en série, a été la EV1 de General Motors, développée spécialement pour répondre aux sévères lois anti-pollution californiennes (programme ZEV, pour « Zero Emission Vehicle »)[69]. Construite à 1 117 exemplaires entre 1996 et 1999[70], elle est proposée en leasing sans option d'achat, et améliorée plusieurs fois (nouvelles batteries Nickel-Metal Hydride beaucoup plus performantes[69]).

En 2003, le programme est subitement arrêté, les voitures récupérées par GM et détruites[70], sauf quelques exemplaires conservés pour la recherche[69]. Son Cx de 0,19[71] était tout à fait exceptionnel pour une auto de série[69],[72].

En 2006, le constructeur Venturi Automobiles sort Fétish, première voiture électrique de sport au monde[5] dont la marque est spécialiste. D'autres modèles ont depuis poursuivi cette lignée comme les modèles Volage (huit moteurs électriques, deux par roue) et America (premier crossover électrique). Une partie des développements pour ces véhicules de série sont issus d'un programme de records de vitesse qui a permis en 2010 d'établir deux références mondiales. La Fédération internationale de l'automobile a homologué une moyenne de 495 km/h[73] et une vitesse de pointe à 515 km/h[74]. En 2013, Venturi Automobiles a lancé un nouveau programme pour tenter de battre ces records et développer de nouveaux composants pour ses voitures.

La compagnie californienne Tesla Motors a produit de 2008 à 2012 une petite voiture de sport électrique, la Tesla Roadster, dont l'énergie provient uniquement d'une batterie de lithium. Avec son 0-100 km/h en moins de 4 secondes et sa vitesse de pointe à 212 km/h, elle rivalise facilement avec des voitures trois fois plus chères tout en offrant zéro émission et 340 km d'autonomie[75], et se recharge en quelques heures[76]. En 2009 la firme présente une berline familiale de luxe, le Model S, offrant jusqu'à 480 km d'autonomie[77], une recharge rapide en 45 minutes et recharge complète en 4 heures, 0-100 km/h en 5,6 secondes, une vitesse maximale de 193 km/h et toujours zéro émission[78]. Tesla a vendu 22 477 véhicules électriques en 2013, produit 51 095 véhicules en 2015 et 83 922 en 2016. Tesla a implanté son quartier général pour l'Europe à Amsterdam et opère des centres d'entretien dans toute l'Europe. Il a ouvert sa propre usine de fabrication de batteries en partenariat avec Panasonic. Tesla a lancé en 2017 le model 3.

La société indienne « Reva Electric Car Company » produit depuis 2001 la REVA, une petite voiture électrique 2+2 places, d'une vitesse de pointe de 80 km/h et d'une autonomie nominale de 80 km. Vendue en Angleterre depuis 2003 sous le nom de G-Wiz[79], la REVA est maintenant disponible dans différents pays européens[80]. Deux modèles sont disponibles depuis 2009 : la « REVAi », à batteries au plomb, et la « REVA L-ion » à batteries lithium-ion, dont l'autonomie nominale est de 120 km[81].

Lors du salon de Tokyo d'octobre/novembre 2007, Mitsubishi a présenté sa iMiev sport (iMiev pour : Mitsubishi Innovative Electric Vehicle) et Subaru son concept car G4e. Ces deux voitures tout-électrique ont une autonomie de 200 km[82].

Le premier camion tout-électrique pour les livraisons en ville, le Newton, est en service depuis 2007 en Angleterre et aux États-Unis. La circulation dans le centre de Londres étant soumise à péage sauf pour les véhicules électriques, le constructeur Smith Electric Vehicles (SEV) a conçu ce camion à cet effet. Il a une autonomie de 160 km et une charge utile allant jusqu'à 7,28 tonnes pour le plus grand modèle[83].

En 2010 et 2011, Toyota et EDF ont testé une nouvelle voiture hybride dérivée de la Prius, en vue d'une future commercialisation. L'expérimentation a lieu dans la ville de Strasbourg. Cette voiture essence hybride est rechargeable sur une prise électrique domestique, ce qui permettra pour les petits trajets de rouler exclusivement à l'électricité, la propulsion essence étant dans ce cas réservée aux trajets plus longs[84]. Les premiers tests en utilisation normale ont débuté fin 2007, une flotte de cent Toyota Prius a été louée à des entreprises et organismes publics pour l'usage personnel et professionnel des employés désirant participer à l'opération. Schneider Electric a fourni 135 bornes de recharge, installées sur les sites des entreprises partenaires et au domicile des particuliers engagés ainsi qu'un système de gestion de l'énergie.

La fin 2010 est une période importante[N 4] pour le grand public désirant une automobile électrique : pour la première fois, deux offres de constructeurs établis sont disponibles, qui sont des véhicules conçus dès le départ en tant que voitures électriques. Le constructeur américain General Motors commercialise aux États-Unis depuis décembre 2010[85] un véhicule à moteur électrique et générateur d'appoint thermique, la Chevrolet Volt[86]. Ce véhicule a ensuite été commercialisé en Europe sous le nom d'Opel Ampera depuis début 2012[87]. En parallèle, Nissan lance d'abord aux États-Unis, puis en Europe, sa LEAF, dont l'énergie est seulement stockée dans des batteries.

En France, le constructeur français Eon Motors a mis au point une petite voiture électrique sans permis à bas prix, la Weez : trois places, 295 kg, 60 km d’autonomie, laquelle, homologuée en août 2012, devrait être commercialisée lors du Mondial de l’automobile à Paris en octobre 2014[88].

Nissan et Mitsubishi ont annoncé le développement en commun d'une voiture électrique à bas prix d'ici 2016-2017[89].

Volkswagen lance à l'automne 2017 son programme d’électrification « Roadmap E » qui vise à fabriquer jusqu’à trois millions de véhicules électriques par an et à commercialiser 80 nouveaux modèles au sein des différentes marques du groupe ; en mars 2019, il promet une accélération à compter de 2019, date à laquelle un nouveau véhicule électrique sera lancé « pratiquement tous les mois » ; le nombre de sites sur lesquels il produit des véhicules électriques passera de trois en 2018 à 16 en 2022[90].

Liste de voitures électriques

Voitures à propulsion uniquement électrique avec leurs dates de production
Début de production Fin de production
Bolloré Bluecar 2011
BMW i3 2013
Chevrolet Spark EV 2013
Citroën AX électrique 1994 1995
Citroën e-Méhari 2016
Citroën Saxo électrique 1997 1997
Fiat 500 2009
Ford Focus Electric  2011
General Motors EV1 1996 1999
Honda EV Plus 1997 1999
Honda Fit EV  2012 2012
Hyundai Ioniq Électrique 2016
Kia Soul EV 2014
Mercedes Classe B 250 e 2012
Mia electric 2011 2014
Mitsubishi i MiEV - Peugeot iOn - Citroën C-ZERO 2010
Nissan e-NV200  2014
Nissan LEAF 2010 2018
Nissan LEAF II 2018
Renault Clio électrique 1995 1997
Renault Fluence Z.E. 2011 2014
Renault Kangoo Z.E. 2011
Renault Twizy 2011
Renault ZOE 2012
Smart Electric Drive 2009
Tesla Roadster 2008 2012
Tesla Model S 2012
Tesla Model X 2015
Tesla Model 3 2017
Venturi Fétish 2007 2007
Volkswagen e-Up! 2013
Volkswagen e-Golf 2014

Performances

La fédération d’automobile clubs allemande ADAC publie le 12 octobre 2018 les résultats de ses essais de douze voitures électriques, qui sont très différents des données NEDC communiqués par les constructeurs : par exemple, la consommation d'électricité mesurée par l'ADAC pour la Renault Zoé Intens s'élève à 20,3 kWh/100 km contre 13,3 kWh selon le cycle NEDC. La consommation la plus faible est celle de la Hyundai Ioniq Elektro Style : 14,7 kWh/100 km, la plus élevée est celle de la Nissan e-NV200 Evalia : 28,1 kWh. L'autonomie la plus élevée est celle de la Tesla Model X 100 kWh : 451 km et la plus faible est celle de la Smart Fortwo Coupé EQ Prime : 112 km. Le meilleur rapport prix d’achat/autonomie (prix en Allemagne) est celui de la Hyundai Kona Elektro 64 kWh : 103 €/km, suivi par ceux de l'Opel Ampera-e (126 €/km) et de la Renault Zoe 41 kWh (140 €/km), et la plus coûteuse au km d'autonomie est la Tesla Model S P90D (316 €/km)[91].

Effets du passage au cycle WLTP

La nouvelle norme du cycle WLTP pour le calcul des consommations et émissions de CO2 et polluants, entrée en vigueur au 1er septembre 2018, remplace l'ancienne norme du cycle NEDC.

Selon une étude publiée début août 2018 par le cabinet Jato, les valeurs de consommations et d’émissions devraient augmenter significativement. Entre l’ancien NEDC et le nouveau NEDC calculé à partir du WLTP, la hausse moyenne de CO2 sera de l’ordre de 9,6 g/km pour les voitures thermiques. Le cycle WLTP impacte également l’autonomie affichée des véhicules électriques : homologuée à 400 km en cycle NEDC, la Renault Zoé passe à 300 km avec le nouveau cycle, soit 25 % de baisse ; la BMW i3 est désormais homologuée à 245 km contre 300 km NEDC, et le Hyundai Kona électrique 64 kWh à 482 km contre 546 km ; par ailleurs, la norme WLTP introduit plusieurs cycles : urbain, extra-urbain ou mixte, avec des variations d'autonomie considérables ; ainsi, la nouvelle Leaf annonce 415 km en cycle urbain contre 270 km avec le cycle mixte qui mélange ville et voies rapides[92].

Prospective et projets à court terme

Prospective pour 2020 (source : J.D. Power and Associates)

Le véhicule électrique se trouve à un stade décisif. Les investissements dans ce domaine sont devenus courants : Warren Buffett, a acheté 10 % des parts de l'entreprise chinoise BYD et Google, à travers son initiative RechargeIT, a investi massivement dans les technologies liées aux voitures écologiques. De grands chefs d'État et de gouvernement suivent les traces du monde de l'entreprise : afin de réduire fortement la dépendance de son pays au pétrole, le président Obama a déclaré que les États-Unis devraient se fixer comme objectif d'être le premier pays à avoir un million de véhicules électriques sur ses routes d'ici 2015. Les gouvernements américain, français et britannique ont mis en œuvre des mesures de grande ampleur pour équiper leurs organismes publics de véhicules électriques et construire de vastes réseaux de recharge. Le ministre chinois des Sciences et des Technologies, Wan Gong, ancien ingénieur chez Audi, a récemment annoncé un plan pour développer les nouveaux véhicules électriques en Chine, le plus grand marché mondial de l'automobile.

Le président de la fédération du secteur automobile allemand (VDA), Matthias Wissmann, espère fin 2015 qu'à l'horizon des années 2025 à 2030 environ 15 % des voitures mises sur le marché allemand seront électriques ou hybrides rechargeables, soit près d'un demi-million de véhicules immatriculés par an, contre 14 900 entre janvier et octobre 2015 ; il appelle le gouvernement à accorder des avantages fiscaux ou une prime à l'achat pour ces véhicules[93].

Batteries

Une alliance financée par le gouvernement japonais a été créée en mai 2018 pour accélérer le développement des batteries solides ; elle comprend des constructeurs (Toyota, Nissan et Honda), des fabricants de batteries (Panasonic et GS Yuasa) et le Libtec, l’organisme de recherche nippon sur les batteries lithium-ion. L'objectif est de doubler l’autonomie des voitures électriques pour passer à 800 kilomètres d’ici 2030, avec un premier objectif fixé à 550 kilomètres à l’horizon 2025. En 2013, les industriels japonais représentaient 70 % du marché mondial des batteries destinées au marché automobile ; leur part de marché est tombée à 41 % en 2016, alors que celle de la Chine est passée de 3 à 26 %[94].

Voitures électriques « intelligentes » (« vehicle to grid »)

Le « vehicle to grid » est un concept qui permet d’utiliser l’énergie stockée dans les véhicules électriques afin de soutenir le réseau électrique en période de pic de consommation, de production insuffisante des éoliennes et du solaire, ou en cas d’urgence (orage, coupure de câble, surcharge du réseau due à un pic de consommation…). L'énergie stockée dans la batterie du véhicule pourrait également suppléer aux exigences électriques de l’habitation. Cette technologie nécessite que le chargeur embarqué dans le véhicule ainsi que l’interface entre le véhicule et le réseau électrique soient bidirectionnels (l’énergie circule dans les deux sens) et que la charge du véhicule puisse être pilotée par le gestionnaire de réseau selon des modalités définies contractuellement avec le propriétaire de la voiture.

en France

Article détaillé : Voiture électrique en France#Voitures électriques « intelligentes » (« vehicle to grid »).

au Royaume-Uni

Nissan lance en Angleterre en janvier 2018 la solution Nissan Energy Solar comprenant six panneaux solaires et le système de gestion du stockage XStorage pour redistribuer durant la nuit ou lors de journées moins ensoleillées, grâce à la batterie de la voiture, l’énergie produite par les panneaux solaires[95].

en Allemagne

Nissan a annoncé en mars 2018 un partenariat stratégique avec l’énergéticien allemand E.ON pour développer le vehicle-to-grid : avec la recharge bidirectionnelle, les véhicules électriques pourront se recharger aux heures les moins chères sur le réseau ou sur une production renouvelable locale et en restituer une partie au réseau pendant les heures pleines ; Nissan annonce avoir comme objectif ultime de fournir gratuitement l’électricité aux propriétaires de ses véhicules 100% électriques[96].

EV Plug Alliance

L’EV Plug Alliance[97] est une association qui réunit 21 industriels européens afin de garantir un label de conformité des connexions avec le projet de norme CEI dans le cadre de l’adoption d’un standard européen pour les branchements d’infrastructure de véhicule électrique.

EV Plug Alliance soutient une solution assurant le plus haut niveau de sécurité grâce à l’expertise de ses membres : Schneider Electric, Legrand, Scame, Nexans, etc.

Le produit proposé par l’Alliance permet de recharger son véhicule électrique en toute sécurité alliant connexion prise et fiche, la protection des personnes est assurée par des obturateurs plastiques. Ainsi, tout contact accidentel avec les parties sous tension est évité, pour une utilisation domestique comme dans les lieux publics. Le standard Type 3 de la CEI est privilégié dans ce projet, une puissance de charge allant jusqu’à 22 kW (l’équivalent de la recharge « accélérée »), sur des installations de type monophasé ou triphasé.

« L'EV Plug Alliance est ouverte à tout nouveau membre, et notre premier objectif consiste à réunir un maximum d'acteurs concernés. Plus nous nous fédérerons, plus nous nous donnerons de chances de mettre en place un écosystème avec une norme reconnue, grâce à laquelle nous pourrons développer des solutions et des applications concrètes pour révolutionner l'infrastructure de charge électrique »[99] ont déclaré les trois cofondateurs de l'EV Plug Alliance ; Philippe Delorme, Directeur général stratégie et innovation de Schneider Electric ; Jean-Charles Thuard, Directeur de la stratégie et du développement de Legrand ; et Gianpietro Camilli, Directeur développement marketing et produits de Scame.

SAVE

Basé sur un partenariat, le projet SAVE (Seine Aval Véhicule Électrique)[100],[N 5] a commencé le dans les Yvelines. Les différents partenaires sont l’Alliance Renault-Nissan, EDF, le conseil général des Yvelines, l’Établissement Public d’Aménagement du Mantois Seine Aval (EPAMSA), la région Île-de-France, Schneider Electric et Total.

Les usagers ont reçu les clefs de leur véhicule électrique (une Renault Fluence ZE et une Renault Kangoo ZE), les premières stations de recharge (il y aura au moins 200 bornes de recharge[101] : standard, accélérée et rapide) pour véhicules électriques ont été installées dans les maisons des clients et la concession Renault est prête à répondre aux besoins des consommateurs. Cet événement marque le premier pas de l’expérience véhicule électrique, impliquant aussi des voitures électriques Nissan Leaf. Ce projet continue jusqu’en juillet 2012[102].

  • L’alliance Renault-Nissan est le fournisseur des voitures électriques, pilote l’expérimentation et étudie les besoins clients et services associés.
  • EDF supervise les points de charge
  • Schneider Electric[103] : fournisseur des solutions de recharge (garages des particuliers et parkings publics) > bornes de recharge, systèmes de supervision, gestion de l’énergie, collecte d’informations
  • Total implantera et testera les bornes de recharge rapide dans ses stations services.
  • L'EPAMSA est chargé de la partie technique et financière du projet
  • L'ADEME finance le projet
  • Le Conseil général des Yvelines utilise les véhicules et participe au comité de pilotage avec la Région Île-de-France.

Solutions technologiques

Technologies de propulsion

Le système traditionnellement retenu pour les conversions de véhicules conventionnels en véhicules électriques consiste à remplacer le moteur à combustion interne et la boîte de vitesses par des éléments électriques (moteur et réducteur, ou moteur et boîte de vitesses), en conservant le reste des éléments de transmission (arbres de transmission...).

Des solutions alternatives sont cependant envisageables : en octobre 2008, la société Michelin a présenté son système Active Wheel de motorisation électrique, qui intègre la propulsion du véhicule à la roue, mais également une suspension active mais le concept du moteur-roue-électrique est né en 1900 sur la voiture Lohner-Porsche[104] et a déjà été perfectionné entre autres par Pierre Couture d'Hydro Québec avec le moteur-roue d'Hydro-Québec de 1994.

Charge

Article détaillé : Station de recharge.

Modes de recharge

L'utilisation régulière d'un véhicule électrique nécessite de disposer d'installations de recharges sûres et simples d'utilisation. Ces infrastructures de recharge devront par ailleurs permettre à l'utilisateur de recharger son véhicule au cours de ses déplacements habituels (domicile, lieu de travail, centres commerciaux, parkings, etc.[105]) et non imposer un arrêt spécifique : le concept de la recharge du véhicule électrique est de charger lorsque l'on s'arrête et non pas de s'arrêter pour recharger, à la différence des véhicules thermiques. Les différents types d'infrastructures de rechargement permettront alors l'adéquation entre la recharge complète du véhicule et les habitudes de l'utilisateur liées au lieu d'arrêt[106] :

  • pour les arrêts de longue durée (nuit au domicile, journée sur le lieu de travail), une recharge complète en 6 à 8 heures peut se faire sur une installation spécifique[107].
  • pour les arrêts plus courts, de 1 à 2 heures (parking, centre commercial, stationnement sur la voie publique, pause du déjeuner...) une recharge rapide sur borne spécifique[107],
  • il restera cependant des cas où l'arrêt s'impose pour recharger (cas d'un long trajet ou d'un usage professionnel intensif, comme les taxis ou certaines flottes de véhicules) : la recharge très rapide, en 15 à 20 minutes est nécessaire[107].
Mode 1 : prise fixe non dédiée.
Mode 2 : prise non dédiée avec dispositif de protection incorporé au câble.
Mode 3 : prise fixe sur circuit dédié.
Mode 4 : connexion CC.

La capacité des batteries d'un véhicule tout électrique est de l'ordre de 20 kWh, lui assurant une autonomie d'environ 150 kilomètres ; les véhicules hybrides rechargeables ont eux une capacité d'ordre de 3 à 5 kWh, pour une autonomie électrique de 20 à 40 kilomètres (le moteur thermique assurant lui l'autonomie d'un véhicule classique).

En raison de cette autonomie encore limitée, la recharge régulière du véhicule est nécessaire tous les deux ou trois jours en moyenne. En pratique, il est probable que le conducteur recharge son véhicule dès qu'une occasion pratique de le faire se présentera.

Pour la charge normale (3 kW), les constructeurs automobiles ont intégré un chargeur de batterie à la voiture. Un câble de recharge permet de le brancher sur le réseau électrique pour l'alimenter en courant alternatif 230 volts.

Pour la charge plus rapide (22 kW, voire 43 kW et plus), les constructeurs ont retenu deux solutions :

  • utiliser le chargeur intégré au véhicule, dont la conception permet de charger de 3 à 43 kW en 230 V monophasé ou 400 V triphasé.
  • utiliser un chargeur externe, qui assure la conversion alternatif/continu et charge le véhicule à 50 kW.

La recharge d'un véhicule électrique apparaîtra à son utilisateur aussi simple que de brancher un appareil électrique habituel ; mais pour assurer que cette opération se passe en toute sécurité, le système de recharge doit assurer plusieurs fonctions de mises en sécurité et dialoguer avec le véhicule pendant la connexion et la recharge.

Les modes de recharge pour véhicule électrique[108] :

Mode 1 
prise fixe non dédiée : Branchement du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC par le biais de socles de prise de courant normalisés (intensité standard : 10 A) présents côté alimentation, monophasés ou triphasés, avec conducteurs de terre d'alimentation et de protection.
Mode 2 
prise non dédiée avec dispositif de protection incorporé au câble : Branchement du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC par le biais de socles de prise de courant normalisés, monophasés ou triphasés, avec conducteurs de terre d'alimentation et de protection et fonction pilote de contrôle entre le véhicule électrique et la fiche ou le coffret de contrôle incorporée au câble.
Mode 3 
prise fixe sur circuit dédié : Branchement direct du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC avec une fiche spécifique et un circuit dédié ; fonction de contrôle et de protection installée de façon permanente dans l'installation.
Mode 4 
connexion CC : Branchement indirect du véhicule électrique au réseau principal de distribution AC par le biais d'un chargeur externe. Fonction de contrôle, de protection et le câble de recharge du véhicule installé de façon permanente dans l'installation.

Temps de recharge

La durée nécessaire au rechargement optimal de la batterie du véhicule est directement liée à la puissance électrique injectée dans le véhicule. Dans le cadre d'un branchement sur une prise domestique du réseau de distribution standard d'un bâtiment (mode 2), la charge sera limitée à 8 A, ce qui se traduit par un temps de recharge plus long, de l'ordre de 12 à 14 heures. Lorsque le branchement est effectué via un circuit électrique dédié (mode 3), le temps de rechargement est compris entre une heure (triphasé, 63 A) et 8 heures (monophasé, 16 A).

En complément, des stations de recharge rapide (mode 4), délivrant 500 V / 125 A en courant continu permettent de recharger 80 % de la capacité de la batterie en seulement 15 minutes.

Durée de recharge Alimentation Tension Courant max
6-8 heures Monophasé - 3,3 kW 230 VAC 16 A
2-3 heures Triphasé - 10 kW 400 VAC 16 A
3-4 heures Monophasé - 7 kW 230 VAC 32 A
1-2 heures Triphasé - 24 kW 400 VAC 32 A
20–30 minutes Triphasé - 43 kW 400 VAC 63 A
20–30 minutes Continu - 50 kW 400 - 500 VDC 100 - 125 A

Norme CEI 61851-1 « Système de charge conductive »

Au regard des impératifs de sécurité et des contraintes d’utilisation, le dispositif de recharge des véhicules électriques doit être conçu selon un standard véhicule électrique spécifique afin de pleinement garantir la sécurité des biens et des personnes.

Le circuit de recharge dédié imposé dans le « Mode 3 » (cf. figure 3) et défini dans la proposition de norme CEI 61851-1[109], « Electric vehicle conductive charging system » ou « Système de charge conductive pour véhicules électriques », permet de garantir une sécurité maximale des utilisateurs lors de la recharge de leur véhicule électrique.

Il permet par ailleurs d’agir au plus juste sur l'intensité de recharge en cas de demande du fournisseur d’énergie (smart grid / demande-réponse) et il impose de plus un circuit de recharge spécifique et dédié.

Un contrôleur de recharge, côté infrastructure, vérifie les éléments suivants avant d’enclencher la recharge :

  • Vérification que le véhicule est bien connecté au système.
  • Vérification que la masse du véhicule est bien reliée au circuit de protection de l’installation.
  • Vérification de la cohérence des puissances entre le câble, le véhicule et le circuit de recharge.
  • Détermination de la puissance maximale de recharge qui sera allouée au véhicule.

L’ensemble de ces vérifications et de la communication se fait au travers d’une communication sur fil spécifique, dit « fil Pilote ».

Il est donc impératif que la connectique des prises et socles de prises côté infrastructure soit dotée de deux fils / broches additionnels – dits fils pilotes. Cependant les prises de courant à usage domestique ne comportent pas ces deux fils/broches additionnels nécessaires au fonctionnement du contrôleur de recharge.

La norme en cours de préparation CEI 62196-2[109], « Prises et socles de prises pour véhicules électriques à recharge conductive », définit un panel de prises pouvant être utilisées pour les recharges via le Mode 3. Elles comportent de base les deux fils/broches Pilotes.

Prises de recharge

Les prises de recharge dédiées

Trois types de prises dites « véhicules électriques » et dotées des connectiques pour fil pilote peuvent être utilisées dans le cadre de la recharge des véhicules électriques.

Caractéristiques Type 1 Type 2 Type 3
Phase Monophasé Monophasé / Triphasé Monophasé / Triphasé
Courant 32 A 70 A (monophasé) 63 A 32 A
Tension 250 V 500 V 500 V
Nb broches 5 7 5 ou 7
Obturateur Non Non Oui
Schéma Type1.JPG Socket Type-2.svg Type3.JPG

Pour les infrastructures de recharge une prise de type 3 est préconisée[110], pour deux principales raisons :

  • Parmi les trois modèles (type 1, type 2 et type 3) proposés seuls les prises et socles de prises de type 3 comportent des obturateurs.

Ces obturateurs sont obligatoires en France et dans de nombreux pays en Europe sur les socles de prises à usage domestique afin d’éviter tout accident en cas d’introduction d’objets dans les socles des prises, notamment par des enfants.

  • Les solutions de type 3 comportent aussi des obturateurs sur les prises (fiches mâles) afin d’anticiper l’arrivée des vehicles to grid.

Dans ce cas, le véhicule se comportera comme un « générateur de puissance ». La présence des obturateurs sur les fiches permettra donc d’avoir le même niveau de sécurité pour les personnes que les socles de prises.

Véhicules solaires partiellement auto-rechargeables

Nissan propose déjà une option panneau solaire sur la Nissan Leaf ; Audi et Sono Motors (Start-up de voitures électriques) avec la Sion (voiture électrique) annoncent en 2017 des prototypes de voitures électriques dont la carrosserie sera partiellement photovoltaïque, avec de premiers modèles partiellement « auto-rechargeable » annoncés pour 2019. Sono Motors dont le 1er prototype semi-solaire a été financé par crowdfunding annonce en 2017 un gain de 30 kilomètres d'autonomie par jour pour son prototype (en complément de la batterie de 50 kWh permettant 250 km d'autonomie)[111]. Audi prépare un modèle où un module photovoltaïque devrait alimenter l'air conditionné ou les sièges chauffants du véhicule[111]. La recherche se poursuit pour encore améliorer la productivité du photovoltaïque tout en utilisant des matières moins rare et environnementalement sûres. Dans son projet de troisième révolution industrielle Jeremy Rifkin attribue aux batteries de véhicules un rôle de réservoir tampon d'électricité, notamment issue du surplus produit par les panneaux solaires des bâtiments, eux-mêmes intégrés dans un réseau électrique intelligent.

Sono Motors annonce en septembre 2018 avoir reçu 7000 pré-commandes de sa citadine « solaire électrique » Sion ; elle prévoit d'en produire 200000, avec un lancement commercial fin 2019[112].

Hyundai et Kia annoncent l'intégration en 2019 de panneaux solaires aux toits de plusieurs de leurs modèles hybrides. A terme, la seconde génération de cellules photovoltaïques, semi-transparentes, sur laquelle travaille Hyundai pourra être appliquée sur un toit ouvrant panoramique ; la troisième génération, en cours d’étude, associera les cellules photovoltaïques installées sur le toit à des panneaux solaires directement intégrés à la carrosserie. Hyundai compte également proposer ces solutions sur des modèles thermiques[113].

Avantages et inconvénients de la voiture électrique

La voiture électrique présente un certain nombre d'avantages par rapport à une voiture à moteur thermique[114] :

  • il n'y a pas d'émission locale de polluant atmosphérique lié à la combustion ; on conserve toutefois plus du tiers des émissions de particules fines d'un véhicule (PM10 qui proviennent de l’abrasion des pneus, du revêtement routier et des freins)[115].
  • les émissions de CO2 (énergie grise comprise) sont réduites en moyenne de 40 % à 50 % par rapport à celles des voitures thermiques ; cette réduction est supérieure à 90 % dans les pays tels que la Norvège et la France où la production d'électricité est presque entièrement dé-carbonée ; mais même en Chine, où le charbon a encore une place prépondérante, le gain est de 15 % en 2015, et s'accroîtra progressivement avec le développement des énergies renouvelables et du nucléaire[116] ;
  • elle est très simple à conduire, pas de levier de vitesses à actionner manuellement.
  • elle est plus silencieuse qu'une voiture thermique ; ce silence ne permet pas au piéton de l'identifier et elle devra donc, aux États-Unis à partir de 2019, être équipée d'un dispositif sonore lorsque le véhicule se déplace à une vitesse inférieure à 30 km/h[117] ;
  • le moteur est à l'arrêt lorsque le véhicule est à l'arrêt ;
  • elle nécessite beaucoup moins d'entretien (pas de vidange, etc.) ;
  • aucun problème de démarrage ;
  • le rendement d'un véhicule électrique à partir de la prise électrique s'élève à 50 %, quand on tient compte du chauffage et de la climatisation (les pertes du réseau électrique étant incluses) contre un rendement sur carburant consommé de 20 % pour un moteur thermique[118], ou même moins d'après le schéma ci-dessous du DoE où le rendement des véhicules thermiques est de 20 % sur autoroute et 13 % en ville.
Efficacité énergétique des voitures thermiques en ville et sur autoroute (Document DoE).

Selon plusieurs études récentes, le taux de satisfaction des automobilistes est beaucoup plus élevé dans le cas d'une voiture électrique que pour les voitures classiques : ainsi, chez Renault, il atteint 98 % pour la Zoé et 95 % pour la Kangoo ZE contre 60 % en moyenne pour les véhicules thermiques ; un sondage du magazine Consumer Reports place la modèle S de Tesla en tête des taux de satisfaction aux États-Unis devant les Porsche Boxster et Cayman, Corvette, Dodge Challenger et autres sportives de luxe[119].

La voiture électrique conserve certains inconvénients communs à tout type de voiture, en particulier le coût social et humain lié à l'insécurité routière (3 000 morts et plus de 70 000 blessés par an pour l'ensemble des véhicules), le coût financier et sanitaire lié à l'absence d'exercice par rapport aux mobilités actives, l'étalement urbain et le coût des infrastructures liées à son usage, la disparition du commerce de centre-ville et le déploiement des zones commerciales péri-urbaines[120].

À cela s'ajoutent des inconvénients qui lui sont spécifiques :

  • Certains types de batteries se déchargent même à l'arrêt, consommant leur propre énergie (0,5 kW) pour rester en état de marche (on parle de 2 % de décharge par heure). Or la voiture moyenne étant à l'arrêt 95 % du temps, ceci représente une consommation d'environ 12 kWh par jour, ce qui majore la consommation d'1/3 pour une voiture de 30 kW[réf. nécessaire]. Mais ce n'est pas le cas des batteries lithium-ion, les plus utilisées pour les voitures électriques, dont le taux d'auto-décharge est faible : moins de 10 % par an[121].
  • L'énergie grise d'une voiture électrique est plus élevée que celle d'un véhicule thermique du fait de sa batterie ; mais, selon l'ADEME et dans les conditions de 2012, au-delà de 25 000 km, son potentiel de changement climatique (c'est-à-dire sa contribution à l'effet de serre) est inférieur à celui des voitures thermiques en France ; en Allemagne, du fait du mix énergétique moins décarboné, une voiture électrique devait atteindre 40 000 km pour être moins émettrice de gaz à effet de serre qu'une voiture à essence et plus de 80 000 km par rapport à une voiture Diesel[122]. L'Ademe, étudiant les variabilités par rapport à son scénario de référence, estime que le potentiel de changement climatique d'un véhicule électrique devient équivalent à celui d'un véhicule thermique à partir de 30 000 km et devient plus favorable à partir d'un seuil situé entre 50 000 km et 80 000 km en France. Ce potentiel ne devient jamais favorable pour un véhicule électrique en Allemagne. On peut retenir, toujours selon cette même étude de l'Ademe, que sur l'ensemble de son cycle de vie une voiture électrique contribue à l'émission de 8 à 12 T d'équivalent CO2 pour une utilisation en France et 15 à 23 T pour une utilisation en Allemagne, contre 14 à 21 T pour une voiture thermique, toujours dans les conditions de 2012.
  • Son coût était en 2016 plus élevé que celui d'une voiture thermique aussi bien à l'achat initial qu'à l'usage, dans les conditions du début 2016 (bas prix des carburants, anciens modèles de batteries)[123]. Mais en 2018 une étude publiée par l'UFC-Que Choisir conclue que le « coût de détention » (coût complet : achat, carburant, entretien, assurance, etc) d'une voiture électrique est inférieur à celui de toutes les autres technologies de propulsion, que ce soit en première main ou d'occasion ; de plus, grâce à la baisse des coûts de production, les véhicules électriques et hybrides rechargeables devraient rivaliser avec les voitures thermiques, même sans bonus, d’ici à 2025[124].
  • Une importante flotte de véhicules électriques nécessitera un accroissement significatif de la production d’énergie électrique. Selon une étude parue en août 2017, les réseaux électriques du Bade-Wurtemberg et de Bavière -les deux länder allemands les plus industrialisés- ne sont pas prêts à accueillir massivement les voitures électriques, ainsi que les pompes à chaleur, en particulier à cause des pics de demande[125], sauf à repousser la fermeture des centrales nucléaires et/ou à construire de grandes autoroutes électriques en Allemagne, entre le nord venteux, et le sud industrieux.

Obstacles à l'adoption généralisée

Afin d'évoluer vers une mobilité électrique, plusieurs obstacles doivent être surmontés :

Les infrastructures 
au départ, sans infrastructure de rechargement, le consommateur n'était pas incité à acheter un véhicule électrique ; et sans véhicule électrique, il n'y avait pas de raison de bâtir des infrastructures ; mais une enquête menée en 2018 par Transport & Environment (T&E), ONG qui fédère 58 associations européennes actives dans la défense de l’environnement et la promotion des mobilités « durables », révèle que seulement 5 % des recharges de batteries se font sur des bornes publiques et que le réseau européen compte déjà 1 point de charge pour 5 voitures électriques, soit bien plus que la recommandation européenne d’un pour 10 ; en Norvège, pays le plus avancé dans l’électrification du parc automobile, la proportion d’usagers de VE utilisant quotidiennement une borne de charge publique était de 10 % en 2014, mais elle a chuté à seulement 2 % en 2017 ; moins de 15 % des conducteurs utilisent une borne au moins une fois par semaine ; le principal frein à l’adoption de l’électromobilité par les conducteurs n’est pas le manque de bornes, mais le faible nombre de modèles électriques mis sur le marché par les constructeurs ; selon T&E, l’augmentation de l’autonomie des nouveaux véhicules électriques devrait réduire, au cours des prochaines années, le rythme du développement des réseaux de bornes[126] ; il subsiste cependant un obstacle pour les automobilistes habitant en copropriété : la loi reconnaît un droit à la prise, mais 10 à 20% des cas posent toujours problème, car lors de l’installation d’un point de charge, l’assemblée générale des copropriétaires peut légalement s’opposer dans un délai de 6 mois ; l'installation peut bénéficier d’aides financières : le programme gouvernemental Advenir rembourse ainsi 50 % du prix de l’installation dans la limite de 960 euros ; il est également possible de bénéficier d’un crédit d’impôt de 30 % sur l’achat de la borne[127]
La réglementation 
les fournisseurs d'électricité ne sont pas encouragés à faire des investissements dans des domaines innovants, ni incités à fixer des structures tarifaires optimisant la consommation à travers le smart grid et les véhicules électriques compatibles ;
Les normes 
pour que les conducteurs soient prêts à adopter le véhicule électrique, ils doivent avoir l'assurance de trouver où qu'ils aillent des bornes de recharge standardisées, sûres et pratiques ;
La rapidité de recharge 
une voiture à essence se « recharge » en quelques minutes alors qu'en 2017, une voiture électrique nécessite un temps de recharge de plusieurs dizaines de minutes, sauf avec les solutions de remplacement rapide de la batterie[128]. Les constructeurs automobiles sont conscients de ce point, et tentent d'y remédier : ainsi, Toshiba annonce pour 2019 une nouvelle génération de batteries utilisant des anodes à base d'oxyde de niobium-titane, qui accroît la densité énergétique des batteries tout en affichant de meilleures performances en termes de charge avec une durée trois fois plus courte que les actuelles batteries lithium-ion ; elles permettront de récupérer 320 km d'autonomie après seulement six minutes de charge ; la durée de vie des cellules sera accrue : elles conserveront 90 % de leur capacité initiale après 5 000 cycles de charge-décharge[129] ;
L'autonomie 
elle était, jusqu'en 2016, rarement de plus de 200 km pour un véhicule électrique alors qu'elle dépasse fréquemment 500 km pour les véhicules à essence, voire 1 000 km pour une voiture Diesel. La peur de manquer d'autonomie est un handicap à la vente de véhicules électriques, entre autres parce que les utilisateurs ont besoin de savoir quelle distance ils peuvent parcourir avec une charge, où ils peuvent recharger et combien de temps cela va prendre. Mais plusieurs constructeurs annoncent pour 2017-18 un doublement de la capacité des batteries, donc de l'autonomie ; ainsi, Renault prévoit que sa Zoe pourra alors rouler 300 km en conditions réelles, et 400 km en cycle homologué, grâce à une nouvelle batterie lithium-ion, fournie par le coréen LG, qui délivrera, à taille, poids et coût comparables, une densité énergétique doublée par rapport aux 22 kWh actuels ; la Nissan Leaf verra également sa capacité doublée à 48 kWh. De plus, le prix moyen des batteries est tombé en 2015 à 400 $/kWh contre 900 $/kWh en 2010, et devrait chuter à 100 US$ en 2025, selon une étude du Blackrock Investment Institute. Les véhicules pourraient atteindre 600 km d'autonomie vers 2025-2026, d'après PSA[130]. Les Tesla ont déjà une autonomie allant de 300 à 500 km selon les modèles ; General Motors devrait franchir fin 2016 le cap des 300 km avec la berline Bolt, conçue pour contrer la montée en puissance de Tesla ; Daimler et VW prévoient d'atteindre ce niveau en 2017, et envisagent une prochaine étape à 500 ou 600 km ; les chercheurs d'IBM travaillent sur la conception, d'ici à 2020, d'une batterie capable de propulser une berline sur 800 km[131].
Le confort 
air climatisé et chauffage de l'air ambiant consomment, actuellement, trop d'électricité pour que la voiture les alimente en permanence sans une réduction drastique de son autonomie déjà limitée. Ceci peut devenir un enjeu de sécurité l'hiver quand un surplus d'humidité s'accumule et cause de la buée, ou l'été quand la température intérieure devient très élevée ;
Les mentalités 
il est probablement peu réaliste de vouloir que le véhicule électrique remplace en tous points la voiture à essence, au moins à court terme. Le véhicule électrique est plus adapté à l'usage urbain que la voiture à essence, en permettant notamment un confort supplémentaire pour le conducteur et les passagers (moins d'entretien, consommation restant pratiquement nulle dans les bouchons, moins de vibrations dans l'habitacle) et pour les citadins (villes moins bruyantes, pas de pollution directe des gaz d'échappement). En revanche, le véhicule à essence reste pour l'instant indispensable pour les grands déplacements.
Le coût élevé des batteries 
les batteries constituent 30 à 40 % du prix des voitures électriques ; elles grèvent donc lourdement leur coût d'acquisition ; or le prix des batteries lithium-ion a chuté :

Coût des batteries

Selon l’indice de Bloomberg New Energy Finance, une batterie lithium-ion a coûté en moyenne 540 $/kWh au premier semestre 2014, en baisse de 20 % en deux ans, et les prix de situaient autour de 1 000 $/kWh en 2010 ; les experts prévoient la poursuite de cette chute : le prix d’un pack tombera autour de 300 $/kWh en 2015, et environ 150 $ en 2020, alors que le prix auquel on verra un marché de masse émerger se situe en dessous de 250 $/kWh[132].

Tesla a obtenu le soutien du gouverneur du Nevada pour construire dans cet État une « giga-usine » de batteries au lithium, qui produira en 2020 des batteries pour 500 000 voitures Tesla par an, permettant une forte baisse de prix[133]. Depuis 2010, le prix d'une batterie lithium-ion a été divisé par deux, grâce aux technologies de nouvelle génération et aux effets de volume, et la dégringolade pourrait encore s'accélérer puisque les analystes tablent désormais sur un prix sous les 200 dollars en 2020. La Gigafactory 1 de Tesla a doublé à elle seule les capacités mondiales à son entrée en production début 2017 ; elle est conçue pour permettre à Tesla de lancer des voitures moins chères et d'attaquer ainsi le marché du milieu de gamme[131].

Selon une étude menée par les chercheurs du Stockholm Environment Institute, publiée dans Nature Climate Change, les prix des batteries lithium-ion pour les véhicules électriques ont baissé, entre 2007 et 2014, au rythme de 14 % par an, passant de 1 000 $/kWh (880 €/kWh) à environ 410 $/kWh (360 €/kWh). L'Agence internationale de l'énergie (AIE), dans ses projections, prédisait qu'un tel niveau ne serait atteint qu'en 2020. L'agence Bloomberg calcule que dès que le prix de l'essence sera revenu à son niveau de 2011, les véhicules électriques commenceront à être compétitifs avec les motorisations classiques aux États-Unis[134].

En 2016, deux nouvelles usines de batteries pour voitures électriques ont été annoncées en Europe : Samsung en Hongrie (50 000 batteries/an en 2018) et LG en Pologne (229 000 batteries/an) ; Nissan dispose déjà d'une usine à Sunderland au Royaume-Uni et Panasonic d'une autre à Bratislava en Slovaquie[135].

Dans une étude publiée le 28 novembre 2016[136], le Bureau européen des unions de consommateurs (BEUC) prédit que les voitures électriques à batterie deviendront compétitives, grâce à la baisse des coûts des batteries, d'ici la fin des années 2020 avec les voitures thermiques, à essence ou au diesel, si l'on considère le coût total de possession, qui inclut le coût d'achat et le coût d'utilisation du véhicule sur toute sa durée de vie ; les subventions ne seront donc plus nécessaires en 2030 et pourront être fortement réduites dès 2020[137].

Renault prévoit qu'en 2022, la profitabilité du véhicule électrique sera au niveau moyen de celle du groupe, soit une marge opérationnelle de 7 % ; ses ventes de véhicules électriques s'élèveront alors à 250 000 véhicules par an contre 26 500 véhicules en 2016 et 40 000 véhicules prévus en 2017 ; le coût des batteries devrait baisser de 30 % d'ici 2022 et celui du moteur électrique de 20 %[138].

En avril 2018, le président de l’Alliance Nissan-Renault-Mitsubishi Carlos Ghosn a déclaré que la problématique d’autonomie était désormais réglée pour une grande partie des utilisateurs et que le principal frein est désormais le prix ; il note : « Quand vous regardez les voitures électriques chinoises qui se vendent, ce sont des voitures très, très abordables » ; Nissan a donc présenté la Sylphy électrique adaptée au marché chinois, Dacia réfléchit à la commercialisation de modèles électriques et Renault à une Twingo électrique[139].

Ressources géologiques

Lithium

Article connexe : Lithium.

Le lithium est nécessaire à la fabrication des batteries de voitures électriques et hybrides actuelles. Le risque de pénurie, en l'état actuel des technologies, est important[140]. Le cabinet Meridian International Research estimait en 2007 que les réserves ne suffiront pas même au remplacement initial du parc mondial de voitures[141].

Les réserves mondiales de lithium sont évaluées par l'Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS) à 14 Mt (millions de tonnes) en 2016 (gisements techniquement exploitables à des coûts économiquement avantageux) et les ressources identifiées à plus de 46 Mt alors que la production mondiale était de plus de 31 500 tonnes en 2015[142] et plus de 35 000 tonnes en 2016 [143], la part liée aux batteries (tous usages confondus) étant de 39 % en 2016. Des alternatives sont recherchées : des batteries sodium-ion pourraient être moins chères et ne pas poser de problème de réserves, mais elles sont encore peu performantes, de même pour les accumulateurs lithium fer phosphate.

Terres rares

Article connexe : Terre rare.

Les terres rares, qui ne sont ni des terres ni rares contrairement à ce que suggère leur appellation, sont disponibles en quantité sur tous les continents ; leurs réserves mondiales prouvées étaient estimées par l'USGS (USA) à 120 millions de tonnes fin 2017 détenues à 37 % par la Chine, devant le Brésil (18 %), le Vietnam (18 %), la Russie (15 %), l'Inde (6 %), l'Australie (2,8 %), etc. La production mondiale d'oxydes de terres rares s'est élevée à 130 000 tonnes en 2017 ; les réserves assurent donc plus de 900 ans de production au rythme actuel[144].

Les batteries lithium-ion ne contiennent pas de terres rares. Les batteries NiMH (Nickel Métal Hydrure) des véhicules hybrides de la première génération contenaient une dizaine de kilos de lanthane, avant que cette technologie ne cède la place au lithium-ion. Des terres rares sont présentes dans les moteurs de certaines voitures électriques comportant, principalement les hybrides : néodyme, dysprosium, samarium sont les terres rares les plus utilisées pour fabriquer les aimants permanents qui équipent les moteurs synchrones sans balais ; mais la plupart des voitures électriques, en particulier la Renault Zoé et les Tesla, utilisent une bobine d’excitation au lieu des aimants, et ne contiennent donc pas de terres rares[145]. La nouvelle architecture conçue par BMW pour sa chaîne de traction électrique à partir de 2020 ne contient plus de terres rares[146].

Les voitures hybrides nécessitent toujours, pour leur moteur thermique, le raffinage du pétrole et la fabrication de pots catalytiques, qui figurent parmi les plus gros consommateurs de terres rares[147].

Cobalt

La fabrication d'une batterie de voitures électriques consomme en moyenne 10 kilogrammes de cobalt[148]. Plus de 40 % de la production de cobalt, est utilisé par le secteur des batteries ; son prix a été multiplié par 3,7 en deux ans (2016-2017) ; la République démocratique du Congo (RDC) a produit 50 % du cobalt mondial en 2016[149] et cette proportion pourrait passer à 70 % dans cinq ans ; or Amnesty International estime qu'en RDC 20 % du cobalt est extrait manuellement, notamment par des enfants[150].

Selon une récente analyse des chercheurs de l’Institut Helmholtz Ulm (HIU), l’approvisionnement en cobalt pourrait devenir critique à l’horizon 2050 ; l’industrie de la batterie consomme déjà 50 % de la production mondiale de cobalt, estimée en 2017 à 62 000 tonnes par an ; d'ici 2050, la demande de cobalt pour les batteries pourrait être deux fois plus élevée que les réserves identifiées en 2018. L'entreprise chinoise GEM, fournisseur de Contemporary Amperex Technology (CATL), premier fabricant chinois de batteries pour automobiles, a signé en mars 2018 un accord pour l’achat de près d’un tiers de la production de cobalt de Glencore, considéré comme le premier producteur mondial[151].

Selon le quotidien allemand Handelsblatt Global, des ingénieurs allemands qui ont acheté des Tesla Model 3 et les ont démontées pièce par pièce pour en étudier la technologie ont découvert que non seulement Tesla n'utilise pas de terres rares, mais que de plus il est parvenu à faire passer la teneur en cobalt de 8 % sur une batterie conventionnelle à seulement 2,8 % sur les batteries de la Model 3[152].

Recharge et réseau de distribution

Installation de modules photovoltaïque, intégrés dans une ombrière, avec possibilité de récupérer l'eau de pluie.

Bien que la voiture électrique soit au point dans son aspect mécanique et électronique de commande, il reste le problème de l'autonomie qui a jusqu'ici pénalisé cette technologie. Cela est dû à la très grande différence de densité énergétique qu'il y a entre l'essence (ou tout autre carburant liquide) et les accumulateurs électriques. Ainsi avec 40 kg de gazole, une voiture à moteur Diesel peut parcourir entre 800 et 1 200 km en roulant sur autoroute à la vitesse de 130 km/h. En comparaison, avec les technologies actuelles, il faut 200 kg de batterie pour qu'une voiture électrique puisse parcourir environ 170 km en ne roulant qu'à 70 km/h. Et cette autonomie est considérablement réduite si on roule plus vite (à 130 km/h, il ne reste plus que 70 km d'autonomie)[N 6]. Une fois la batterie épuisée, il faut plusieurs dizaines de minutes pour la recharger (temps pendant lequel le véhicule est indisponible) alors que dans une voiture classique, il ne faut que quelques minutes pour refaire le plein d'essence et pouvoir repartir.

Les véhicules électriques demandent une refonte très importante du système de distribution d'énergie pour devenir une alternative viable aux véhicules à moteur à combustion interne, pour offrir un nombre de prises et sites de recharge suffisant, et pour permettre une recharge rapide. Quelques expériences en vraie grandeur sont en cours, comme en Norvège, où la E14 a bénéficié en 2011 d'une aide de l'Europe (Interreg, projet dit « Green Highway ») pour l'équipement sur 400 km, entre Trondheim et Sundvall, de stations service permettant le rechargement électrique (électricité renouvelable et propre uniquement, d'origine hydroélectrique essentiellement), biogaz, biodiesel et éthanol. La ville de Trondheim s'est équipée en véhicules « verts » qui pourront bénéficier de ce réseau[153].

Capacité de recharge des accumulateurs

Des prises électriques privées (prises de recharge de 16 A et de 3,5 kW avec chargeur sécurisé dans les garages, temps de rechargement avoisinant 8 heures) ou publiques (nécessité de bornes de recharge[154] au moins tous les 80 km sur la voirie, et 5−6 bornes en parallèle par station de recharge) peuvent permettre le rechargement, mais le temps de rechargement reste important (toute une nuit, pour une rentabilité optimale). Plus on veut recharger vite, plus la consommation électrique augmente et plus la batterie chauffe (les bornes de recharge d'une puissance de 50 kW offrent un chargement rapide en 30 minutes, à 80 %[155]).
Une solution imaginée à ce problème est l'utilisation de batteries interchangeables, préalablement rechargée la nuit (système courant sur les chariots élévateurs utilisés jour et nuit). Un changement de batterie est aussi rapide qu'un plein de carburant. En 2009, des essais étaient en cours au Japon pour un changement automatique de batteries[156] et à l'été 2012, un réseau de stations d'échange de batteries est mis en place au Danemark, en Australie et en Israël[157], avant toutefois que la société promotrice de ce système ne doive fermer ses portes.

Plusieurs difficultés apparaissent, car pour être généralisé ce système impose :

  • une refonte de la structure des voitures (ergonomie, sécurité lors du changement de batterie) ;
  • une refonte des stations-service et garages, actuellement non conçus pour rendre ce service ;
  • une normalisation des batteries, l'acceptation de ces normes par tous les constructeurs et le contrôle de leur qualité ;
  • un financement à définir (réglé par la location des batteries ou un système d'abonnement) ;
  • un doublement[réf. nécessaire] du nombre de batteries mises sur le marché pour ces véhicules, et donc une augmentation des prix et des consommations de métaux rares et polluants.

Infrastructures pour la recharge des voitures électriques

Toyota i-road à Grenoble en 2014

Ces systèmes peuvent être disponibles pour tous (en station-service, parking de centre commercial ou autre emplacement public), ou seulement pour des flottes captives importantes (services, poste, taxis, zones d'activité, écoquartier, flottes de véhicules partagés) ayant leurs propres points de service.

Nombre de bornes de recharge lente (≤22 kW) accessibles au public par pays
Pays 2010 2014 2015 2016 2017 % 2017
Drapeau de la République populaire de Chine Chine - 21 000 46 657 86 535 130 508 41,0 %
Drapeau des États-Unis États-Unis 482 20 115 28 150 35 089 39 601 12,4 %
Drapeau des Pays-Bas Pays-Bas 400 11 860 17 786 26 088 32 976 10,4 %
Drapeau de l'Allemagne Allemagne - 2 606 4 587 16 266 22 213 7,0 %
Drapeau du Japon Japon - 8 640 16 120 17 260 21 507 6,8 %
Drapeau de la France France - 1 700 9 865 14 250 14 407 4,5 %
Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni - 7 182 8 174 9 594 11 497 3,6 %
Drapeau de la Norvège Norvège 2 800 5 185 5 185 7 040 8 292 2,6 %
Drapeau du Canada Canada - 2 266 3 361 3 900 5 168 1,6 %
Drapeau de la Suède Suède - 1 065 1 251 1 737 3 456 1,1 %
Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud - 151 449 1 075 3 081 1,0 %
Drapeau de l'Inde Inde - nd nd nd 222 0,1 %
Total 3 682 90 848 156 021 237 258 318 128 100 %
Source des données : Agence internationale de l'énergie[41].
Nombre de bornes de recharge rapide (>22 kW) accessibles au public par pays
Pays 2010 2014 2015 2016 2017 % 2017
Drapeau de la République populaire de Chine Chine - 9 000 12 101 54 889 83 395 74,4 %
Drapeau du Japon Japon 312 2 877 5 990 7 112 7 327 6,5 %
Drapeau des États-Unis États-Unis 60 2 518 3 524 5 384 6 267 5,6 %
Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud - 237 341 491 2 531 2,3 %
Drapeau de l'Allemagne Allemagne - 240 741 1 243 2 076 1,9 %
Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni - 560 1 203 1 614 2 037 1,8 %
Drapeau de la France France - 127 703 1 317 1 571 1,4 %
Drapeau de la Norvège Norvège - 200 518 718 1 238 1,1 %
Drapeau du Canada Canada - 55 147 315 673 0,6 %
Drapeau de la Suède Suède - 100 269 425 615 0,5 %
Drapeau des Pays-Bas Pays-Bas - 121 258 360 455 0,4 %
Drapeau de l'Inde Inde - - - 25 25 0,02 %
Total 372 16 792 27 777 76 309 112 023 100 %
Source des données : Agence internationale de l'énergie[41].
en France
Article détaillé : Voiture électrique en France#Infrastructures de recharge.

Environnement

Impact environnemental

À l'utilisation, au niveau local, une voiture électrique ne produit pas de gaz polluants ni de gaz à effet de serre, est peu bruyante à basse vitesse, ne consomme pas d'autre énergie à l'arrêt que celle nécessaire aux équipements annexes (chauffage, climatisation, sonorisation, phares, équipements de sécurité, etc.). Cependant cela reste un objet technique, source potentielle de pollutions dans le cadre de sa fabrication[158], et c'est évidemment un véhicule routier avec ce que cela implique comme impact environnemental (nécessité d'un réseau de routes, parkings et autres infrastructures, coûteux, consommateur d'espace et facteur de fragmentation écologique, « mortalité animale due aux véhicules », accidents de la route, pollution lumineuse par les voies éclairées plus que par l'éclairage embarqué). Spécifiquement, le véhicule électrique pose des problèmes écologiques à propos des accumulateurs (production, recyclage et élimination) et, selon le cas, de la pile à combustible et du carburant de celle-ci, ou de la production d'électricité supplémentaire[158].

La nature et l'ampleur de ces pollutions dépendent principalement du type d'énergie primaire utilisé pour produire l'électricité (ou le carburant pour la pile à combustible) destiné au véhicule. On évalue généralement les « émissions évitées » par le développement des véhicules électriques en se basant sur leurs caractéristiques techniques, mais c'est oublier que ces émissions sont aussi fortement déterminées par le régime de régulation des émissions. Ainsi, les émissions du secteur électrique sont soumises au système des quotas (European Trading System) alors que la consommation de carburant dans les véhicules ne l'est pas. En conséquence la mise sur le marché de voitures électriques en remplacement de véhicules conventionnels fait supporter (au moins en partie) par l'automobiliste le coût écologique des émissions de ces dernières, indépendamment des mérites techniques de ces véhicules.

Concernant ses aspects technologiques, le bilan écologique varie beaucoup selon la « propreté » de l'énergie primaire utilisée[159], sachant que tout le spectre est possible (charbon, éolien, gaz, hydraulique, nucléaire, pétrole, solaire...) ; il varie aussi selon la saison et le mode de recharge (rapide de jour ou lente de nuit, en hiver ou en été, la production électrique sollicitée diffère). Il serait donc trompeur de s'en tenir à la composition moyenne du parc de production électrique ou à la « technologie marginale » (celle qui est activée pour répondre à la pointe de demande). Massiani et Weinmann ont évalué les modalités de calcul ; sur la base d'une approche pivotale ils estiment les émissions moyennes à 80 g/km en 2020 en Allemagne[160].

En France 
Article détaillé : Voiture électrique en France#Impact environnemental.
En Chine 
Une étude publiée en avril 2017 par l'« Institut japonais d'économie de l'énergie » montre que les véhicules électriques fabriqués en Chine émettent, pour la plupart, moins de gaz à effet de serre que les véhicules à essence, malgré la composition actuelle du parc chinois de centrales électriques dominé à 73 % par le charbon ; il prévoit de plus une amélioration de cet avantage avec la décarbonation progressive de la production d'électricité[161].

Selon une étude conjointe d’universitaires chinois et américains[162] publiée en avril 2018, les habitudes de recharge des utilisateurs de véhicules électriques chinois ont pour conséquence d’augmenter les émissions polluantes, car la plupart d'entre eux privilégieraient la recharge rapide pendant les heures de pointe ; or ce comportement sollicite davantage les centrales à charbon au détriment des énergies renouvelables, lors des pics de consommation. Pour diminuer la pollution indirecte des véhicules électriques, les chercheurs recommandent de les recharger lentement, en plusieurs heures, le soir ou en heures creuses en journée et sur les lieux de travail. L’étude insiste également sur l’utilité des autobus électriques, bien moins polluants que les moyens de transports individuels[163].

Au Québec 
En 2017, vise un million de véhicules électriques et hybrides en circulation avant 2030 (contre moins de 6 000 en 2017) ; pour cela il offre 8 000 dollars canadiens (5 400 euros) aux acheteurs d'un véhicule électrique ou hybride neuf. L'Ontario offre jusqu'à 14 000 dollars. Pour l'Institut économique de Montréal (IEM, « de tendance libérale ») cette politique de stimulation d'achat de voitures électriques au Canada est le moyen le moins efficace et le plus coûteux de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) du pays. La réduction des émissions serait au mieux de 3,6 % pour le Québec et de 2,4 % pour l'Ontario alors que ces provinces ont comme cible une réduction de 37 % de leurs émissions de GES avant 2030 (par rapport au niveau de 1990). L'IEM évalue ces subventions à 523 dollars par tonne de GES économisée en Ontario et 288 dollars au Québec à la charge du contribuable et juge que le même objectif de réduction des GES ne coûterait « que » environ 18 dollars par tonne de carbone évitée sur le marché de la Bourse du carbone. Il en déduit que « Le bon sens économique et même écologique plaide en faveur d'une réduction de ces subventions, voire leur élimination »[164].

Fin de vie et recyclage

En fin de vie, la dépollution et le recyclage pour les deux systèmes (pile à combustible et accumulateurs), n'est écologiquement pas neutre. Les composants fonctionnels doivent être recyclés, ce qui implique un coût tant en énergie qu'en recyclage de matières polluantes. Le recyclage est indispensable dans tous les cas en raison de la nature des matériaux utilisés pour la construction des deux systèmes : plomb, nickel et autres métaux lourds dans le cas des accumulateurs, métaux et produits chimiques pour les piles à combustible. D'après une étude américaine sur les batteries lithium-ion citée par l'Association pour l'Avenir du Véhicule Electro-Mobile (Avem) en 2013, « les packs batteries peuvent être utilisés durant une période variant de 5 à 20 ans en fonction de nombreux facteurs »[165], d'autres sources citent une durée de vie de 9 à 13 ans[166].

Un rapport publié en 2017 estime la capacité de stockage des batteries de véhicules électriques recyclées à 8 TWh/an en 2030 et 37 TWh/an en 2040 ; elles pourraient alors jouer un rôle majeur dans la compensation de l'intermittence des productions éoliennes et solaires, ou servir pour des usages d'autoconsommation[167].

Au Japon, Nissan lance en mars 2018 un programme de remplacement des batteries de la Leaf. Les propriétaires pourront échanger leur pack usé contre un pack reconditionné à des tarifs avantageux : 650 000 yens (4 954 €) pour le pack de 24 kWh, 800 000 yens (6 091 €) pour 30 kWh et 820 000 yens (6 243 €) pour 40 kWh[168].

En Europe depuis 2006, la loi (Directive 2006/66/CE du Parlement Européen et du Conseil du 6 septembre 2006 relative aux piles et accumulateurs) impose aux sociétés automobiles de recycler au moins 50 % de la masse des batteries lithium-ion[167].

en France

Article détaillé : Voiture électrique en France#Fin de vie et recyclage.

Le bilan global

Produire un équipement nécessite des ressources et est source de pollution. Comparer divers systèmes requiert la prise en compte de la totalité du cycle : fabrication, utilisation et déconstruction/recyclage. Les batteries actuelles au lithium représentent une partie importante de l'énergie et des ressources requises pour la fabrication d'un véhicule électrique, qui augmentent son empreinte écologique initiale par rapport à celle d'un véhicule à moteur thermique.

C'est un point qui fait l'objet de nombreuses discussions et des méthodes d'analyse du cycle de vie (pas seulement pour les véhicules) se développent. La part 'énergie' requise pour la fabrication d'un objet est appelée énergie grise.

Une étude récente[169] sur les effets climatiques a été publiée (en version préliminaire, en anglais) par des chercheurs de l' université de Bruxelles - VUB, aussi membres du groupe 'MOBI'[170] et estime que, sur l'ensemble de son cycle de vie, les émissions de CO2 d'une voiture électrique sont, en moyenne européenne, inférieures de 55 % à celles d'un véhicule diesel. Ce ratio dépend beaucoup des sources de la production de l'électricité (voir les chapitres précédents) et de la durée de vie globale du véhicule. En Belgique, le gain d'émissions apporté par la voiture électrique est de 65 %, en France de 80 % et en Suède de 85 %[171]. Les effets sur le climat constituent la plus grande partie du bilan global, mais il existe d'autres ressources requises (eau) et pollutions liées à l'extraction du lithium, sans commune mesure avec celles liées à l'extraction du pétrole.

Politiques de soutien à la voiture électrique

De nombreux gouvernements ont adopté des politiques de soutien aux véhicules électriques :

Aide publique à la voiture électrique en 2016[172]
Pays Aide (€ par voiture)
Drapeau du Danemark Danemark 15 260
Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud 10 350
Drapeau de l'Irlande Irlande 10 000
Drapeau de la République populaire de Chine Chine 7 221
Drapeau de la France France 6 300[173]
Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni 6 022
Drapeau du Japon Japon 5 976
Drapeau des États-Unis États-Unis 5 512
Drapeau de l'Espagne Espagne 5 500
Drapeau de l'Allemagne Allemagne 4 000
Drapeau de l'Italie Italie 3 000
Drapeau du Portugal Portugal 519

Le Parlement européen a adopté à une large majorité le 3 octobre 2018 un objectif de réduction de 40 % d'ici 2030 des émissions de CO2 des véhicules neufs, bien au-dessus de l'objectif de 30 % avancé par la Commission européenne dans sa proposition initiale ; un objectif intermédiaire est fixé à 20 % en 2025. Il a également fixé des objectifs de 20 % de voitures à émission zéro dans les ventes d'ici 2025 et 35 % d'ici 2030, le tout assorti de pénalités financières. Une large majorité d'États membres, dont la France, s'est positionnée en faveur d'un objectif de moins 40 % d'émissions en 2030, mais l'Allemagne, après avoir déjà pesé sur la proposition initiale de la Commission, résiste, suivie par quelques pays de l'Est[174].

Le 9 octobre 2018, les ministres de l'Environnement européens ont adopté un compromis pour une baisse de 35 % des émissions CO2 des voitures neuves en 2030 par rapport aux niveaux de 2020, avec un seuil intermédiaire de -15 % en 2025 ; une majorité d'États membres (dont la France, l'Espagne, le Royaume-Uni, l'Italie) souhaitait le matin une réduction de 40 % ; la Suède, les Pays-Bas ou l'Irlande visaient même les 50 %, mais l'Allemagne, épaulée par la Slovaquie et la République tchèque, pays où l'industrie automobile pèse lourd, plaidaient pour -30 %. Le texte inclut cependant une clause de revoyure en 2023, ainsi qu'un quota de 35 % de voitures électriques ou hybrides rechargeables à horizon 2030[175].

Chine

En Chine, le gouvernement a supprimé la taxe à l'achat (10 % du prix de vente) pour les NEV (voitures électriques et hybrides rechargeables) en 2014 ; il maintient un bonus extrêmement élevé : 55 000 yuans, soit 7 600 , complété au niveau local par des aides supplémentaires, telles que la gratuité de la plaque dans les grandes villes alors que les immatriculations sont limitées pour les modèles thermiques. Objectif : 5 millions de « voitures propres » sur les routes en 2020. Les subventions sont réservées aux marques nationales, ce qui oblige les constructeurs étrangers à s'associer avec un constructeur local et intégrer leur technologie à des voitures qui ne porteront même pas leur marque : Renault va ainsi industrialiser sa Fluence sur place en 2017, sous la marque de son partenaire Dongfeng ; Daimler s'est associé à BYD, dont les voitures électriques se cachent sous la marque Denza ; la Leaf de Nissan est appelée Venucia[60].

Le gouvernement central a décidé fin 2016 de mettre progressivement fin à ses très généreuses subventions ainsi qu'à celles attribuées par les provinces. La subvention du gouvernement central a ainsi été réduite de 20 % (à 66 000 yuans maximum, soit 9 000 euros) dès janvier 2017, selon le « China Daily ». La subvention des autorités locales sera plafonnée à 50 % de celle offerte par le pouvoir central. L'étape ultime doit intervenir en 2020, avec la suppression totale des subventions. De plus, la liste de modèles éligibles aux subventions publiée par Pékin le ne comprend plus que 386 modèles contre 713 en 2016 ; les autorités ont détecté de nombreuses fraudes et s'inquiètent d'éventuelles surcapacités[176].

Le gouvernement envisage de remplacer son système de subventions par un système de quotas : son projet de loi notifié à l'OMC le 5 décembre prévoit l'obligation, pour tous les constructeurs produisant ou important plus de 50 000 véhicules par an, de produire au moins 8 % de NEV en 2018, puis 10 % en 2019 et 12 % en 2020. Les États-Unis et l'Union européenne ont demandé plusieurs aménagements, en particulier un calendrier plus réaliste, étant donné que la part de marché des NEV n'était que de 2 % en 2016, et une garantie d'égalité de traitement entre constructeurs nationaux et étrangers ; selon le quotidien Handelsblatt, la Chine pourrait assouplir sa position et peut-être décaler d'un an l'application des quotas de véhicules à énergie nouvelle[177].

Norvège

En Norvège, pays qui a totalisé 31 % des ventes de voitures électriques neuves en Europe pour toute l'année 2014, 18 % des nouvelles immatriculations de voitures individuelles depuis le début de l'année 2015 concernent des modèles électriques[178]. Les voitures électriques y sont quasiment exemptées de taxes (dont la TVA), elles peuvent circuler dans les couloirs de transport collectif, se garer gratuitement sur les parkings publics et s'y recharger sans frais, mais aussi franchir gratuitement les péages urbains[179].

Pays-Bas

L’objectif scellé dans l’accord de gouvernement prévoit l’interdiction de la vente de véhicules thermiques en 2030. L’équipement des parkings publics en bornes de recharge est stimulé ; les provinces et les municipalités participent activement à l’objectif en lançant des appels d’offres pour l’achat de bornes et en subventionnant leur placement ; une des mesures est particulièrement efficace : l’utilisateur d’une voiture électrique qui ne dispose pas chez lui d’une place de stationnement privée pour y charger sa voiture peut demander l’installation d’une borne publique à proximité de son domicile. 28 % des bornes de recharge publiques en Europe sont situées aux Pays-Bas, soit 32 875 au total. Il s’agit de loin du réseau le plus dense du continent et probablement du monde. Les fabricants et installateurs locaux de solutions de charge profitent largement de ces soutiens : les quatre sociétés néerlandaises spécialisées dans ce domaine (NewMotion, Allego, EV-Box et Fastned) figurent au top du palmarès des exploitants européens de bornes de recharge[180].

France

Article détaillé : Voiture électrique en France#Politique de soutien à la voiture électrique.

Royaume-Uni

Michael Gove, ministre britannique de l'Environnement, a annoncé en juillet 2017 que le Royaume-Uni prévoit d'interdire totalement la vente des nouveaux véhicules Diesel et essence à partir de 2040[181].

Une loi en cours d'adoption en octobre 2017 donne au gouvernement le pouvoir de rendre obligatoires les travaux d'installation de bornes de recharge dans toutes les stations-service du réseau autoroutier et dans les plus grosses stations du réseau routier, alors que le Royaume-Uni compte 11 500 points de recharge pour véhicules électriques contre 20 000 en France[182].

Japon

Au Japon, les mairies et préfecture financent jusqu’à 75 % des coûts d’installation de bornes destinées à la recharge publique, jusqu’à 50 % des coûts pour une borne privative; le Japon comptait déjà en octobre 2013 quelque 3 500 bornes de recharge « normale » et 1 800 stations rapides dans le domaine public[183].

Le gouvernement et les constructeurs automobiles japonais ont planifié de commun accord en juillet 2018 la fin des voitures thermiques en 2050 ; Toyota avait déjà annoncé cet objectif en 2017 pour ses voitures. Les véhicules utilitaires ne sont pas concernés[184].

États-Unis

Aux États-Unis, dès 2002, le président George W. Bush signe une loi de stimulation économique qui institue plusieurs crédits d'impôt, dont 150 millions de dollars pour les acquéreurs de véhicules électriques[185] ; le Plug-In Electric Drive Vehicle Credit (crédit d'impôt pour les véhicules électriques rechargeables), créé en 2008, va de 2 500 à 7 500 US$ selon la puissance de la batterie[186] ; certains États ont leurs propres programmes de soutien : en Californie, un crédit d'impôt pouvant atteindre 2 500 dollars, et en Géorgie 5 000 dollars ; de nombreux avantages s'y ajoutent localement : réductions sur la facture d'électricité pour recharge en heures creuses, places de parking gratuites, réductions sur les frais de carte grise, rabais sur les assurances, accès aux voies réservées au covoiturage, aides à l'installation de bornes de recharges ; certains États (comme le Texas et le Delaware) souhaitent utiliser la technologie plug-in comme moyen de stockage d'énergie : en période de forte demande, l'énergie stockée dans les batteries des voitures peut être transférée sur le réseau ; l'électricité est alors rachetée au prix de l'heure de pointe ; la Californie s'est fixé un objectif de 1,5 million de véhicules électriques d'ici 2025[187] ; les aides à l'achat d'un véhicule électrique peuvent aller jusqu'à 15 000 $ en Virginie-Occidentale, et les aides à l'installation de bornes de recharge jusqu'à 30 000 dollars[188] ; en Californie, le Global Warming Solutions Act, texte fondateur adopté par l’État en 2006, a fixé des objectifs de réduction des émissions pour les transports, qui ont depuis été durcis à deux reprises, portant l'objectif de réduction des émissions à 80 % d’ici à 2050 ; ce texte a relevé le prix de la vignette afin d’alimenter un fonds de développement des véhicules propres, qui dispose de plus d'un  milliard de dollars, et de financer un bonus allant jusqu’à 5 000 dollars pour ceux qui les achètent ; le fonds a financé la construction de 5 700 bornes de recharges électriques (en plus de celles de Tesla) ainsi qu’un réseau de stations d’hydrogène et de gaz naturel ; la Californie ne compte encore, à mi-2015, que 140 000 véhicules électriques sur un total de 24 millions de voitures, mais 40 % des véhicules électriques vendus aux États-Unis le sont en Californie[189].

Un sondage réalisé en mars 2018 par l’Association américaine des automobilistes (AAA) révèle que 20 % des automobilistes américains seraient prêts à acquérir une voiture électrique, soit 5 points de plus qu'en 2017. Pour les hybrides, la part est de 31 %[190].

Douze États américains de la côte Est (Connecticut, Delaware, Washington DC, Maine, Maryland, Massachusetts, New Hampshire, New Jersey, New York, Pennsylvanie , Rhode Island, Vermont et Virginie) ont conclu en mai 2018 un accord destiné à faciliter l’accès aux infrastructures de recharge pour les propriétaires de véhicules électriques ; l’accord conclu porte sur tous les types d’infrastructures et vise à mettre en œuvre une stratégie commune[191].

Citant l’exemple de la Californie dont le « Clean Air Act » fixe l'objectif que les véhicules zéro-émissions représentent 14,5 % des ventes à horizon 2025, General Motors appelle à l’application de quotas à l’échelle fédérale, avec une première étape à 7 % en 2021 qui augmenterait ensuite de 2 % chaque année pour atteindre 15 % d’ici 2025 et 25 % d’ici 2030, afin de mettre 7 millions de voitures électriques sur les routes américaines d’ici à 2030[192].

Inde

L'Inde s'est engagée en 2017 à interdire la vente de véhicules à moteur thermique en 2030[193].

Les prévisions publiques annoncent près de six millions de véhicules électriques sur les routes indiennes en 2020. Le gouvernement promet des avantages fiscaux et a lancé un appel d'offres pour renouveler sa propre flotte de véhicules et la convertir à l'électrique ; 10 000 véhicules sont commandés, dont 500 livrés à la fin de novembre 2017. Le principal bénéficiaire de la commande est Tata Motors, qui n'avait jusqu'alors pas produit une seule voiture électrique, mais s'est imposé grâce à un prix défiant toute concurrence. Tata Motors projette de sortir prochainement sa petite Nano en version électrique. Son concurrent Mahindra & Mahindra souhaite atteindre 5 000 véhicules par mois d'ici deux à trois ans. Maruti Suzuki India, le premier constructeur local, envisage de produire des voitures électriques dès 2020 avec la technologie de Toyota et investit dans une future usine de batteries de lithium-ion en partenariat avec les japonais Denso et Toshiba. En septembre 2017, Mahindra a mis sur le marché son e-Alfa Mini, un rickshaw électrique dont il compte produire mille exemplaires par mois dans son usine d'Haridwar. Selon Bloomberg New Energy Finance, l'Inde n'aurait que 350 points de recharge contre 215 000 en Chine[194].

Allemagne

En Allemagne, la politique de soutien était très timide avant 2016 : la chancelière Angela Merkel a certes fixé en 2009 l'objectif ambitieux d'un million de voitures électriques sur les routes en 2020, mais sans prendre de mesures concrètes pour atteindre cet objectif, hormis la gratuité de la vignette ; la coalition au pouvoir a d'ores et déjà exclu des aides financières, y compris un éventuel bonus pour les particuliers ; environ 16 900 véhicules électriques étaient en circulation au premier semestre 2014, selon le centre de recherche sur l'automobile de l'université de Duisbourg-Essen, soit quatre voitures électriques pour 10 000 véhicules classiques, contre dix en France ; une nouvelle loi a été annoncée début août 2014 pour donner un coup de pouce au secteur, en permettant aux communes d'ouvrir les voies de bus aux conducteurs de voitures électriques, de leur réserver des places de parking près des bornes de rechargement, ou de profiter d'un stationnement gratuit ; ces mesures sont jugées peu efficaces par l'Association de l'industrie automobile (VDA), selon qui seules des incitations fiscales pourront faire démarrer les ventes. Les constructeurs allemands proposent pourtant quelques modèles : Daimler a introduit tôt des Smart électriques, Volkswagen a récemment sorti la Mini Up et une version électrique de sa Golf, et BMW joue la carte haut de gamme avec son i3, en tête des ventes du segment au premier semestre 2014 ; mais l'Allemagne compte seulement 4 400 bornes de recharge, alors que la France espérait atteindre les 16 000 fin 2014[195].

Le , le gouvernement allemand a annoncé un plan d'1 milliard d'euros pour la promotion de la voiture électrique. celui-ci visait un million de véhicules sur les routes fin 2020 contre 50 000 fin 2015. Une prime de 4 000 euros doit être versée pour l'achat d'une voiture électrique et de 3 000 euros pour celui d'un véhicule hybride rechargeable. À partir de 2018, la prime sera revue à la baisse et le programme ne concernera pas les voitures dont le prix dépasse 60 000 euros. Le projet prévoit par ailleurs une enveloppe de 300 millions d'euros jusqu'en 2020 pour multiplier les bornes de recharge électrique, et de 100 millions d'euros d'avantages fiscaux. Enfin, le gouvernement s'engage à ce que 25 % de ses véhicules fonctionnent à l'électrique au lieu de 10 % précédemment[172].

Volkswagen annonce en novembre 2016 la création d'une usine pilote de cellules de batteries à Salzgitter[196] et s'engage à réaliser un quart de ses ventes avec des véhicules électriques à partir de 2025.

Le , le gouvernement annonce l'abandon de son objectif d'un million de véhicules électriques en circulation en 2020 ; leur nombre au n'était que de 34 000 (+33,4 % en un an) et celui des bornes de recharge de 7 400[197].

Israël

Le ministre de l’énergie israélien Yuval Steinitz annonce le 16 octobre 2018 que l'importation du diesel et de l'essence ne sera plus autorisée dès 2030. Les véhicules électriques et au gaz naturel bénéficieront d’une taxation « proche de zéro » pour les rendre abordables ; plus de 2000 nouvelles stations de recharge seront également financées via un appel d’offres de 25 million de shekels (près de 6 millions d’euros). L’État hébreu espère voir 177.000 voitures électriques sur ses routes d’ici 2025 et environ 1,5 million en 2030. Toutes les voitures neuves seront électriques. Les bus et camions seront électriques ou au gaz naturel[198].

Perspectives

Mary Barra, directrice générale de General Motors, s'engage en faveur de la mobilité électrique dans un article publié sur le net en mai 2018 : « Le changement climatique est réel. Nous reconnaissons que le secteur des transports y contribue pour une part importante et que nous devons faire partie de la solution ». Elle s'engage à réduire les émissions polluantes et à investir dans un avenir entièrement électrique. « Nous nous attendons à ce qu’au fil du temps, le prix des voitures électriques soit compétitif par rapport à celui des véhicules à combustion interne. D’ici là, nous supporterons et appuierons toutes les mesures de soutien qui convaincront davantage de consommateurs à opter pour les voitures électriques ». Elle promet que General Motors sera, au plus tard en 2021, le premier constructeur de voitures électriques à gagner de l’argent ; dès 2023, au moins 20 modèles de véhicules à batterie ou à hydrogène seront proposés dans le catalogue, et GM prévoit de vendre un million de voitures électriques par an dès 2026[199].

Tony Seba, professeur à l'université Stanford est convaincu qu'aucune voiture thermique ne se vendra plus en 2030. L'arrivée sur le marché de batteries de moins en moins chères et de plus en plus performantes est une première étape : alors qu'une batterie représente plus d'un tiers du prix final d'une voiture électrique, la bataille entre fabricants est lancée ; outre les industriels chinois et sud-coréens (Samsung SDI et LG Chem), le leader mondial Panasonic prévoit de doubler d'ici à trois ans la densité énergétique de ses batteries et donc d'améliorer grandement l'autonomie des voitures. Tony Seba prédit pour 2025 des voitures vendues à moins de 20 000  et capables de rouler plus de 300 kilomètres. Goldman Sachs prévoit qu'en 2025 la production européenne de moteurs pour voiture se répartira en 4,5 millions de moteurs électriques, 9,3 millions de moteurs Diesel et 9,9 millions de moteurs à essence[200].

Des voitures et des bus électriques sans batteries (OLEV, pour « OnLine electric vehicle ») ont été testés[201] en Corée en 2009. Leur moteur est alimenté par induction à partir d'une « voie magnétique » alimentée par un réseau de câbles enfouis à quelques centimètres sous la surface de la route. En juillet 2009, le prototype de bus fonctionnait à 60 % de la puissance initiale avec un écart à la ligne de 12 cm. Selon les auteurs de ce projet, il faudrait quand même l'équivalent de deux centrales nucléaires pour ainsi faire rouler 50 % de toutes les voitures de Corée (six millions de véhicules), ce qui permettrait d'économiser 35 millions de barils par an, soit près de trois milliards de dollars (au prix de 80 dollars le baril). Les routes et surface des bâtiments proches pourraient un jour produire de l'électricité photovoltaïque pour alimenter de tels systèmes.

L'ONG Transport et Environnement estimait en 2009 que les ventes de véhicules électriques ne devraient commencer à être notables que vers 2030 pour atteindre environ 25 % des véhicules neufs en 2050. Le problème principal restait le coût et les capacités des batteries qui grèvent la rentabilité des véhicules électriques par rapport aux technologies traditionnelles. L'association pointait aussi le problème de l'alimentation en électricité: en Europe un remplacement complet du parc par des véhicules électriques entrainerait un accroissement des besoins de 15 %. Faute d'investissement dans les énergies renouvelables, ce surplus risquait de provenir principalement du charbon et du nucléaire[202].

La guerre des normes et des architectures a commencé avec le déploiement à grande échelle de véhicules électriques et d'infrastructures de recharge au coin de la rue. 2012-2020 risque d'être une période cruciale pour l'élaboration de systèmes de transport plus propres et plus intelligents.

  • La norme CEI 61851-1 : « Les systèmes de charge conductive pour véhicules électriques », définit les modes de recharge.
  • La norme CEI 62196-2 : « Prises et socles de prises pour véhicules électriques à recharge conductive », garantit un maximum de sécurité pour les utilisateurs.
  • Et un standard est en cours d'écriture sur les modes de communication entre les véhicules et le réseau, qui pourrait avoir une grande importance si un « Internet de l'Énergie » était amené à se développer rapidement.

Fixer des normes d'infrastructures de recharge sûres et rentables : Schneider Electric, Legrand et Scame sont les membres fondateurs d'EV Plug Alliance, une association d'industriels dont la mission est de développer un label garantissant la conformité avec les prises et connecteurs de Type 3 du projet de norme CEI. L'objectif est d'assurer les normes de sécurité de l'équipement de recharge de l'ensemble des véhicules électriques à usage résidentiel ou commercial tout en optimisant les coûts[203].

Bibliographie

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Notes et références

Notes

  1. Des systèmes de recharges « rapides », permettant d'assurer un déplacement minimal, sont développés, mais accélèrent le vieillissement de la batterie.
  2. Dans ce cas, la puissance fournie est insuffisante pour un véhicule ordinaire : chaque mètre carré de panneau à l'orientation idéal en Europe du Nord ne fournit qu'environ 150 kWh par an, soit 0,5 kWh par jour, de quoi faire parcourir moins de 10 km à un véhicule type Citroën Saxo électrique (30 kWh au 100 km) en moyenne sur l'année.
  3. 45 euros par mois (calculé sur une durée de 36 mois et une distance forfaitaire de 7 500 km par an), pour une Renault Twizy
  4. Depuis 2009, les constructeurs présentent chacun leurs modèles de voitures électriques...
  5. SAVE = Seine Aval Véhicule Électrique
  6. Chiffres cités par M. Nicolas Le François, journaliste à L'Auto-Journal dans l'émission C Dans L'Air diffusée le vendredi 1er octobre 2010

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Voir aussi

Bibliographie

  • Christopher Schrader, « Les voitures électriques sont-elles écologiques ? », Pour la science, no 493,‎ , p. 62-70

Articles connexes

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Liens externes