Voiture électrique : comment ça marche ?

Face à l’épuisement des ressources pétrolières et au réchauffement climatique, la voiture électrique est la principale solution alternative réaliste. De nombreux modèles sont déjà proposés par les constructeurs pour réduire les émissions de gaz carbonique (CO2) liées au secteur du transport. La conception de ce mode de propulsion plus écologique se base sur l’association de plusieurs technologies : batterie et moteur électrique, onduleur, ainsi que boîtier d’interconnexion. La mobilité électrique se base surtout sur les moyens de stockage du courant. Pour repousser les limites de l’autonomie des modèles actuels, la technologie des piles à combustible est également à l’étude.

Définition et principes généraux de la voiture électrique

Un véhicule électrique utilise uniquement l’énergie électrique pour fonctionner. En effet, ici, c’est le courant qui remplace le carburant. Cette énergie est stockée à l’aide d’une batterie et est transformée en énergie mécanique par un électromoteur. Ce dernier entraîne directement les roues et permet ainsi de profiter d’un système moins complexe qu’une transmission mécanique. Par ailleurs, ce type de propulsion n’engendre quasiment aucune perte énergétique. 

La constitution d’une voiture électrique est aussi bien plus simple que celle d’un véhicule thermique. Sa taille et son poids sont ainsi bien plus réduits et permettent d’atteindre de meilleures performances générales. Néanmoins, au fil des déplacements, la batterie va peu à peu se vider, d’où la nécessité de la recharger. Pour ce faire, elle peut être branchée sur une prise électrique. Des bornes de rechargement domestiques et bornes publiques sont actuellement disponibles en fonction des besoins. Actuellement, les limites d’autonomie des voitures électriques constituent le principal obstacle de leur vulgarisation. Les progrès en matière de stockage de courant sont néanmoins en marche et repoussent régulièrement les limites de la mobilité électrique.

Les principaux composants d’une propulsion électrique

Le système de propulsion d’une voiture électrique se compose de plusieurs dispositifs pour pouvoir exploiter le courant. L’objectif est de transmettre un couple suffisant aux roues pour faire avancer le véhicule. Sa vitesse doit également pouvoir être dosée en fonction de l’appui sur la pédale d’accélération. Par ailleurs, la technologie de recharge électrique se compose aussi de plusieurs éléments.

La batterie, l’équipement qui garantit l’autonomie de votre véhicule

Cette source de courant est actuellement la principale technologie exploitée pour assurer une propulsion exclusivement électrique. En effet, la batterie permet de produire la quantité d’énergie suffisante pour faire avancer la voiture électrique. De plus, c’est également le moyen qui est actuellement le plus facile et le plus sécurisé pour stocker le courant. Utilisant les principes de l’oxydoréduction, la batterie permet d’emmagasiner de l’électricité sous forme d’énergie chimique. Son modèle le plus simple se compose de deux plaques métalliques, nommées cathode et anode, qui sont immergées dans un liquide appelé électrolyte. Cet ensemble est plus communément connu sous le nom de cellule galvanique. Une batterie pour véhicule électrique doit contenir des milliers de cellules galvaniques, d’où son poids élevé. Néanmoins, elle peut facilement être rechargée en y diffusant un flux d’électrons, via une autre source d’énergie électrique : prise murale, générateur, etc. Il est également possible de l’alléger en choisissant des métaux qui ont une forte capacité de stockage électrique par unité de poids. 

Actuellement, c’est le lithium qui propose les meilleures caractéristiques électrochimiques recherchées. Les batteries actuelles proposent une autonomie moyenne de 150 km et délivrent une tension entre 100 et 400 Volts. Cela dépend néanmoins des conditions de conduite. Il est difficile de repousser ces limites à cause du poids et de l’encombrement des batteries actuelles. Par ailleurs, pour les recharger sur une prise classique, il faut compter entre 6 et 8 heures. Des bornes dédiées permettent également de recharger une batterie à 80 % de sa capacité en seulement 30 minutes.

Le moteur électrique, un dispositif qui fonctionne exclusivement avec du courant électrique 

Permettant de produire une puissance de 15 jusqu’à 100 KW, il se compose d’une partie fixe appelée stator qui entoure un élément tournant nommé rotor. Ce dernier est constitué de rouleaux de fil spécialement recouvert d’une couche d’isolant pour obtenir des bobines. Le stator a pour rôle de créer un champ magnétique. Le rotor est solidaire de l’axe central portant les roues, lesquelles sont ainsi entraînées dans le même mouvement de rotation. 

Pour faire avancer la voiture électrique, il suffit ainsi d’acheminer le courant de la batterie vers son moteur. Par rapport à un moteur thermique, ce dernier se distingue surtout par son efficacité. En effet, durant la combustion de l’essence, seulement 40 % de l’énergie est transformée en énergie mécanique, tandis que le reste se perd sous forme de chaleur. Dans un moteur électrique, plus de 95 % du courant délivré par la batterie est utilisé et est disponible dès le moindre appui sur la pédale d’accélération. 

Par ailleurs, moins soumis à la chaleur et comportant moins d’éléments mobiles qu’un système à combustion, un moteur électrique s’use moins et profite ainsi d’une plus grande longévité. A cela s’ajoutent également l’absence de vibrations et son fonctionnement très silencieux pour un meilleur confort de conduite. Un véhicule électrique peut avoir un ou plusieurs moteurs électriques installés en parallèle ou en série.

Des voitures sans embrayage

Comme le couple du moteur électrique est directement asservi par le courant de la batterie, une transmission mécanique n’est plus nécessaire. Un véhicule électrique ne dispose donc pas d’embrayage et cela permet aussi de libérer le conducteur du fameux passage des vitesses. 

L’onduleur ou contrôleur électronique

Le contrôleur électronique, également appelé onduleur ou convertisseur-onduleur, a pour rôle de piloter le moteur en fonction de la position de la pédale d’accélération et de freinage. Ainsi, il gère la distribution du courant qui provient de la batterie. Il existe deux types de contrôleurs électroniques : celui à courant alternatif (CA) et le modèle à courant continu (CC). Ce dernier a également pour rôle de transformer le courant continu de la batterie en courant alternatif dans le cas des véhicules électriques disposant d’un moteur CA. 

Le chargeur, un équipement indispensable pour recharger la batterie en courant continu 

Le courant du réseau, qui est distribué via les prises murales et les bornes de recharge, est de type alternatif. Le chargeur a ainsi pour rôle de convertir le courant pour que celui-ci puisse être stocké. Ce dispositif est généralement intégré au véhicule, car il doit être totalement conforme aux caractéristiques de la batterie. Il est aussi équipé d’un dispositif de sécurité de charge et de capteurs de température pour prévenir un éventuel emballement thermique de la batterie. 

Le boîtier d’interconnexion

Le dispositif de recharge se branche sur le port de charge qui équipe tous les véhicules électriques. Il se décline en trois principaux modèles en fonction du type de connexion :

  • La fiche électrique standard : Compatible avec une rallonge classique, elle permet de charger la batterie sur une borne 120 ou 240 Volts, sous une intensité de charge de 15 jusqu’à 50 Ampères. Ce modèle est très répandu.
  • Le conducteur inductif AVCON : C’est le modèle le plus utilisé. Il ressemble au précédent modèle, mais il dispose en outre d’un boîtier de sécurité. Ce dernier a pour rôle d’assurer l’absence d’éventuelles anomalies avant d’envoyer du courant dans le câble.
  • La palette inductive : Ce dispositif utilise un champ magnétique pour recharger la batterie. Aucun contact n’est donc requis.

Les différents types de véhicules électriques

Pour solutionner l’insuffisance d’autonomie des véhicules électriques, d’autres possibilités sont envisagées pour remplacer la batterie :

Les voitures à piles à combustible 

Elle permet de générer du courant électrique en exploitant en continu l’énergie d’une réaction chimique. Sachez que la pile à combustible utilise l’hydrogène qui, en se combinant avec l’oxygène de l’air, va produire de l’électricité par oxydation. Cette source d’énergie ne rejette que de la vapeur d’eau et un peu de chaleur. Pour exploiter ce phénomène, il est nécessaire d’équiper la voiture d’un réservoir pour y stocker l’hydrogène liquide. Ce processus coûteux et encore mal maîtrisé est en cours de développement pour permettre son application dans les voitures électriques. 

Rouler aux énergies renouvelables

L’énergie solaire est également l’une des principales alternatives pour pallier les limites des batteries actuelles. En théorie, des panneaux solaires peuvent fournir l’électricité nécessaire au fonctionnement d’un moteur électrique. Cela se heurte néanmoins à une certaine difficulté de mise en œuvre à cause de la technologie actuelle. En effet, pour fournir la puissance nécessaire au moteur, une large surface de panneaux solaires sera nécessaire.

Combinaisons technologiques possibles

Une pile à combustible peut servir à alimenter un moteur électrique. A cause de son instabilité actuelle, elle ne peut néanmoins être proposée que sous la forme de mini-pile. Cette dernière est cependant suffisante pour recharger la batterie. Comme dans le cas de la Nissan Leaf, des panneaux solaires peuvent être installés sur la carrosserie des voitures électriques pour fournir une possibilité de recharge supplémentaire. Les modules photovoltaïques peuvent également fournir l’électricité nécessaire au fonctionnement de certains équipements, comme les sièges chauffants ou l’air conditionné. Il est également possible d’utiliser l’énergie électrique provenant des panneaux solaires pour produire l’hydrogène nécessaire au fonctionnement des piles à combustible. Ainsi, ces technologies sont encore en développement et de nombreuses recherches sont en cours. Pour l’heure, elles peuvent surtout être utilisées comme prolongateurs d’autonomie de la voiture électrique.

Les voitures électriques vues comme les automobiles du futur

La voiture électrique profite d’une grande simplicité de fonctionnement. Sa vulgarisation et la baisse de son prix d’acquisition dépendent essentiellement de la demande en termes de consommation. En effet, ce n’est pas le coût des matières premières ni les chaînes de production et des recherches qui freinent encore cette technologie. Dans le cas d’une forte demande, la production en série va permettre aux constructeurs d’amortir leurs investissements. Le public commence néanmoins à s’intéresser aux avantages écologiques et financiers de la mobilité électrique. Ainsi, il est fort à parier que plus de véhicules électriques vont circuler sur les routes d’ici quelques années. De plus, ce type de véhicule constitue également la principale plateforme de développement des voitures autonomes, que de nombreux experts voient comme les automobiles du futur.