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Vinod Khosla, patron fondateur de Khosla Ventures, star de la Silicon Valley pour avoir fondé Sun Microsystems, devrait être un enthousiaste des batteries lithium-ion sur lesquelles parient quasiment tous les constructeurs auto pour leurs futures modèles électriques.

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Vinod Khosla

Pourtant, il n'y croit toujours pas. Pour lui (et d'ailleurs pour beaucoup d'autres personnes versées dans le domaine des batteries), elles sont beaucoup trop chères pour pouvoir propulser des voitures. Et elle le resteront probablement toujours.

« Les batteries au lithium-ion sont surcotées et pourraient bien être remplacées », a-t-il déclaré lors du sommet "AlwaysOn » à Stanford, dans des propos rapportés par le site earth2tech.

En fait, il n'y a jamais cru. Vinod Khosla est depuis toujours extrêmement sceptique sur les voitures tout électriques, qu'il avait qualifiées de « jouets » il n'y a pas si longtemps, en 2007, notamment à cause de la difficulté de résoudre l'équation de batteries suffisamment puissantes mais aussi économiquement abordables. Il trouve aussi que de telles voitures n'aident guère à combattre le réchauffement climatique.

Certes, les éternels optimistes verts considèrent que les choses ont beaucoup changé en 10 ans pour ce qui concerne les batteries. En réalité, leurs performances ont en gros été multipliées par 2. Khosla a bien investi quelques millions de dollars dans deux start-up américaines de batteries lithium-ion : 2 millions dans la start-up Sakti3, devenue partenaire de General Motors, et 1 million dans Seeo, qui dit fabriquer des batteries lithium-ion plus stables.

Mais ce n'est qu'un manœuvre opportuniste, « parce qu'il y a un marché pour l'instant », reconnaît-il. Car sur le fond, Vinod Khosla reste négatif.  "Le principal est de se souvenir de la loi économique de la gravité : le produit le moins cher gagnera au final. Je ne peux pas imaginer que les batteries lithium-ion pourront propulser les voitures propres dans un proche avenir"

Et de fait, seul celui qui n'a jamais pesté contre la batterie de son téléphone portable sans cesse déchargée (et sans cesse en charge) peut prétendre que le système est vraiment au point : la densité énergétique de ce type de "réservoir d'électricité" reste ridiculement faible si on la compare à celle de n'importe quel carburant liquide. 

Il est d'ailleurs très curieux que le problème des batteries qui est la vraie et seule clé de la voiture électrique n'ait jamais fait l'objet d'une véritable réflexion théorique. Et les efforts des constructeurs de voitures en faveur de la voiture électrique ressemblent un peu à la recherche d'une clé sous un réverbère éclairé bien que celle-ci ait été perdue ailleurs. Il parait évident que sans batterie autonome, puissante et bon marché, tous les efforts du monde pour améliorer et rendre plus agréable cette voiture électrique sont parfaitement vains, et sont l'exemple même du greenwhashing. Et les constructeurs de voitures ne sont probablement pas les bonnes personnes pour améliorer les batteries.

Mais, direz-vous, le Président Obama a mis sur la table les milliards de dollars nécessaires pour aider la recherche à résoudre ces problèmes, et les USA devraient bientôt pouvoir créer des millions d'emplois autour ce ces nouvelles technologies.

Voire. Ayant pratiqué la recherche pendant de nombreuses années, je peux affirmer qu'il ne suffit pas de mettre de l'argent pour trouver. Il y a des problèmes insolubles, et qui le resteront même avec des milliards de dollars à la clé. Et malheureusement, le problème de la capacité des batteries lithium-ion semble bien faire partie de cette catégorie.

Une simple remarque : les voitures actuelles sont toujours équipées de cette fameuse batterie au plomb, inventée en 1859 par Gaston Planté, et qui n'a connu que des perfectionnement mineurs depuis son invention. Si la batterie lithium-ion présentait un avantage quelconque, elle sortirait probablement des téléphones portables où elle se cantonne, et viendrait remplacer la batterie au plomb des voitures classiques.

Pour comparer les différents produits source d'énergie (électrique ou thermique) entre eux, et mesurer le chemin à parcourir pour passer de l'un à l'autre si on veut effectuer une substitution on peut utiliser leur densité énergétique (en masse ou en volume) de ces produits. La densité énergétique d'un produit, c'est la quantité d'énergie que l'on peut récupérer à partir du produit par des moyens existants.

Examinons les chiffres suivants :

Vecteur énergétique 
densité énergétique 
massique (MJ/kg)
densité énergétique
volumique (MJ/l)
 

Essence

Gaz naturel

Batterie au plomb

Batterie lithium-ion 

46,6

44

0,108

0,63 

33,4

(liquéfié) 27,2

0,1

1,4 

 

La densité énergétique massique de l'essence est de 46,6 MJ/kg : cela signifie que'en brûlant 1 kg d'essence, on peut récupérer 46,6 mégajoules.

On remarque que la densité énergétique massique d'une batterie lithium-ion (0,63 ) est  donc 6 fois plus grande que celle d'une batterie au plomb. Ce qui signifie aussi qu'une batterie lithium-ion chargée sera capable de renfermer la même quantité d'énergie électrique qu'une batterie au plomb chargé, d'un poids 6 fois plus grand.

Mais si on la compare à la densité énergétique massique de l'essence, (46,6) on voit qu'une batterie lithium-ion de 1 kg (chargée)  renferme la même quantité d'énergie que 1000 x 0,63/46,6 =13,5 g d'essence. 

Ce chiffre parle de lui-même : 1000 g de batterie Li-ion sont équivalents à 13,5 g d'essence.

Pour avoir la même puissance et la même autonomie qu'une voiture comportant un réservoir de 50 kg de carburant, une voiture électrique devra avoir une batterie pesant 50 x 1000 / 13,5 = 3 703 kg... (3,7 tonnes !!!).

En réalité, le rendement d'un moteur électrique + la recharge de la batterie est de 80 % environ alors que celui de la voiture n'est que de 30 %, ce qui ramène le poids de la batterie équivalente à la valeur tout de même coquette de 3 703 x 0,3 / 0,8 = 1  389 kg... (1,3 tonnes tout de même!!!).

Certains dirons qu'on peut améliorer encore la densité énergétique massique de la batterie Li-ion. C'est vrai, mais la multiplier par 28 me paraît vraiment complètement illusoire. Surtout que les constructeurs n'ont pas dit leur dernier mot, et que le rendement du moteur thermique peut certainement être nettement amélioré lui aussi. Et surtout aussi que la batterie Li-ion ne pourra pas supporter un nombre de charges/décharges infini, ce qui fait qu'il faudra finalement plusieurs batteries durant la vie de la voiture électrique.

Autant dire que ce type de véhicule est actuellement hors course et le restera très probablement. Seuls quelques originaux fortunés à fibre verte l'achèteront (fort cher). Les milliards dépensés pour son amélioration sont perdus d'avance. Et les millions d'emplois correspondant deviendront autant de chômeurs.

La voiture électrique est un bon exemple du produit écologique de substitution : c'est plus cher et ça marche moins bien...

Août 2012