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Arnaud MURIER Guillaume SCHWORER
Laura GOYETCHE Sylvain SEMOUX
Introduction
 Les ressources de pétrole s’épuisant, un autre mode de propulsion
automobile est à envisager
 Les voitures électriques se posent comme une alternative intéressante
sur le plan écologique, mais l’on ne voit souvent que leurs avantages…
 … par exemple, parmi les questions qu’elles soulèvent se pose celle des
stratégies de distribution d’énergie délicates à généraliser
 Une solution miracle?
2
Plan
 Contexte - Voitures électriques : Bilan
 Batteries
 Variété de choix
 Critères d'évaluation
 Batteries lithium-ion
 Etude de cas
 Conclusion
 Références
3
Contexte
Pourquoi la voiture électrique ? Quelle nécessité ?
 Point de vue environnemental :
 objectif de réduction des émissions de CO2, politique actuelle mondiale.
 Point de vue développement durable :
 problème de la disponibilité des ressources naturelles (pétrole : 40 ans)
 Point de vue de la société :
 urbanisation de la population toujours en hausse (plus de 50% en France)
 nouvelles attentes de la part des consommateurs (confort, coût,
performance)
4
Voitures électriques : bilan
 Dans le contexte présenté, l'utilisation des voitures électriques présente
des avantages certains :
 Pas de pollution gazeuse (émissions de CO2 nulles)
 Pas de nuisances sonores
 Problème d'accès et de disponibilité des ressources naturelles moins
important/immédiat.
 Mais aussi deux inconvénients majeurs :
1) Stockage de l'énergie :
la densité énergétiques des meilleures batteries est 10 fois moins importante
que l'essence/diesel :
 Surpoids important du véhicule
 Autonomie et donc recharge des batteries sont à prendre en compte
5
Voitures électriques : bilan
 Inconvénients (suite) :
2) Bilan environnemental complet
Si l'on prend en compte la production d'énergie primaire (électricité)
 dépend du pays (énergies fossiles, nucléaire, énergies renouvelables ?)
 Émissions de CO2 peuvent être similaires à celles des voitures essence/diesel
6
Bilan : Conclusion
"La voiture électrique n'est pas la solution miracle"
 Dans le contexte actuel, elle présente de réels avantages mais aussi des
inconvénients non négligeables.
 En France, le bilan environnemental des voitures électriques reste positif si
l’on prend en compte l’origine de la production d’électricité (80% nucléaire).
 Une analyse plus juste doit prendre en compte la production d'électricité comme
un mélange de toutes les sources existantes (énergies renouvelables comme
usines à charbon). Dans ce cas, on a le même bilan carbone pour voitures
électriques et essence/diesel.
 L'utilisation de voitures électriques présente le léger avantage de déplacer les
zones de production de CO2 en retrait des zones urbaines.
 Reste le problème du stockage de l’énergie que nous allons à présent
développer plus précisément…
7
Batteries: variété de choix
 Il existe de nombreuses technologies
 Le succès de la voiture électrique repose sur l’amélioration des batteries
8
Batteries: critères d’évaluation
 On compte plusieurs critères d’évaluation, qui définissent aussi les
défis technologiques.
Energie
massique
Wh/kg
Durée de vie en
cycles de
recharge
Temps de
recharge Recyclage
Prix
$/Wh
Plomb-acide 30/40 600-1200 12h oui 0.3
Nickel-cadnium 50/65 2000 2h oui 1
Nickel hydrure
métal 55/80 1500 4h oui 2
Lithium-polymère 150 500 4h À organiser 2->0.3
Lithium-ion 150 1000 4h À organiser 2>0.3
9
Batteries: lithium-ion
 Meilleur compromis actuel
 Bonne énergie massique
 30% plus petites et 50%plus légères que les batteries Ni Mh
 Prix en baisse (utilisation massive pour les téléphones portables)
 Pas de polluant, mais recyclage à organiser
 Problème d’auto inflammation
 De nombreuses chimies différentes, forte évolution
10
Etude de cas
 Dimensionnement du parc de station de rechange/recharge de batterie
pour une ville de 50.000 habitants:
France Ville
Habitants 64.000.000 50.000
Superficie (km²) 544.000 25
Densité 104 2.000
Nombre de foyers 25.000.000 19.500
dont foyers avec au
moins une voiture 22.000.000 17.500
Voitures totales 37.500.000 29.000
- toutes les voitures sont électriques
(batterie de type Li-ion:
autonomie moyenne 160 km,
durée de vie de 1000 charges* soit 155 000 km).
- la ville est propriétaire des batteries et propose
un service de rechargement aux conducteurs
sous forme d’abonnement.
- il existe 3 modes de ravitaillement de son
véhicule:
- via une station d'échange de batterie
- via une borne de recharge
- via une installation électrique chez soi
*: charge pleine (8h, 100% de la capacité) ou partielle (30 min, 80% de la capacité)
11
Etude de cas
 Estimation des besoins
 Moyenne nationale des déplacements : 40 km /véh/jour
Dans une telle ville: 15 km/véh/jour (utilisation de moyens de transport urbains)
 Les recharges devront donc s'effectuer tous les 10,5 jours
 Km parcourus dans cette ville: 29.000*15 = 435.000 km/jour
 Si l’on estime que les clients rechargent alors qu’il leur reste 10km d’autonomie:
435.000 /150 = 2.900 batteries à charger /jour
 Dimensionnement du parc de batteries de rechange:
minimum 4 batteries pour 3 voitures, donc 240 batteries en stock pour la ville
 En prenant un coefficient de sécurité , on arrive à 400 batteries en stock
On estime que 85% chargent la nuit: 2465 batteries/jour
12
 Si on pose que:
 1 : 40% rechargent chez eux (soient 7000 foyers) : 1160 batteries/jour
 2 : 35% rechargent en station : 1020 batteries/j
 3 : 25% échangent leur batterie : 720 batteries/j
 850 bornes de recharge, regroupées par groupe de 5 bornes en moyenne (170
groupes) – réutilisation de places de parking actuelles et installation de « prises »
à proximité
 2 stations de rechange stockant chacune 200 batteries:
 Changement d’une batterie en 1 min+2 min pour mise en place+paiement
 3min de cycle de changement par voiture
 5 emplacements où changer les batteries.
 Flux de 100 voitures par heure (200 voitures par heure sur la ville)
Etude de cas
13
 Estimation des coûts:
 Coût d’une station de rechange : 1 250 000€ par station
 Coût d’un groupe de 5 bornes de recharge : (9 000 + 3 000*5) = 24 000 € par groupe
 Coût d’une installation personnalisée : (1 250 + 2 250) 5 000 € par foyer
 Prix d’une batterie:
 Densité énergétique moyenne d’une batterie Li-ion: 100 Wh/kg
 Prix moyen actuel d’une batterie Li-ion 0.3 $/Wh (plus pour les plus performantes)
 On estime un prix de 0.1 $/Wh dans le cas d’une commercialisation grande échelle
 Pour une batterie de masse de 350 kg, de densité 120 Wh/kg (top actuel: Tesla/Protoscar)
 ~40 kWh pour une batterie, donc 3600 € par batterie à l’achat
 Prix de l’électricité:
 Heures pleines TTC: 0,115 euro/kWh, soit 4,6 € la recharge
 Heures creuses TTC : 0,073 euro/kWh, soit 2,9 € la recharge
 (365,25/12)/ 10,5 = 2,9 recharges par mois, dont 85% la nuit
Etude de cas
12 € de
recharge/mois
14
 Coûts fixes :
 stations de rechange + bornes de recharge + batteries = 113 140 000 €
 Coûts variables, par mois = 650000 €
 remplacement des batteries + recyclage = 400 000 €
 prix de l’électricité pour recharge = 200 000 €
 prix de fonctionnement (salaires: 10 salariés pour les stations de rechange et 15
employés de maintenance des groupes de recharge) = 50 000 €
 Par conséquent, si :
 un abonnement = 50 € /mois
(pour les 10 500 foyers sans installation privée)
 12 € la recharge
 15 € la rechange
Etude de cas
1 230 000 € soit 16 ans
pour que la municipalité ait
remboursé sont investissement
Prix/an, € 5 000 km 10 000 km 15 000 km
Abonné 1 010 1 430 1 840
Non abonné 100 200 300
15
 L’abonné payera plus cher, cependant le non abonné a un investissement initial
conséquent et doit avoir une maison disposant d’un garage
 Pour pouvoir approvisionner correctement la ville, il faut disposer de la
puissance électrique suffisante, ce qui est possible seulement si des économies
importantes sont réalisées. Le prix de l’électricité sera-t-il le même ?
 Gestion dynamique du réseau de distribution de l’électricité à mettre en place
(c’est déjà le cas en Suède, arrivée progressive en France avec les « compteurs
intelligents »).
 Gestion dynamique du parc de batteries dans les bornes/stations (à la manière
des Vélo’V) et éventuellement dans les voitures pour tenter de réguler au
maximum les pics de rechargements
Etude de cas: conclusion
16
 La voiture électrique présente des avantages environnementaux non-
négligeables mais à nuancer .
 Un des freins à son succès est le problème du stockage d’énergie.
 Les technologies de batteries ne cessent d’évoluer, les batteries lithium-ion
vont certainement balayer toutes les technologies actuelles. Cependant les
performances sont toujours loin des carburants pétroliers.
 La généralisation des voitures électriques ne peut être envisagée sans création
d’un réseau de distribution d’énergie, ou de parc de batteries. Cela nécessite des
investissements importants qui doivent être optimisés grâce à des études et des
accords entre les constructeurs.
Conclusion
17
Merci de votre attention
18
Références
 http://www.edf-bleuciel.fr
 http://www.sibelga.be/attachments_Fr/E-FR-2010-Tarifs-Raccordement.pdf
 http://www.edf-bleuciel.fr/accueil/j-ai-besoin-d-energies/electricite/les-tarifs-
electricite-141626.html
 http://www.ccfa.fr/statistiques/faits-et-chiffres/en-france/usage-de-l-
automobile/circulation-routiere-2007.html
 http://www.mdi.lu/telechargements.php
 http://www.insee.fr/
 http://energie.lexpansion.com/transports/voiture-electrique-changer-ou-
charger-la-batterie-_a-40-1300.html
 http://www.ddmagazine.com/731-Voiture-electrique-combien-de-CO2.html
19

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  • 1. Arnaud MURIER Guillaume SCHWORER Laura GOYETCHE Sylvain SEMOUX
  • 2. Introduction  Les ressources de pétrole s’épuisant, un autre mode de propulsion automobile est à envisager  Les voitures électriques se posent comme une alternative intéressante sur le plan écologique, mais l’on ne voit souvent que leurs avantages…  … par exemple, parmi les questions qu’elles soulèvent se pose celle des stratégies de distribution d’énergie délicates à généraliser  Une solution miracle? 2
  • 3. Plan  Contexte - Voitures électriques : Bilan  Batteries  Variété de choix  Critères d'évaluation  Batteries lithium-ion  Etude de cas  Conclusion  Références 3
  • 4. Contexte Pourquoi la voiture électrique ? Quelle nécessité ?  Point de vue environnemental :  objectif de réduction des émissions de CO2, politique actuelle mondiale.  Point de vue développement durable :  problème de la disponibilité des ressources naturelles (pétrole : 40 ans)  Point de vue de la société :  urbanisation de la population toujours en hausse (plus de 50% en France)  nouvelles attentes de la part des consommateurs (confort, coût, performance) 4
  • 5. Voitures électriques : bilan  Dans le contexte présenté, l'utilisation des voitures électriques présente des avantages certains :  Pas de pollution gazeuse (émissions de CO2 nulles)  Pas de nuisances sonores  Problème d'accès et de disponibilité des ressources naturelles moins important/immédiat.  Mais aussi deux inconvénients majeurs : 1) Stockage de l'énergie : la densité énergétiques des meilleures batteries est 10 fois moins importante que l'essence/diesel :  Surpoids important du véhicule  Autonomie et donc recharge des batteries sont à prendre en compte 5
  • 6. Voitures électriques : bilan  Inconvénients (suite) : 2) Bilan environnemental complet Si l'on prend en compte la production d'énergie primaire (électricité)  dépend du pays (énergies fossiles, nucléaire, énergies renouvelables ?)  Émissions de CO2 peuvent être similaires à celles des voitures essence/diesel 6
  • 7. Bilan : Conclusion "La voiture électrique n'est pas la solution miracle"  Dans le contexte actuel, elle présente de réels avantages mais aussi des inconvénients non négligeables.  En France, le bilan environnemental des voitures électriques reste positif si l’on prend en compte l’origine de la production d’électricité (80% nucléaire).  Une analyse plus juste doit prendre en compte la production d'électricité comme un mélange de toutes les sources existantes (énergies renouvelables comme usines à charbon). Dans ce cas, on a le même bilan carbone pour voitures électriques et essence/diesel.  L'utilisation de voitures électriques présente le léger avantage de déplacer les zones de production de CO2 en retrait des zones urbaines.  Reste le problème du stockage de l’énergie que nous allons à présent développer plus précisément… 7
  • 8. Batteries: variété de choix  Il existe de nombreuses technologies  Le succès de la voiture électrique repose sur l’amélioration des batteries 8
  • 9. Batteries: critères d’évaluation  On compte plusieurs critères d’évaluation, qui définissent aussi les défis technologiques. Energie massique Wh/kg Durée de vie en cycles de recharge Temps de recharge Recyclage Prix $/Wh Plomb-acide 30/40 600-1200 12h oui 0.3 Nickel-cadnium 50/65 2000 2h oui 1 Nickel hydrure métal 55/80 1500 4h oui 2 Lithium-polymère 150 500 4h À organiser 2->0.3 Lithium-ion 150 1000 4h À organiser 2>0.3 9
  • 10. Batteries: lithium-ion  Meilleur compromis actuel  Bonne énergie massique  30% plus petites et 50%plus légères que les batteries Ni Mh  Prix en baisse (utilisation massive pour les téléphones portables)  Pas de polluant, mais recyclage à organiser  Problème d’auto inflammation  De nombreuses chimies différentes, forte évolution 10
  • 11. Etude de cas  Dimensionnement du parc de station de rechange/recharge de batterie pour une ville de 50.000 habitants: France Ville Habitants 64.000.000 50.000 Superficie (km²) 544.000 25 Densité 104 2.000 Nombre de foyers 25.000.000 19.500 dont foyers avec au moins une voiture 22.000.000 17.500 Voitures totales 37.500.000 29.000 - toutes les voitures sont électriques (batterie de type Li-ion: autonomie moyenne 160 km, durée de vie de 1000 charges* soit 155 000 km). - la ville est propriétaire des batteries et propose un service de rechargement aux conducteurs sous forme d’abonnement. - il existe 3 modes de ravitaillement de son véhicule: - via une station d'échange de batterie - via une borne de recharge - via une installation électrique chez soi *: charge pleine (8h, 100% de la capacité) ou partielle (30 min, 80% de la capacité) 11
  • 12. Etude de cas  Estimation des besoins  Moyenne nationale des déplacements : 40 km /véh/jour Dans une telle ville: 15 km/véh/jour (utilisation de moyens de transport urbains)  Les recharges devront donc s'effectuer tous les 10,5 jours  Km parcourus dans cette ville: 29.000*15 = 435.000 km/jour  Si l’on estime que les clients rechargent alors qu’il leur reste 10km d’autonomie: 435.000 /150 = 2.900 batteries à charger /jour  Dimensionnement du parc de batteries de rechange: minimum 4 batteries pour 3 voitures, donc 240 batteries en stock pour la ville  En prenant un coefficient de sécurité , on arrive à 400 batteries en stock On estime que 85% chargent la nuit: 2465 batteries/jour 12
  • 13.  Si on pose que:  1 : 40% rechargent chez eux (soient 7000 foyers) : 1160 batteries/jour  2 : 35% rechargent en station : 1020 batteries/j  3 : 25% échangent leur batterie : 720 batteries/j  850 bornes de recharge, regroupées par groupe de 5 bornes en moyenne (170 groupes) – réutilisation de places de parking actuelles et installation de « prises » à proximité  2 stations de rechange stockant chacune 200 batteries:  Changement d’une batterie en 1 min+2 min pour mise en place+paiement  3min de cycle de changement par voiture  5 emplacements où changer les batteries.  Flux de 100 voitures par heure (200 voitures par heure sur la ville) Etude de cas 13
  • 14.  Estimation des coûts:  Coût d’une station de rechange : 1 250 000€ par station  Coût d’un groupe de 5 bornes de recharge : (9 000 + 3 000*5) = 24 000 € par groupe  Coût d’une installation personnalisée : (1 250 + 2 250) 5 000 € par foyer  Prix d’une batterie:  Densité énergétique moyenne d’une batterie Li-ion: 100 Wh/kg  Prix moyen actuel d’une batterie Li-ion 0.3 $/Wh (plus pour les plus performantes)  On estime un prix de 0.1 $/Wh dans le cas d’une commercialisation grande échelle  Pour une batterie de masse de 350 kg, de densité 120 Wh/kg (top actuel: Tesla/Protoscar)  ~40 kWh pour une batterie, donc 3600 € par batterie à l’achat  Prix de l’électricité:  Heures pleines TTC: 0,115 euro/kWh, soit 4,6 € la recharge  Heures creuses TTC : 0,073 euro/kWh, soit 2,9 € la recharge  (365,25/12)/ 10,5 = 2,9 recharges par mois, dont 85% la nuit Etude de cas 12 € de recharge/mois 14
  • 15.  Coûts fixes :  stations de rechange + bornes de recharge + batteries = 113 140 000 €  Coûts variables, par mois = 650000 €  remplacement des batteries + recyclage = 400 000 €  prix de l’électricité pour recharge = 200 000 €  prix de fonctionnement (salaires: 10 salariés pour les stations de rechange et 15 employés de maintenance des groupes de recharge) = 50 000 €  Par conséquent, si :  un abonnement = 50 € /mois (pour les 10 500 foyers sans installation privée)  12 € la recharge  15 € la rechange Etude de cas 1 230 000 € soit 16 ans pour que la municipalité ait remboursé sont investissement Prix/an, € 5 000 km 10 000 km 15 000 km Abonné 1 010 1 430 1 840 Non abonné 100 200 300 15
  • 16.  L’abonné payera plus cher, cependant le non abonné a un investissement initial conséquent et doit avoir une maison disposant d’un garage  Pour pouvoir approvisionner correctement la ville, il faut disposer de la puissance électrique suffisante, ce qui est possible seulement si des économies importantes sont réalisées. Le prix de l’électricité sera-t-il le même ?  Gestion dynamique du réseau de distribution de l’électricité à mettre en place (c’est déjà le cas en Suède, arrivée progressive en France avec les « compteurs intelligents »).  Gestion dynamique du parc de batteries dans les bornes/stations (à la manière des Vélo’V) et éventuellement dans les voitures pour tenter de réguler au maximum les pics de rechargements Etude de cas: conclusion 16
  • 17.  La voiture électrique présente des avantages environnementaux non- négligeables mais à nuancer .  Un des freins à son succès est le problème du stockage d’énergie.  Les technologies de batteries ne cessent d’évoluer, les batteries lithium-ion vont certainement balayer toutes les technologies actuelles. Cependant les performances sont toujours loin des carburants pétroliers.  La généralisation des voitures électriques ne peut être envisagée sans création d’un réseau de distribution d’énergie, ou de parc de batteries. Cela nécessite des investissements importants qui doivent être optimisés grâce à des études et des accords entre les constructeurs. Conclusion 17
  • 18. Merci de votre attention 18
  • 19. Références  http://www.edf-bleuciel.fr  http://www.sibelga.be/attachments_Fr/E-FR-2010-Tarifs-Raccordement.pdf  http://www.edf-bleuciel.fr/accueil/j-ai-besoin-d-energies/electricite/les-tarifs- electricite-141626.html  http://www.ccfa.fr/statistiques/faits-et-chiffres/en-france/usage-de-l- automobile/circulation-routiere-2007.html  http://www.mdi.lu/telechargements.php  http://www.insee.fr/  http://energie.lexpansion.com/transports/voiture-electrique-changer-ou- charger-la-batterie-_a-40-1300.html  http://www.ddmagazine.com/731-Voiture-electrique-combien-de-CO2.html 19