Et si l'avenir des voitures électriques était entre les mains des scientifiques ?

Une majorité d’industriels et de chercheurs s’accordent à dire que la voiture électrique est LA solution incontournable pour répondre aux défis climatiques de notre époque. Toutefois, son développement à grande échelle est encore freiné par des limites techniques, principalement liées aux batteries. La recherche scientifique joue un rôle clé dans son évolution. De nombreuses études apportent des réponses prometteuses, mais il reste un défi majeur : il faut passer de la théorie à la pratique.

Les constructeurs automobiles sont pleinement mobilisés pour démocratiser la voiture électrique. Mais le sujet n’intéresse pas seulement les marques et les équipementiers. L’auto électrique semble aussi passionner les scientifiques. Beaucoup de chercheurs mènent des travaux pour trouver la prochaine innovation qui rendra l’électrique à la fois plus efficace, plus rentable ou encore moins polluantes.

Des batteries avec une durée de vie améliorée ?

L’une des principales avancées concerne la pérennité des batteries. Un enjeu central pour les utilisateurs comme pour les constructeurs. Des chercheurs de l’Université de Stanford ont prouvé qu’il était possible de prolonger leur durée de vie de 50 %. Et cela sans interférer avec la chimie des cellules. Cette amélioration peut être obtenue en chargeant initialement la batterie avec un courant élevé. Une procédure à effectuer avant la livraison.

Aujourd’hui, les batteries neuves sont chargées pendant plusieurs heures à une faible tension. C’est une mauvaise pratique. Cette découverte, aussi simple qu’efficace, pourrait permettre aux utilisateurs de conserver leurs voitures électriques plus longtemps tout en réduisant les coûts d’entretien. À l’échelle mondiale, l’impact environnemental pourrait être réduit grâce à la diminution des déchets et des besoins en nouvelles matières premières.

Miser sur le recyclage pour favoriser une économie circulaire

Les voitures électriques ne pourront pas se démocratiser tant que les industriels n’auront pas une vraie stratégie de recyclage. C’est le seul moyen d’assurer un développement durable dans le domaine de l’automobile. Jusqu’à présent, les méthodes de recyclage des cellules NMC étaient complexes, coûteuses et souvent polluantes. Mais des scientifiques chinois ont probablement trouvé un moyen de remédier à ce problème.

Ils ont développé une méthode propre pour donner une seconde vie aux matériaux critiques contenus dans les batteries. Les chercheurs expliquent avoir eu recours à une « faible quantité » d’acide citrique pour extraire et séparer plus de 99 % du lithium, du nickel, du cobalt et du manganèse contenus dans les batteries NMC. Ils ajoutent « qu’aucun autre produit chimique n’a été utilisé lors de l’expérience ».

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À la fin, ils obtiennent un « nouveau cadre lamellaire NMC », qui peut être utilisé « comme un matériau de haute qualité ». Plus globalement, la mise en place d’une économie circulaire pourrait transformer l’industrie automobile européenne. En optimisant le recyclage des batteries et en réutilisant les matériaux critiques, les constructeurs pourraient limiter les coûts tout en renforçant leur indépendance industrielle face à l’Asie.

Les batteries à l’état solide : l’innovation qui change tout

Les batteries à l’état solide sont souvent considérées comme LA technologie de rupture qui permettra aux voitures électriques de s’imposer définitivement sur le marché. Contrairement aux batteries lithium-ion actuelles, elles offrent une densité énergétique plus élevée et une sécurité renforcée. Une équipe de l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) a mis au point un électrolyte solide mince et flexible.

Ce matériau permet de faire passer les ions entre l’anode et la cathode. Dans le cadre de leurs recherches, les scientifiques sont parvenus à déterminer l’épaisseur idéale de l’électrolyte afin d’optimiser la conduction ionique et la résistance structurelle. Une découverte qui peut ouvrir la voie au développement de batteries nouvelle génération à l’état solide, plus fiables, plus efficaces et avec une densité énergétique de « 500 Wh/kg ».

Des packs bientôt plus légers et plus performants ?

D’autres chercheurs explorent une nouvelle génération de batteries capables d’être deux fois plus légères tout en doublant l’autonomie des véhicules. Dans le cadre d’un projet baptisé SILO Silicon, l’entreprise américaine Paraclete Energy a mis au point une structure unique, capable d’agréger une concentration importante de silicium. Jusqu’à 300 % de la densité énergétique des anodes traditionnelles en graphite.

Concrètement, l’utilisation du silicium SILO pourrait permettre de « réduire le poids d’une batterie de 80 kWh d’environ 7 000 cellules de batterie individuelles pesant 565 kg à moins de 2 000 cellules pesant seulement 150 kg ». Cela correspond à une réduction du poids de 73 %. Si on prend le problème à l’envers, une batterie de 300 kg fabriquée avec du silicium SILO pourrait offrir une capacité de 160 kWh.

Ces recherches, encore à l’état de laboratoire, ouvrent des perspectives enthousiasmantes. Des batteries plus légères permettraient non seulement d’améliorer l’autonomie des voitures électriques, mais aussi d’en réduire la consommation énergétique globale. Toutefois, les scientifiques restent prudents : si les résultats sont encourageants en environnement contrôlé, des défis subsistent pour passer à une production industrielle.

Plus de voitures électriques, moins d’émissions de CO2 !

Enfin, une autre étude a permis de confirmer que l’adoption massive des véhicules électriques contribue à la réduction des émissions de CO₂. Contrairement aux critiques qui pointent du doigt l’impact environnemental de la production des batteries et de l’électricité nécessaire pour recharger les voitures, des scientifiques ont prouvé que le bilan carbone des électriques est largement positif sur l’ensemble du cycle de vie.

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Des travaux qui remontent à 2012. En effet, il y a 12 ans, Ronald Cohen, professeur de chimie à l’Université de Berkeley, a eu l’idée de placer des capteurs un peu partout autour de la baie de San Francisco. Un dispositif de surveillance de la pollution qui permet d’identifier les sources d’émission et les quartiers les plus touchés. Entre 2018 et 2022, il a identifié une baisse constante des émissions de CO2.

Une tendance qui coïncide avec l’électrification du secteur automobile en Californie. Il estime qu’à l’avenir, les satellites pourraient aussi surveiller les niveaux de CO2 et « l’impact de l’adoption des voitures électriques ». Selon lui, « la solution optimale serait une combinaison de moyens spatiaux et de mesures au sol ». Les satellites dont il rêve ne sont pas encore disponibles, mais des scientifiques y travaillent très certainement.

De la science au monde réel : un défi à relever

Cela ne fait aucun doute : les innovations issues des laboratoires de recherche représentent un immense potentiel pour l’industrie automobile. Prolonger la durée de vie des batteries, doubler l’autonomie ou recycler les matériaux critiques sont autant de promesses qui pourraient révolutionner le marché des voitures électriques. Pourtant, entre l’enthousiasme scientifique et la réalité industrielle, il y a encore un fossé.

La première barrière reste celle de la transition vers une production à grande échelle. Passer d’une découverte en laboratoire à une technologie mature prête à équiper des millions de véhicules exige des investissements financiers colossaux et un effort industriel sur plusieurs années. Par exemple, les batteries à l’état solide, bien que prometteuses, nécessitent encore des adaptations importantes pour être produites en masse.

Il y a aussi (toujours) la question de la rentabilité économique des nouvelles technologies. Ce point constitue un frein important. Si les solutions innovantes sont viables sur le papier, elles sont aussi extrêmement coûteuses à court terme. L’état actuel du marché automobile oblige la plupart des constructeurs à opter pour des solutions rentables. Et cela joue forcément un rôle dans l’adoption des nouvelles technologies.

C’est simple, tant que ces avancées ne deviennent pas financièrement compétitives face aux batteries lithium-ion, elles resteront confinées aux laboratoires ou à des niches technologiques. Enfin, une autre limite majeure réside dans la géopolitique des matières premières. Aujourd’hui, l’industrie dépend fortement des pays producteurs de matériaux critiques, notamment la Chine. Un monopole qui freine les ambitions des Européens.

Un impératif pour l’avenir

Si les scientifiques tracent la voie d’un avenir prometteur pour les voitures électriques, il revient aux industriels de transformer ces avancées en solutions tangibles. Il ne suffit plus d’innover dans les laboratoires, il faut que ces innovations s’imposent. Pour cela, les constructeurs automobiles doivent investir dans la recherche appliquée. C’est la première étape pour accélérer le passage des prototypes aux chaînes de production.

Disons les choses clairement, cela nécessite de prendre des risques financiers. Mais le jeu en vaut la chandelle : les firmes qui intégreront certaines des innovations dont nous avons parlé plus haut en premier marqueront des points. La collaboration entre chercheurs et industriels est également essentielle. Il semble indispensable de créer davantage de partenariats durables entre les centres de recherche, les start-ups et les grands groupes.

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Le chemin à parcourir est complexe, mais il est nécessaire. Les avancées scientifiques prouvent que des solutions existent pour relever les défis techniques et environnementaux. Ce qu’il manque aujourd’hui, c’est une mobilisation collective pour les mettre en œuvre. Bref, l’avenir de l’électrification ne repose pas uniquement sur la science, il dépend aussi de la capacité de l’industrie à écouter les chercheurs.