Tech & internet / Économie

Quelle serait la voiture idéale?

Temps de lecture : 9 min

Serait-elle diesel, électrique, hybride? Quels critères choisir pour imaginer le meilleur futur de l’automobile? 

La Toyota Mirai est-elle la voiture parfaite pour le climat? Pas tout à fait, mais elle s'en approche. |Harold Cunningham / AFP
La Toyota Mirai est-elle la voiture parfaite pour le climat? Pas tout à fait, mais elle s'en approche. |Harold Cunningham / AFP

Du 4 au 14 octobre 2018, Paris est la capitale mondiale de l’automobile grâce à un salon qui fête ses 120 ans. Pour imaginer la voiture du futur idéale, il faut se plonger dans l’histoire de l’automobile. Avec ses quatre roues, son volant et ses portières, elle a traversé le XXe siècle, révolutionné le transport individuel, étendu sa toile d’araignée routière sur le paysage, embouteillé les villes et largement contribué à la pollution de l’air urbain.

En 1898, neuf ans seulement après l’Exposition universelle de Paris qui avait vu surgir la Tour Eiffel, la première exposition internationale d’automobiles ne prend guère de place. Elle se tient sur la terrasse du jardin des Tuileries. On est alors bien loin des halls immenses du Mondial de l’Auto actuel.

Le salon de l’automobile s’installe en 1901 au Grand Palais où il demeure pendant soixante ans avant de migrer jusqu’à la Porte de Versailles en 1961. Il y a 120 ans, Louis Renault construisait son premier véhicule, une voiturette à trois vitesses roulant à 45 km/h. L’année suivante, naissait Renault Frères. En ce début du XXe siècle, la France domine l’automobile avec la fabrication de 30.000 voitures en 1903, soit près de la moitié de la production mondiale…

En 2017, le marché mondial a atteint les 93 millions de voitures vendues dont 27,5 millions en Chine, 17,6 millions en Europe et 2,5 millions en France. Surprise: c’est le groupe Renault-Nissan-Mitsubishi qui prend la première place mondiale des constructeurs avec 10,6 millions de véhicules vendus devant Volkswagen (10,54 millions) et Toyota, longtemps numéro un (10,35 millions).

Aux origines, la voiture électrique

En 120 ans, on s’en doute, l’automobile a considérablement évolué, ne serait-ce qu’avec sa motorisation. Pourtant, dans ce domaine, une sorte de retour en arrière s’opère. Car la voiture électrique n’est pas née avec Autolib’, la Renault Zoe, la Nissan Leaf ou les Tesla. Son histoire remonte à 1834 et sa commercialisation à 1852, soit neuf ans avant le moteur à explosion apparu en 1861. La fameuse «Jamais contente» de Camille Jenatzy dépasse les 100 km/h en 1899. En 1900, des taxis électriques circulent à New-York et 38% du marché américain de l’automobile sont des voitures électriques.

La « Jamais-Contente » de Jenatzy sur la ligne droite d'Achères en 1899. | Domaine public

En 2017, seulement 1,1 million de telles automobiles ont été vendues dans le monde, soit 1,1% du marché mondial. Pour retrouver les proportions de 1900, il faut se tourner vers la Norvège (39,2% de véhicules électriques vendus). En France, ce sont 43.780 voitures électriques qui ont été achetées en 2017, une progression de 18% par rapport à 2016, mais seulement 0,2% du marché.

Entre la «Jamais contente» et, par exemple, la première Tesla commercialisée en 2012, la Model S, il s’est donc passé pas moins de 113 ans. L’éviction de la voiture électrique correspond bien entendu à l’apparition du pétrole à la fin du XIXe siècle. Son abondance et sa bonne densité énergétique en font le carburant idéal pendant tout le XXe siècle. Pour s’en convaincre, il suffit de considérer les densités d’énergie (c’est-à-dire la quantité d’énergie par kilogramme de différentes carburants).

Une question de densité

L’essence, le diesel et le propane affichent environ 46 Mégajoules (MJ) par kg contre 24 pour le charbon, 16 pour le bois et… 0,1 pour une batterie au plomb. Les accumulateurs au lithium atteignent 1,8 MJ/kg. On note que l’hydrogène comprimé à 700 bars affiche quant à lui 123 MJ/kg. Mais il reste inférieur au pétrole si l’on prend le volume comme unité de mesure : 36 MJ/litre pour le diesel contre 5,6 MJ/l pour l’hydrogène. Ces valeurs jouent un rôle important dans l’évolution de l’automobile car la place occupée par les réservoirs tout comme leur poids sont décisifs pour un véhicule en mouvement. Ils influent sur la consommation de carburant et donc sur le coût d’utilisation mais aussi l’habitabilité.

Ces considérations ne nous éloignent de la recherche de la voiture idéale qu’en apparence. Elle doit s’inscrire dans cette histoire et tenir compte de plusieurs paramètres qui sont liés à des facteurs comme le réchauffement climatique, la pollution de l’air, la facture carburant ou le confort des automobilistes et de leurs passagers. Ainsi, la voiture idéale devra nécessairement répondre à une série de contraintes:

  • Ne pas émettre de gaz à effet de serre
  • Ne pas polluer l’air
  • Ne pas faire de bruit
  • Utiliser un carburant renouvelable

À ce stade, les automobiles diesel et à essence sont éliminées. De même que celles qui fonctionnent au GPL, moins polluantes mais émettrices de CO2. Les hybrides diesel-électrique ou essence-électrique, rechargeables ou pas, ne peuvent pas plus répondre à ces contraintes car elles émettent des polluants, des particules fines et du CO2. Il ne reste donc que deux sources d’énergie en compétition: l’hydrogène et l’électricité.

Génial hydrogène

L’hydrogène apparaît comme un candidat très sérieux à la motorisation de la voiture idéale. Il s’agit d’un gaz particulièrement disponible. C’est l’élément le plus abondant dans l’univers, ce qui n’est pas le cas du pétrole... Pour l’obtenir sous la forme d’un carburant, le dihydrogène, il faut réaliser une électrolyse de l’eau ou traiter des hydrocarbures tels que le méthane par le procédé de vaporeformage. Pour éviter le recours à ce dernier qui produit du CO2, mieux vaut faire appel à l’électrolyse de l’eau. Elle produit de l’hydrogène et de l’oxygène en faisant passer un courant électrique continu dans de l’eau ce qui provoque la dissociation des molécules H2O. Les quantités d’électricité nécessaires sont importantes mais le résultat est intéressant: l’hydrogène produit contient près de 80% de l’énergie consommée pour l’extraire de l’eau.

Ensuite, pour obtenir une voiture à hydrogène, il suffit d’utiliser une pile à combustible. Découvert dès 1939 par un Allemand, Christian Schönbein, cet effet conduit à un premier prototype en 1953 qui servira dans les missions spatiales Apollo. La pile à combustible fonctionne comme un générateur d’électricité. Elle est fondée sur l’oxydation sur une électrode d’un combustible, l’hydrogène, et la réduction, sur une autre électrode, d’un oxydant, l’oxygène de l’air. Le défaut, c’est le recours à un catalyseur de l’oxydation de l’hydrogène qui n’est autre que du platine.

Les chercheurs tentent, depuis quelques décennies, de réduire la quantité de platine nécessaire ou de le remplacer. Peu de doutes qu’une explosion de l’utilisation des piles à combustible dans l’automobile pourrait accélérer les recherches et permettre de se passer de ce métal rare et cher. Et nous pourrions bénéficier d’une motorisation dont le fonctionnement ne produit ni gaz polluants ni CO2. Seulement de l’eau. D’où un cycle potentiellement très vertueux. Imaginez de l’électricité produite par des panneaux solaires ou des éoliennes qui servirait à électrolyser de l’eau afin de produire de l’hydrogène qui, dans une pile à combustible, produirait de l’électricité et… de l’eau !

Au final, une voiture à hydrogène contient un réservoir sous une pression de 700 bars, une pile à combustible et un moteur électrique. Il s’agit donc d’une voiture électrique dont on fait le plein en quelques minutes à une station-service qui ressemble beaucoup à celle qui remplissent nos réservoirs d’essence. Une sorte de voiture propre idéale… Est-ce, pour autant, l’automobile que nous cherchons? Pas tout à fait… La voiture à hydrogène présente quelques défauts qui ne lui permettent pas de répondre aujourd’hui à tous les critères de la voiture idéale:

  • Une autonomie comparable à celle d’une voiture à essence
  • Un plein réalisé en quelques minutes
  • Des points de ravitaillement suffisamment nombreux
  • Une optimisation énergétique

Où faire le plein?

Une automobile parfaite ne saurait tomber en panne. Or, aujourd’hui, le réseau des pompes à hydrogène n’existe pratiquement pas en France. La compagnie de taxis Step qui exploite 75 voitures à hydrogène Hype à Paris ne dispose que de 5 stations-services en Île de France… Il en faudra plus pour alimenter les 600 véhicules que vise Step en 2020. Et il faudra sans doute plusieurs décennies pour que l’on trouve des stations à hydrogène sur toutes les routes de France. Par ailleurs, la voiture à hydrogène présente un défaut par rapport à une voiture électrique à batterie: elle ne récupère pas d’énergie en décélération ou lors des freinages. C’est dommage pour l’optimisation énergétique. Par ailleurs, à la maison, il est possible de recharger une voiture électrique. Pas une voiture à hydrogène. Enfin, cette dernière ne peut profiter de l’énergie solaire alors que des panneaux installés sur le toit peuvent la capter et charger des batteries.

En résumé, l’idéal serait d’associer les qualités de l’hydrogène avec celles du stockage d’électricité. On disposerait ainsi d’une voiture hydride hydrogène-électrique. Elle serait motorisée par un moteur électrique alimenté à la fois par une pile à combustible et des batteries. Le plein serait réalisé en quelques minutes et fournirait une autonomie d’environ 600 km à 700 km (contre environ 300 km pour les modèles électriques à batteries) auxquels pourrait s’ajouter 100 ou 200 km apportés par les batteries que l’on pourrait recharger également. Elles récupèreraient de l’énergie pendant les freinages et les décélérations et un toit couvert de panneaux solaires achèveraient l’optimisation, histoire de ne pas gâcher le stationnement dans un parking écrasé de soleil en plein été. Difficile de tomber en panne. Pas de pollution ni de gaz à effet de serre émis. Pas un bruit. Le bonheur sur route…

On y est presque

Maintenant que nous avons imaginé cette voiture idéale, la question est: «Existe-t-elle?». Eh bien, presque. L’un des modèles qui s’en rapproche le plus est la Toyota Mirai, dont la première commercialisation en France est annoncée lors du Mondial de l’Auto 2018, elle est déjà disponible dans plusieurs pays européens (Allemagne, Danemark, Belgique, Royaume-Uni) depuis 2015. La Mirai est un modèle hybride hydrogène-batteries mais dont ces dernières (1,6 kW) ne servent qu’à augmenter la puissance du moteur électrique (113 kW) lors des accélérations et non de s’en passer. De ce fait, la Mirai sera difficile à utiliser en France où seulement 23 pompes à hydrogène sont disponibles aujourd’hui. Sous l’impulsion de Nicolas Hulot –lorsqu’il était ministre de la Transition énergétique– 100 pompes supplémentaires devraient être installées d’ici 2023. N’empêche, quand on achète une voiture à 78.000 euros, le prix de la Mirai, on pourrait espérer pouvoir faire le plein sans problème et non passer son temps à chercher une pompe…

Le coréen Hyundai est également en pointe en matière de voitures à hydrogène. C’est lui qui fournit les voitures Hype (modèle ix35 Fuel Cell) utilisées par Step à Paris et qui coûtent 66.000€ pièce. Hyundai profite des 2 milliards d’euros injectés par la Corée du Sud dans la voiture à hydrogène. Son nouveau modèle Nexo est un SUV qui fournit une autonomie de 666 km grâce aux 6 kg d’hydrogène de ses réservoirs et le rendement de 60% de sa pile à combustible. Mais batterie lithium ion polymère de 40 kW ne sert qu’à augmenter la puissance du moteur pour atteindre les 135 kW. Pas question de la recharger sur une prise pour étendre l’autonomie de la Nexo.

Et si on réinventait l'hybride

Ainsi, en attendant un véritable réseau de distribution d’hydrogène sur les routes, les batteries rechargeables pourraient assurer une transition en douceur. Faute de pompes aujourd’hui, on pourrait se rabattre sur les bornes de recharge en ville ou la prise de courant à la maison. Alors pourquoi les constructeurs ne proposent-ils pas un tel modèle hybride hydrogène-batteries ? À l’évidence pour des raisons de coût mais également à cause de l’encombrement supplémentaires des batteries. Déjà, les réservoirs à hydrogène de la Mirai limitent le volume utilisable de son coffre. La voiture idéale impose donc des progrès importants: augmentation de la taille du véhicule pour compenser l’encombrement des réservoirs er des batteries, allègement du poids, réduction du coût.

Pour l’instant, la solution à ces contraintes semble hors de portée. Mais les constructeurs comme Toyota et Hyundai ouvrent la voie dans cette direction. Les Français, qui ont raté l’hybride (la Toyota Prius a été lancée en 1997 et est devenue rechargeable en 2012) avant de s’y rallier en 2009, serait bien inspiré de s’intéresser à l’hydrogène au-delà de la veille technologique. Quant à nous, il nous faudra patienter avant de prendre le volant de la voiture idéale.

Michel Alberganti

Newsletters

Jet Li a refusé de jouer dans Matrix pour rester maître de ses mouvements

Jet Li a refusé de jouer dans Matrix pour rester maître de ses mouvements

L’acteur chinois redoutait de se faire déposséder de ses techniques d’arts martiaux si un studio américain les numérisait.

Suivez cette voiture (pour détecter une fraude sociale)

Suivez cette voiture (pour détecter une fraude sociale)

La technologie rend de plus en plus facile l’espionnage de citoyens et citoyennes ordinaires.

Faut-il croire à l'ordinateur quantique? Si oui, pour quand?

Faut-il croire à l'ordinateur quantique? Si oui, pour quand?

Dans cet épisode de DEMAIN. DÈS MAINTENANT, nous abordons une question assez vertigineuse, puisqu’il s’agit de l’ordinateur quantique. De quoi s’agit-il exactement? Faut-il y croire? Quel objectif peut justifier de relever un tel défi? Où en...

Newsletters