Monde

De meilleures batteries électriques pourraient sauver le monde

Farhad Manjoo, mis à jour le 01.07.2011 à 15 h 16

Dommage qu'elles soient impossibles à construire.

Batteries, spatulated via Flickr, CC-Licence-by

Batteries, spatulated via Flickr, CC-Licence-by

Au début des années 1970, la branche de recherche d’Exxon embaucha un jeune ingénieur prometteur du nom de Michael Stanley Whittingham et lui demanda d’inventer quelque chose —n’importe quoi— susceptible de réduire la dépendance de la compagnie sur le pétrole brut.

Des recherches fructueuses qui promettent

Whittingham et son équipe s’enfermèrent alors dans un laboratoire de recherche et développement d’Exxon, situé dans le New Jersey et, comme les ingénieurs en ont l’habitude, commencèrent à mélanger des produits chimiques afin d’observer leur éventuelle réaction. Lorsqu’ils injectèrent du potassium dans du tantale (un métal rare) ils remarquèrent un phénomène extraordinaire: le mélange résultant disposait d’une très grande capacité à stocker de l’énergie.

Durant les mois qui suivirent, ils continuèrent leurs expériences avec divers métaux. L’équipe de Whittingham remplaça le tantale par du titane et, le potassium s’avérant instable, le remplaça par du lithium. Cette expérience terminée, Whittingham se rua au siège d’Exxon pour faire savoir au conseil d’administration de l’entreprise qu’ils venaient de mettre au point un produit extraordinaire. C’était la première pile au lithium capable de fonctionner à température ambiante, et elle avait le potentiel pour chambouler tout le secteur de l’énergie.

Mais un résultat brisé par la récession

Mais naturellement, rien de tout cela n’arriva. Ce fut bientôt la récession, la surproduction de pétrole, suivies de l’élection de Ronald Reagan, qui vit la fin de nombreux projets de recherche énergétique cesser d’être financés par le gouvernement. Exxon déposa le brevet de la batterie de Whittingham et ferma sa division de recherche. Pour un temps, le rêve d’une batterie parfaite pouvant remplacer l’essence fut une nouvelle fois brisé.

Telle est la destinée du marché des batteries et des piles. Comme Seth Fletcher, un des rédacteurs en chef de Popular Science, le rappelle dans son nouveau livre engageant, Bottled Lightning : Superbatteries, Electric cars, and the New Lithium Economy, les scientifiques tentent depuis l’époque de Thomas Edison (grand constructeur de piles lui-même) d’améliorer les piles. (Révélation: Fletcher et moi-même avons le même agent littéraire). Si des batteries avaient des prix et des performances équivalentes aux énergies fossiles, nous disposerions non seulement de voitures plus propres, mais nous pourrions également refonder la majorité des infrastructures énergétiques de ce pays.

L'énergie solaire et éolienne, stockée par de meilleurs accumulateurs

Les énergies solaires et éoliennes sont générées de manière intermittente —parfois le vent ne souffle pas ou le soleil cesse de briller— et les piles permettent de modérer cette volatilité. De grandes quantités de batteries et de piles placées dans les réseaux électriques pourraient ainsi stocker de l’énergie lorsque le soleil brille ou lorsque le vent souffle et se décharger quand nous en avons besoin. Sans vouloir en faire trop, on peut affirmer que le futur de la planète dépend de l’amélioration des piles —de meilleures piles pourraient altérer la géopolitique, atténuer les désastres dus aux changements climatiques et provoquer un nouveau boom économique.

Mais de meilleures piles ne risquent pas de se trouver bientôt sur le marché. Comme Fletcher l’explique, la physique, la politique et le prix de l’essence ont sans cesse comploté de concert contre l’amélioration de la technologie des piles. Le livre de Fletcher est pourtant optimiste —il examine un certain nombre de technologies prometteuses qui pourraient, théoriquement, contester la domination des énergies fossiles.

Mais nombre d’entre elles sont encore loin de se concrétiser et l’histoire des échecs dans l’industrie des piles ne pousse pas à la confiance. Nous pourrions sans doute disposer de meilleures batteries un jour, et elles viendront probablement de Chine, qui est devenue le centre de la production d’énergie avancée. Mais ne vous attendez pas à un bouleversement imminent.

Le problème des piles, lié à l'essence

Le problème fondamental des piles est l’existence même de l’essence. L’essence est peu coûteuse, abondante et relativement facile à transporter. Surtout, l’essence possède une haute densité énergétique —ce qui signifie que son ratio énergie/poids est phénoménalement bon. Aujourd’hui, les meilleures piles au lithium peuvent stocker environ 200 wattheures par kilogramme —une mesure de densité d’énergie— et pourraient théoriquement stocker jusqu’à 400 wattheures par kilogramme. L’essence a une équivalence, en densité, de 13.000 wattheures par kilogramme.

La seule raison pour laquelle les voitures électriques pourraient un jour concurrencer les voitures mues par des moteurs à combustion interne est que les moteurs à essence sont particulièrement inefficaces: la quasi-intégralité de l’énergie est perdue en raison de la chaleur. Mais l’essence comble ce défaut par un autre avantage: lorsque votre voiture n’a plus d’essence, vous pouvez la remplir en quelques minutes.

Nous n'avons pas les infrastructures nécessaires

Avec les infrastructures électriques actuelles, il faut plusieurs heures pour recharger des piles et des batteries. On peut espérer voir un jour l’implantation de stations de charge à travers le pays, mais les chercheurs que Fletcher interroge insistent sur le fait qu’il s’agit d’un défi particulièrement décourageant. Les batteries du roadster de Tesla mettent aujourd’hui quatre heures à charger.

Si vous souhaitiez charger ces batteries en 15 minutes, il vous faudrait une sous-station électrique de 200 kilowatts alimentant la station de charge. «La consommation de votre maison se mesure en kilowatt», dit un expert à Fletcher. «Si vous voulez installer l’équivalent électrique d’une station essence, il faut raisonner en termes de multi-mégawatts dans chaque station. Et je ne vois pas ça arriver de sitôt.»

La batterie lithium-air du futur

Moi non plus. Alors, quelle est la réponse? Le livre de Fletcher se termine par un regard porté sur le monde des batteries et des piles —la batterie au lithium et à l’air. Ce modèle voit le lithium et le carbone se combiner à l’oxygène de l’air pour former un système pourvu d’un potentiel ahurissant de stockage d’énergie. En théorie, ces batteries pourraient stocker 11.000 wattheures par kilogramme, ce qui en fait, écrit Fletcher, «la meilleure chance de concurrencer l’essence».

Une batterie lithium-air pourrait permettre à une voiture de parcourir 800 km avant de devoir être rechargée. Avec une telle autonomie, il n’est plus nécessaire de disposer d’un réseau de stations de recharge rapide aussi dense que les stations-essence. Vous pouvez circuler comme vous l’entendez toute la journée durant et recharger votre véhicule pendant la nuit.

Mais la technologie du lithium-air est la fusion froide du monde des batteries —un moyen de changer la donne ayant l’inconvénient malheureux d’être (probablement) impossible à obtenir. Les chercheurs travaillent sur ces batteries depuis des décennies, mais un certain nombre de défis doivent être relevés avant que de telles batteries soient viables commercialement. Pour commencer, ce système utilise du lithium, hautement explosif au contact de l’eau (dans les batteries lithium-ion, le lithium est combiné à un autre élément dans la cathode et également présent comme un sel dissous dans une solution).

L’eau est naturellement présente dans l’air et l’idée de voir une batterie mélangeant du lithium et de l’air ne semble qu’un pur fantasme. Fletcher rapporte que ce fantasme a pris corps très récemment. Une compagnie baptisée PolyPlus a développé un nouveau moyen d’envelopper le lithium pour qu’il résiste à l’humidité et IBM a lancé un projet de recherche destiné à mettre au point une batterie lithium-air.

Mais comme avec chaque avancée, un nouvel obstacle apparaît. L’innovation de PolyPlus facilite le rechargement des batteries lithium-air, mais personne ne sait comment, à l’heure actuelle, recharger de telles batteries. Trouver la solution pourrait prendre de nombreuses années. Le responsable technologique de PolyPlus a déclaré à Fletcher qu’il faudra «un bon bout de temps avant de voir des lots de batteries assez gros, testés et assez fiables pour que l’on commence à songer à les transporter».

Tel est le paradoxe des recherches sur les batteries. Des batteries plus performantes pourraient résoudre bon nombre des problèmes qui nous handicapent aujourd’hui. Mais elles ne seront disponibles que dans de très, très nombreuses années —et il sera peut-être trop tard.

Farhad Manjoo

Traduit par Antoine Bourguilleau

Farhad Manjoo
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