Transcript tpen ijiop

Les Cahiers de l’Association Claude Bernard
Moins de gaz à effet
de serre et de
polluants !
Une voiture
silencieuse !
Un faible coût à la
longue !
Dossier spécial Ecologie
Voiture électrique…
Claude vraiment
Bernard Ecologie plus « verte » ?
1
Sommaire
Introduction
Pollution des voitures thermiques
Conception des voitures électriques
Impacts sur l’environnement
Conclusion
Glossaire
Bibliographie
Claude Bernard Ecologie
p.3
p.4
p.16
p.25
p.32
p.34
p.35
2
Introduction
Introduction
A cause des problèmes de pollution actuels, de nombreuses solutions plus ou moins efficaces ont été
trouvées pour limiter les émissions en gaz à effet de serre, dont le secteur automobile est le premier
producteur . Citons les principales
- L’éthanol (carburant)
- Les transports en commun
- La voiture électrique, qui semble la solution la plus sûre
Nous allons donc développer cette idée selon la problématique suivante :
Comment les problèmes de pollution ont-ils amené la création des voitures électriques ?
Notre plan est le suivant :
I/ La pollution des voitures thermiques
II/ La conception de la voiture électrique
III/ Les impacts de la voiture électrique
Claude Bernard Ecologie
3
1ère partie
Introduction
Pollution des voitures thermiques
Conception des voitures électriques
Impacts sur l’environnement
Conclusion
Glossaire
Bibliographie
Claude Bernard Ecologie
4
La pollution des voitures thermiques
1. LE RECHAUFFEMENT CLIMATIQUE
La Terre reçoit entre 360 à 510 watt par m² par le soleil à l'équateur. Plus on se
rapproche des pôles plus le nombre de watts au m² diminue. Cette énergie permet entre autre
de chauffer la planète. La Terre utilise cette énergie et la transforme en rayons infrarouge qui
vont rebondir sur le sol puis qui vont être réfractés par l'atmosphère et revenir sur terre. Le
problème est que plus cette couche (atmosphère) est épaisse, plus les rayons infrarouges vont
être réfléchis vers la surface de la planète. C'est ainsi que l'on obtient un effet de serre
responsable en partie du réchauffement climatique. Cependant il faut noter que cette énergie
n'est pas utilisée par le panneau photovoltaïque pour créer de l'électricité.
Par ailleurs, il y a également le rôle de l'ozone qui est un gaz, soit issu naturellement
du catabolisme des molécules de dioxygène par les rayons Ultra Violet, soit par le biais des gaz
formés par l'activité (voitures, industries) ou par l'activité animal et végétale (décomposition
organique, respiration). L'ozone (O3) est une molécule qui contribue aussi à accentuer l'effet
de serre car elle est présente en grande quantité dans les couches qui forment l'atmosphère.
Le but de la voiture électrique est de diminuer cet apport en ozone dans l'atmosphère.
Claude Bernard Ecologie
5
La pollution des voitures thermiques
Le problème
Aujourd'hui, en Europe, le secteur des transports est le seul à voir ses émissions de
CO2 augmenter depuis 1990 (+26 %). À elles seules, les voitures particulières sont
responsables de 12 % des rejets de gaz à effet de serre. En France, la situation n'est pas
meilleure : à l'origine de 26 % de nos émissions (dont 14 % pour les véhicules particuliers), le
secteur des transports est le plus polluant. Pour respecter les objectifs du protocole de Kyoto,
l'Union européenne (UE) doit réduire ses émissions de 8 % entre 2008 et 2012, par rapport
aux niveaux de 1990. Or, pour l'instant, en quinze ans, elle n'a réussi à les faire diminuer que
de 2 %. Il est donc plus que temps de mettre les bouchées doubles pour réduire les émissions
de CO2 de vos voitures !
2. REDUIRE LE POIDS DES VOITURES POUR MOINS REJETER
DE CO2
Depuis une vingtaine d'années, l'industrie automobile a amélioré l'efficacité des
moteurs. Malheureusement, au lieu de développer des modèles légers, plus économes et
émettant le moins de CO2, elle en a profité pour construire des voitures de plus en plus
puissantes et lourdes. Le poids moyen des voitures augmente de 1,5 % par an. On pense à
tort que plus un véhicule est lourd, plus il est sûr. De nombreuses marques commercialisent
déjà des modèles qui, à performances, sécurité et confort égal, consomment moins. Certains
prototypes ou les«modèles» exposées lors des salons automobiles et mises en valeur sur les
publicités, prouvent qu'il est techniquement possible, dès aujourd'hui, de produire des
véhicules plus efficaces et moins polluants. Mais ce ne sont pas ces voitures-là que les
constructeurs vendent au plus grand nombre...
Claude Bernard Ecologie
6
La pollution des voitures thermiques
A. Rejet de CO2 dans l'atmosphère pour les voitures thermiques
Dans cette partie nous allons essayer de calculer en quantité les rejets de CO 2 dans
l'atmosphère.
La voiture représente 85% des émissions (littéralement la voiture rejette 85 % de
150 millions de tonnes de CO2) soit environs 127.5 millions de tonnes de CO2 rejeté par les
voitures thermiques en France.
Le calcul : ((85x 150)/100) =127500000
On peut se dire que la France va rejeter 127.5 millions de tonnes de CO2 en moins
dans l'atmosphère chaque année grâce à la voiture électrique. Il n'en est rien car les voitures
électriques fonctionnent à l'aide d'électricité qui elle-même est fabriquée par l'intermédiaire de
systèmes dégageant du CO2 dans l'atmosphère. La production d'électricité demande donc une
dépense énergétique qui se traduit par des rejets important en CO2.
B. Les gaz d ’échappement
La pollution automobile est immédiatement liée aux gaz d'échappement. Si un
moteur pouvait fonctionner parfaitement, il ne rejetterait que de la vapeur d'eau et du dioxyde
de carbone (CO2).
- La vapeur d'eau (un moteur en rejette en moyenne 1 kilogramme par litre de
carburant consommé) est rejetée près du sol et se condense rapidement par échange
d'énergie avec le milieu ambiant. C'est une pollution thermique : la condensation de la
vapeur d'eau libère une énergie d'environ 2,2 MJ/kg ce qui correspond à l'énergie cinétique
d'un camion de 10 tonnes circulant a 75 km/h
- Le dioxyde de carbone (selon sa motorisation, un moteur en rejette entre 2,4 et 2,7
kilogrammes par litre de carburant consommé) n'est pas considéré comme un polluant mais
c'est un gaz à effet de serre. En fait, ce sont les rejets massifs de CO 2 qui posent problème du
fait de l'incapacité de la nature à recycler ces énormes quantités.
Claude Bernard Ecologie
7
La pollution des voitures thermiques
Les moteurs sont rarement parfait : d'une part les mécaniques modernes sont
conçues pour fonctionner avec un mélange pauvre (moteur atmosphérique) ou un excès d'air
(moteur suralimenté), d'autre part les conditions de température et de pression
atmosphériques sont perpétuellement changeantes, tout comme le régime du moteur et sa
charge qui varient selon le parcours et les conditions de circulation. Ajoutons à cela que les
quantités de carburant injectées ne sont jamais constantes puisqu'elles dépendent de la
volonté du conducteur et de la pression qu'il exerce sur l'accélérateur.
3. LA POLLUTION AUTOMOBILE
Quand on parle de pollution automobile, on pense d'abord aux émissions de gaz
polluants, mais il ne faut pas oublier que la construction d'une voiture est aussi une étape
polluante. À cela, on peut aussi ajouter la pollution sonore.
A. Principaux polluants émis par les voitures
Le monoxyde de carbone (symbole chimique CO) : C'est un gaz
incolore, inodore mais toxique. Il se forme lorsque le mélange est temporairement trop riche,
par exemple à cause d'un filtre à air encrassé, d'un défaut de tarage des injecteurs, d'une
surconsommation d'huile, sous une forte accélération ou lorsque la voiture circule en altitude.
Normalement, la sonde lambda placée dans le conduit d'échappement détecte l'anomalie et
corrige l'injection. Le catalyseur à oxydation fait le reste en transformant le monoxyde de
carbone toxique en dioxyde de carbone inoffensif…
Claude Bernard Ecologie
8
La pollution des voitures thermiques
Le dioxyde d'azote (symbole chimique NO2) : C'est un gaz de couleur rouge,
suffocant et toxique. Il se forme lorsque le mélange est temporairement trop pauvre, par
réaction de l'oxygène et de l'azote de l'air. Ses propriétés chimiques en font un précurseur de
l'ozone, autre gaz toxique.
Les particules carbonées : Ces particules sont comme des ''grumeaux''
microscopiques qui se forment au moment où le carburant est mélangé à l'air. Ces particules
sont stoppées par le filtre à particules, si le véhicule en est muni. De nouveaux additifs
incorporés aux carburants permettent de réduire ou supprimer ce phénomène avec, comme
corollaire, une baisse de la consommation (exemple :''excellium'').
Les micro-particules, qu'il ne faut pas confondre avec les particules carbonées, sont
d'origine métallique, elles proviennent du frottement et de l'usure de certaines pièces du
moteur qui, au cours de sa vie, peut perdre ainsi plusieurs dizaines de grammes d'alliages
divers (cylindres, segments, paliers, coussinets, soupapes, cames, portées d'arbre à cames,
etc.). Ces micro-particules sont normalement entraînées par l'huile de graissage et recueillies
dans le filtre à huile, mais une partie est évacuée directement par les gaz d'échappement, en
particulier si l'étanchéité du moteur est défectueuse. Incolores et inodores, extrêmement fines
et difficiles à détecter, ces micro-particules passent au travers du filtre à particules et restent
en suspension dans l'air. Elles finissent dans nos poumons et sont soupçonnées d'être
cancérigènes.
B. Pollution de l'air
L'impact environnemental le plus connu est la pollution atmosphérique due aux gaz
d'échappements, qui cause des maladies respiratoires et contribue au réchauffement de la
planète. L'automobile est devenue le principal responsable des smogs urbains. Selon l'Agence
française de sécurité sanitaire environnementale, la pollution atmosphérique, liée pour près
d'un tiers aux rejets polluants des voitures, serait responsable chaque année du décès de 6
500 à 9 500 personnes en France.
Claude Bernard Ecologie
9
La pollution des voitures thermiques
4. LES PROBLEMES DE SANTE POUVANT ETRE CAUSES PAR
CES DIFFERENTS GAZ
Le dioxyde de carbone CO2 qui contribue à l'effet de serre, au réchauffement
planétaire et à une modification du climat, mais n'est pas un polluant au sens d'un gaz toxique
ou irritant. Le monoxyde de carbone (CO). Il provoque migraines, vertiges, troubles de la
vision et diminue l'oxygénation du sang. À forte concentration, il est mortel, d'où le danger de
laisser tourner un moteur au ralenti dans un garage clos. Il est rapidement dilué puis dégradé
en CO2 dans l'atmosphère. Les oxydes d'azotes (NOx) chez l'homme, ce gaz irritant diminue les
défense immunitaires et altère les fonctions pulmonaires. Il est le précurseur à la formation
d'ozone dans les basses couches de l'atmosphère, par sa décomposition en présence du
rayonnement solaire. L'ozone est un gaz irritant, et toxique à forte concentration. Les
hydrocarbure (HC) ils provoquent des affections des voies respiratoires et des allergies. Ils sont
les autres précurseurs à la formation de l'ozone. Les particules en suspensions, liées à la
combustion dans les moteurs diesel. Les particules de suies par exemple, accroissent le risque
de maladie respiratoire et probablement de cancer selon des études épidémiologiques. Le
dioxyde de soufre SO2. Du plomb. Dans les pays et régions où l'adjonction de plomb dans
l'essence n'est pas interdite, une large proportion (entre 65 et 99 % des enfants vivant des
zones à risque, et environ 50 % même parmi ceux moins exposés) seraient intoxiqué au plomb
de manière chronique. L'introduction de l'essence sans plomb dans les pays développés s'est
en effet rapidement traduite par une diminution environ de moitié de la plombémie chez les
adultes citadins, pourtant moins sensibles à l'absorption de plomb que les enfants. Du
benzène. Les transports routiers en général sont de loin les plus gros émetteurs de benzène,
et on a constaté en Europe un lien direct entre la baisse de la teneur maximale en benzène
dans les carburants (divisée par deux en 2000) et une baisse de la concentration de fond de
benzène dans l'atmosphère.
Claude Bernard Ecologie
10
La pollution des voitures thermiques
Pollution : danger à l’intérieur des voitures
Selon les résultats d'une étude menée par une équipe de l'Inserm, et que le
JDD livre en exclusivité, la pollution à l'intérieur des véhicules peut atteindre des
niveaux extrêmes, et particulièrement dangereux, particulièrement dans les bouchons.
La pollution dans l'habitacle des voitures en circulation peut atteindre des niveaux
extrêmes, très largement supérieurs aux niveaux acceptés par les autorités sanitaires.
C'est ce que montre la plus importante étude menée sur le sujet en Europe, dont des
résultats provisoires ont été dévoilés avant-hier à Paris.. Elle fait apparaître un
problème à la fois méconnu de l'opinion publique et sous-estimé par les pouvoirs
publics et l'industrie automobile.
En plaçant des capteurs à l'intérieur d'un véhicule-laboratoire, une équipe de
chercheurs de l'Inserm, a réussi pour la première fois à mesurer en temps réel la
pollution respirée par un conducteur. Les résultats ont étonné les chercheurs euxmêmes. Alors que l'Organisation mondiale de la santé (OMS) recommande de ne pas
dépasser 200 µg/m3 de dioxyde d'azote, l'un des principaux polluants routiers (sur
une heure d'affilée plus de dix-huit heures par an), la concentration moyenne
mesurée dans l'habitacle du véhicule a été précisément d'environ 200 µg/m3.
Claude Bernard Ecologie
11
La pollution des voitures thermiques
5. LES PROBLEMES CAUSES PAR LES DIFFERENTES PARTIES
D’UNE VOITURE
Embrayage et freins
Ces deux organes mécaniques ont en commun de fonctionner par frottement sec et à
l'air libre. Leur usure, leur utilisation intempestive notamment en milieu urbain (c'est là
que les démarrages, les coups de freins et les manœuvres sont les plus nombreux), ont
comme conséquence des émissions massives dans l'atmosphère de micro-particules
extrêmement fines qui restent en suspension dans l'air et finissent au plus profond des
poumons des citadins. Autrefois garnis d'amiante désormais prohibé, les embrayages et
les freins modernes sont fabriqués avec des matériaux dont personne ne peut garantir
l'absence de toxicité à long terme. On estime que chaque voiture émet en moyenne au
cours de sa vie environ 15 kilogrammes de micro-particules rien que pour l'embrayage et
les freins, et il y a des millions de voitures en circulation...
Pneumatiques
Les pneumatiques travaillent au contact du sol. En effet, c'est dans la
surface de contact au sol que se créent les quatre forces nécessaires au
mouvement et à la trajectoire de la voiture.
Claude Bernard Ecologie
12
La pollution des voitures thermiques
Ce travail et le glissement qui peut parfois en résulter sont à l'origine de l'usure de la
bande de roulement. Si le glissement du pneumatique est important (patinage ou blocage de
roue) et de surcroît par temps chaud et sec, de la fumée peut apparaître. C'est le signe que
des micro-particules de gomme ont été émises dans l'atmosphère. Les plus fines finissent
elles-aussi au plus profond de nos poumons. On estime que chaque voiture rejette en
moyenne dans l'environnement au cours de sa vie environ 20 kilogrammes de particules de
gomme en provenance des pneumatiques, et il y a des millions de voitures en circulation...
Motocyclette
Les motocyclettes munies d'une transmission secondaire par chaîne fonctionnant à
l'air libre sont à l'origine d'une pollution spécifique. En effet, ce type de transmission exige un
graissage permanent avec un lubrifiant qui se disperse dans l'environnement au fil des
kilomètres. Or ces lubrifiants contiennent des additifs hautement toxiques, notamment pour les
organismes aquatiques. Une directive européenne devrait prochainement les interdire et
imposer aux constructeurs l'adoption de carters étanches.
Pollution sonore
La circulation des voitures, des motos et des camions génère des nuisances sonores
incessantes auxquelles il est difficile de s'habituer. Ces nuisances dépendent évidemment du
nombre de véhicules à moteur en circulation, mais surtout de leur vitesse. Ce facteur est
généralement sous-estimé, probablement parce que l'accroissement de bruit n'obéit à aucune
loi simple.
Claude Bernard Ecologie
13
La pollution des voitures thermiques
Pollution thermique
La pollution thermique, qu'il ne faut pas confondre avec l'effet de serre, est une autre
forme de pollution dont on parle peu mais qui est pourtant bien réelle. Celle-ci désigne
l'élévation inutile de la température d'un milieu dans lequel fonctionne un système destiné à
fournir autre chose que de la chaleur. Et c'est précisément le cas avec les véhicules à moteur en
circulation ! Le milieu en question, c'est l'atmosphère terrestre ! En effet, la combustion du
carburant libère une énergie qui apparaît sous deux formes : énergie thermique (chaleur) et
énergie mécanique (mouvement). Mise à part chauffer l'habitacle, cette chaleur ne sert
strictement à rien, il faut impérativement s'en débarrasser dans l'environnement à l'aide d'un
radiateur !...
Que devient l'énergie apparue sous forme de mouvement ?
Une partie sert à remuer l'air au passage de la voiture. Ces turbulences finissent en
chaleur lorsque les molécules d'air cessent de s'agiter pour retrouver leur calme. L'autre partie,
c'est l'énergie cinétique. Elle aussi se transforme en chaleur au moment du freinage, si bien
qu'on peut affirmer que la totalité de l'énergie libérée par la combustion d'un hydrocarbure
quelconque (35 mégajoules par litre en moyenne) apparaît, à un moment ou à un autre, sous
forme de chaleur. Ainsi chaque véhicule à moteur en circulation peut être vu comme un
réchauffeur
de l'atmosphère terrestre, ce réchauffement s'ajoutant à celui généré par l'effet de serre.
Claude Bernard Ecologie
14
La pollution des voitures thermiques
Comment réduire la pollution automobile ?
Lutter contre le gaspillage de carburant ou sa consommation inutile apparaît
désormais comme un impératif majeur. Les constructeurs devront alléger les voitures,
améliorer leurs performances aérodynamiques ainsi que le fonctionnement des moteurs
et leur rendement.
Les aménageurs de la voirie devront réduire ou supprimer les causes de
ralentissements inutiles. La synchronisation des feux tricolores, par exemple, évite l'usure
des freins et des pneus pour l'arrêt, économise le carburant brûlé pendant le temps
d'attente, puis supprime la sollicitation de l'embrayage au redémarrage ainsi que l'usure
des pneus et la consommation de carburant qui lui est associée. C'est donc une solution à
généraliser d'urgence.
Les automobilistes devront apprendre à conduire avec modération, par exemple en
évitant les démarrages puissants, les accélérations inutiles et les coups de freins
intempestifs. Et il faudra aussi apprendre à circuler moins vite ! On sait en effet que les
gains en consommation de carburant les plus significatifs sont obtenus en réduisant la
vitesse... Or ces économies de carburant sont essentielles car elles entraînent en cascade
d'autres économies moins visibles au niveau du moteur, des pneumatiques, de
l'embrayage, des freins et donc de la pollution globale générée par la circulation
automobile
Claude Bernard Ecologie
15
2ème partie
Introduction
Pollution des voitures thermiques
Conception des voitures électriques
Impacts sur l’environnement
Conclusion
Glossaire
Bibliographie
Claude Bernard Ecologie
16
La conception de la voiture électrique
1. LA « JAMAIS CONTENTE »
La voiture électrique ne date pas d'aujourd'hui, elle date en effet du 19e siècle vers
1881. D'ailleurs la première voiture à avoir dépasser les 100km/h était électrique, la
« Jamais Contente », construite en Belgique par un ingénieur belge en 1889.
Dans les années 1900, plus d'un tiers des voitures sont électriques. Mais en raison de
l'évolution de la voiture thermique, du faible cout du pétrole et le fait que la voiture
électrique n'ait pas une grande autonomie et soit très chères, leur production est en
déclin et va s'arrêter.
Claude Bernard Ecologie
17
La conception de la voiture électrique
2. RELANCER LA VOITURE ELECTRIQUE
« Toutes les pièces du puzzle sont aujourd'hui réunies pour faire du véhicule électrique un
véhicule de masse à brève échéance: autonomie de la batterie, optimisation de la
consommation énergétique, performance et plaisir de conduite »
Carlos Ghosn, Président de Renault, Mondial de l'automobile 2008
Pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, les constructeurs automobiles
proposent différentes solutions avancées telles que les voitures fonctionnant aux
carburants biologiques (ex : éthanol) ou celles fonctionnant avec une batterie : la voiture
électrique.
La voiture électrique est surtout pour la population urbaine du fait de la faible
autonomie de la batterie et que les déplacements en ville sont assez courts, ce qui
favoriserait la voiture électrique.
La position de France Nature Environnement (FNE) :
En tant que partie prenante de la société civile et représentant les intérêts publics de la
protection de la nature et de l'environnement, FNE intervient dans le débat à plusieurs
titres :
- Lorsque toute nouvelle technologie représente un risque sérieux contre la protection de
la
nature et de l'environnement. C'est le cas notamment de la promotion des agro-carburants
de première et seconde génération.
- Lorsque toute nouvelle technologie est promue comme LA solution miracle, notamment
dans le domaine automobile. FNE en profite pour rappeler les priorités d'action en matière
de transports et de mobilité.
Claude Bernard Ecologie
18
La conception de la voiture électrique
3. AVANCEE TECHNOLOGIQUE
En l'état actuel des connaissances, le moteur électrique constitue indéniablem
ent une avancée technologique dans le domaine de l'efficacité énergétique.
Il permet en effet, d'améliorer le rendement énergétique par rapport à un moteur
thermique classique.
L'introduction d'un moteur électrique avec batterie entraîne un rendement
mécanique d'environ 90% quelque soit le régime auquel il travaille, contre environ 40%
pour un moteur thermique.
A. Le moteur en général
La conception de la voiture électrique est basée autour d'un moteur, d'une batterie,
d'un système de commande électronique et de l'électricité.
Les batteries servent à emmagasiner l'énergie pour faire fonctionner le moteur du
véhicule.
Ces dernières peuvent être en nickel-cadmium ou en plomb. Celles en nickel-cadmium
ont l'avantage de pouvoir être entièrement recyclées. Mais selon les constructeurs
automobiles, c'est une autre matière qui semble être la mieux adéquate au
fonctionnement de la voiture électrique: le lithium.
La batterie en lithium, dont la durée de vie est d'environ sept ans aurait une
autonomie d'environ 200km. Cela favorisera la baisse des couts de consommation liés
aux voitures et donc plaira aux acheteurs. Cette batterie libère de l'électricité par
échange réversible des ions lithium entre deux électrodes: une anode en graphite et
une cathode en oxyde métallique. Cet échange se fait au sein d'un électrolyte liquide.
Claude Bernard Ecologie
19
La conception de la voiture électrique
B. La batterie au lithium*
C’est le type de batterie qui nous intéresse ici, nous allons donc développer ce point.
Les batteries au lithium traditionnelles contiennent une solution organique de sels de
lithium qui agit comme un électrolyte en permettant le passage du courant électrique
par déplacement d'ions entre les électrodes positives et négatives. Les autres batteries
utilisent une solution aqueuse d'électrolyte. L'électrolyte organique est l'un des points
faibles des batteries au lithium car elle peut facilement prendre feu et présente un
risque d'explosion en cas de forte augmentation de la température de la batterie.
Cependant, sa très forte densité énergétique (énergie par unité de volume) et son
importante énergie massique (énergie par unité de masse) font qu’elle reste
indétrônable.
A la longue, l'utilisation des batteries au lithium entraîne des détériorations qui se
traduisent par une perte de capacité et une perte d'énergie : non seulement la durée de
vie des batteries diminue, mais les risques de surchauffe augmentent. Pour pallier à ces
problèmes, les batteries au lithium modernes sont équipées d'une micro puce qui
contrôle la charge et la décharge. De plus, certains additifs dans l'électrolyte organique
préviennent les phénomènes de décomposition, surcharge, ou surchauffe.
L'industrie automobile utilise des batteries au lithium ion beaucoup plus fiables que
celles des technologies de l'information. La batterie d'une voiture est près de 1.000 fois
plus grosse que celle d'un téléphone portable et elle est soumise à des conditions
beaucoup plus difficiles.
Les batteries lithium ion classiques contiennent du cobalt, qui coûte cher, est peu
abondant et toxique. Dans les batteries lithium ion de nouvelle génération, ce cobalt est
remplacé par du phosphate de fer, bon marché, ne posant pas de problèmes de
ressources et écologique.
Claude Bernard Ecologie
20
La conception de la voiture électrique
C. Le moteur électrique
Il existe deux types de moteur électrique qui peuvent permettre à une voiture de
rouler:
- Les moteurs à courant alternatif
- Les moteurs à courant continu
Les moteurs à courant continu ont l'avantage par rapport aux moteurs à courant
alternatif. Tout d'abord leur coût de fabrication nettement moins élevé que celui des
moteurs à courant alternatif. Ils ont également l'avantage de la puissance, le conducteur
peut se sentir comme s'il avait une voiture à essence( sauf le bruit). Il y a quand même
un risque assez facile de « casser » le moteur en utilisant trop cette puissance.
Ces deux types de moteurs sont également recherchés par les constructeurs car ils
peuvent augmenter l'autonomie de la batterie.
Le ou les moteurs électriques sont reliés aux roues motrices. Le système de
commande électronique contrôle, gère et régule la puissance.
Claude Bernard Ecologie
21
La conception de la voiture électrique
3. AVANTAGES ET INCONVENIENTS
Comme toute chose, la voiture électrique a des avantages et des inconvénients.
A. Avantages
- Le plus gros avantage de ce véhicule est en effet d'être électrique. L' électricité est
omniprésente dans notre quotidien, ce qui fera qu' il n'y aura aucun problème pour trouver
l'énergie pour recharger les batteries.
- Il y a aussi surtout le fait qu'elle ne dégage quasiment aucune matière polluante,
dans le sens que ce type de voiture ne dégage pas de fumée et ne nécessite plus de produits
polluants tels que l'huile de vidange ou le liquide de refroidissement.
- Le moteur électrique résout également le problème de la pollution sonore car il ne
fait quasiment aucun bruit.
- Elle est également avantageuse dans le sens qu'elle ne consomme pas d'énergie
dans les freinages ou les embouteillages.
- Le prix de l'électricité est moins cher que l'essence( environ 1€ pour 100km).
- Le silence de la conduite est aussi un avantage de confort assez important.
Claude Bernard Ecologie
22
La conception de la voiture électrique
B. Inconvénients
- Une voiture électrique n'est réellement écologique si l'énergie dont elle se sert
provient de centrales solaires, hydrauliques ou éoliennes.
- On ne peut pas effectuer de long déplacement avec ce véhicule du fait de sa faible
autonomie, elle est donc réservé uniquement à un usage urbain.
- Sa principale faiblesse vient du fort coût des constituants et donc de son prix à la
vente.
- Malgré l'utilisation du lithium dans la fabrication de la batterie, la majorité de ces
véhicules utilisent des accumulateurs au plomb, qui s'avère être très nocif pour
l'environnement.
- Elle suppose également la création d'infrastructures pour pouvoir recharger les
batteries car tout le monde ne possède pas un garage pour pouvoir y garer sa voiture et
également la recharger, surtout en ville.
- Elle résout le problème de la pollution sonore, mais c'est également un
inconvénient du fait qu'on ne l'entend pas, ce qui est un problème pour les mal voyants, mais
des solutions devraient être trouvés rapidement heureusement.
Cependant, il est très probable que ces inconvénients ne soient pas définitifs, et que
les constructeurs trouvent des solutions rapidement aux problèmes de la voiture électrique.
Claude Bernard Ecologie
23
La conception de la voiture électrique
3. L’AVENIR DE LA VOITURE ELECTRIQUE
A. La commercialisation
Pour Renault, le véhicule électrique constitue la solution à terme aux problèmes liés
à l'environnement. Les innovations techniques permettent aujourd'hui au constructeur français
de proposer des véhicules électrique en série à « faible coût« ».
En effet, la voiture sera disponible au même prix qu'une voiture « traditionnelle » mais ne
comprendra pas la batterie qui sera quand à elle en location.
La marque au losange a également pensé aux infrastructures avec des bornes de recharge
rapide qui se rependront assez rapidement. Il suffira de 20minutes pour recharger sa batterie.
B. Espionnage chez Renault
La voiture électriques possède un grand enjeu économique, d'où "l'espionnage" et la
corruption de certaines personnalités de chez Renault par une entreprise chinoise voulant
découvrir les projets et idées du constructeur concernant la batterie et le moteur de ses futurs
modèles.
Claude Bernard Ecologie
24
3ème partie
Introduction
Pollution des voitures thermiques
Conception des voitures électriques
Impacts sur l’environnement
Conclusion
Glossaire
Bibliographie
Claude Bernard Ecologie
25
Les impacts de la voiture électrique
1. IMPACT SUR LE RESEAU ELECTRIQUE
Y-aura-t-il des conséquences importantes sur le réseau électrique ?
A. Plus de voiture électrique, plus de demande en électricité
Si le développement de la voiture électrique est important, il y aura forcément beaucoup plus
de demande, voir des problèmes sur le réseau électrique. Or l'électricité est une énergie que nous
ne savons pas stocker en quantité importante. Il faut donc toujours ajuster l'offre à la demande.
Mais la demande varie constamment en fonction de la saison, de l'activité économique, de la
période de la journée, de la durée du jour et de la nuit... La consommation en électricité est donc
très irrégulière, et la production doit s'y adapter.
En France, la consommation en électricité est décrite ci-dessous, elle comprend deux pics de
consommation en électricité.
Claude Bernard Ecologie
26
Les impacts de la voiture électrique
La voiture électrique est principalement faite pour couvrir des trajets domicile/travail.
Nous pouvons supposer que le véhicule électrique est rechargé la nuit lorsqu'il est au
domicile de façon à être opérationnel le matin, et éventuellement en milieu de journée
sur le parking du lieu de travail, c'est à dire entre les pics de consommation. On évite
ainsi la demande supplémentaire due aux voitures électriques au moment des pics de
consommation. Ainsi, les problèmes de disponibilité du réseau électrique paraissent
donc improbable.
B. La voiture électrique de nature à « lisser » la demande en
électricité.
Dans le point précédent, nous avons mis en évidence le fait que la voiture électrique
serait principalement rechargée pendant la nuit et éventuellement dans l’après midi. Elle
aurait donc tendance à "lisser" la demande en électricité. Or l'électricité étant une
énergie dure à stocker et dont la demande est difficile à prévoir, ce "lissage" permettrait
de réguler la consommation d'électricité, d'améliorer le rendement des centrales et de
limiter les pertes inutiles. On peut même imaginer que la voiture électrique produise une
baisse du cout de l'électricité...
C. Un réseau intelligent : « le smart-grid »
Et si au contraire, la voiture électrique permettait de diminuer la production
d'électricité ?
Nous avons mis en évidence que le problème de l'électricité était l'impossibilité de la
stocker. Or, le véhicule électrique, c'est aussi une batterie ! Il est donc possible
d'imaginer que la charge de la voiture électrique soit intelligente : les voitures
pourraient servir de stockage tampon pour limiter les variations de consommation.
Claude Bernard Ecologie
27
Les impacts de la voiture électrique
Lorsque la demande est faible, comme la nuit, les véhicules électriques sont
chargées au maximum pour éviter les surproductions. A l'inverse, lors de brefs pics de
demande, les voitures électriques pourraient décharger quelques kilowattheures sur le
réseau pour gommer ces pointes. Ainsi, nous économiserions la construction d'une
centrale nucléaire !
Nul doute que l'investissement dans un réseau intelligent de ce type, qui fait
communiquer la demande d’électricité avec les voitures électriques connectées est
moindre, comparé au coût de développement et de construction d'une centrale
nucléaire.
2. L’IMPACT ENVIRONNEMENTAL DE LA VOITURE ELECTRIQUE
Bien que la voiture électrique rejette moins de pollution directe que la voiture
thermique, est-elle réellement une grande avancée environnementale ?
A. Le mix énergétique*
L'électricité est une énergie propre en elle-même, cependant, sa production entraine
une consommation de CO2. Elle est donc un tant soit peu polluante mais tout dépend
de sa provenance (centrale thermique, barrage hydraulique, éolienne…).
Claude Bernard Ecologie
28
Les impacts de la voiture électrique
La pollution dépend des pays. En effet, si un pays X a 15% d'électricité produite par
les barrages hydrauliques, et qu'un pays Y a seulement 10% d'électricité produite par
les barrages hydrauliques, l'électricité dans le pays X pollue moins que celle du pays Y.
En bref, la pollution de la voiture électrique dépend de la quantité de CO2 nécessaire à
la production d'un kWh d'électricité dans le pays dans laquelle on la recharge.
Dans presque tous les pays, le mix énergétique semble favorable à la voiture
électrique. De toute façon, au niveau pollution, la voiture électrique sera toujours au
moins aussi rentable que la voiture thermique, mais le plus souvent bien plus rentable.
De plus, il est toujours plus efficace de produire de l'énergie de façon centralisée
(comme pour les voitures électriques) que d'en produire dans les "mini-centrales" que
sont nos voitures thermiques.
Claude Bernard Ecologie
29
Les impacts de la voiture électrique
B. La limitation des centrales thermique
En France, nous utilisons des centrales thermiques pour réguler la production
d'électricité, et pouvoir répondre au pointe de consommation plus facilement. Or ce sont
de ces centrales que viennent les principales émissions de CO2 dues à la production
d'électricité. Les voitures électriques pourraient donc aider à limiter l'usage de ces
centrales, et ainsi faire baisser les émissions de CO2 par kWh produit.
En plus de cela, le déploiement des voitures électriques pourraient être accompagné
de plusieurs autres facteurs d'amélioration environnemental tels que la meilleure qualité
du parc énergétique d'EDF, qui investirait dans la modernisation du parc thermique, et
dans la création de centrales à Cycles Combiné Gaz (CCG)*.
Ces améliorations, permettraient de :
- diviser par deux les émissions de dioxyde de carbone (CO2).
- diviser par trois les émissions d'oxydes d'azote (NOx).
- supprimer les émissions d'oxyde de soufre (SO2).
Le déploiement de la voiture électrique pourrait aussi favoriser le développement des
énergies renouvelables. En effet, le problème majeur des systèmes photovoltaïques et
éoliens est le stockage de l'énergie produite. Or les batteries automobiles pourraient
avoir une deuxième vie - après leur utilisation normale - en servant au stockage des
énergies renouvelables, et ainsi pallier à l'intermittence de ces énergies. L'électricité
supplémentaire consommée par les voitures électriques pourrait donc venir de sources
renouvelables dont le développement serait la conséquence de leur existence ! Il est
également intéressant de se pencher sur la géothermie* : les marges de progression de
cette technique sont importantes. Cette technologie fonctionne bien en agglomération
pour injecter de l'eau chaude dans les réseaux de chaleur. Il est également possible de
développer la géothermie pour produire de l'électricité à partir de la chaleur, là où il
n'existe pas de réseau pour l'exploiter directement.
Grâce à toutes ces pratiques, nous pourrions passer d'une voiture où nous forons le
sol pour trouver du pétrole, à une voiture où nous utilisons presque exclusivement des
énergies renouvelables, et qui aide ces dernières à ce développer !
Claude Bernard Ecologie
30
Les impacts de la voiture électrique
C. La centralisation de la pollution
Le modèle de la voiture électrique permet enfin de centraliser les émissions de
polluants au niveau des centrales électriques. Il en résulte deux conséquences :
- En termes de santé publique, la pollution est déplacée en dehors des centres
urbains. Il en résulte un gain social sur le confort, la santé, et les dépenses qui y sont
associées,
- La pollution induite par la voiture électrique est concentrée sur quelques sites. A
cette échelle, des actions correctrices peuvent être mises en place, comme le traitement
des fumées des centrales électriques pour capter le carbone et les autres polluants.
D. Une voiture silencieuse
La voiture électrique permettra de révolutionner les centres urbains. D'abord, plus
d'huiles de moteurs qui ruissèlent avec les eaux de pluies. Mais surtout, la voiture
électrique est absolument silencieuse (à l'exception de quelques bruits de roulage). Finis
les démarrages en trombes au feu ou les abords de périphériques bruyants.
Comme une voiture silencieuse pourrait être dangereuse pour les pétons, des
acousticiens travaillent à sonoriser le véhicule électrique en fonction de sa vitesse. La
révolution électrique sera aussi sonore !
Claude Bernard Ecologie
31
Conclusion
Introduction
Pollution des voitures thermiques
Conception des voitures électriques
Impacts sur l’environnement
Conclusion
Glossaire
Bibliographie
Claude Bernard Ecologie
32
Conclusion
A travers ce dossier nous venons de démontrer que la voiture électrique pourrait
réduire la pollution du fait qu'elle n'utilise pas de gaz a effet de serre. Mais elles ne sont
pas aussi écologique qu'ont pourrait le penser. En effet la production de l'énergie
nécessaire a son fonctionnement est polluante.
La voiture électrique consomme de l'électricité, elle même produite par des centrales
qui sont responsables d'émissions de gaz à effet de serre et de pollution. A l'échelle
individuelle, si on recharge la voiture sur une source d'énergie renouvelable, on ne
génère pas de CO2. Pour réduire les émissions globales de CO2, la meilleure stratégie
consiste à développer l'électricité renouvelable d'abord, puis à arrêter progressivement
utilisation des centrales aux charbons.
Cependant il faut améliorer la densité énergétique de la batterie (c'est adire la capacité
à stocker le plus d'ions lithium par la masse de la batterie), actuellement la batterie au
lithium ion est capable de stocker 200Wh/Kg.
La voiture électrique reste le meilleur moyen de réduire la consommation de
pétrole. Nous savons qu'aujourd'hui le pétrole est une source qui ne perdurera pas dans
le temps. La voiture électrique peut être une solution pour limiter l'utilisation du pétrole;
pour autant, les firmes automobiles devront, pour le bien de l'environnement, investir de
plus en plus dans la recherche et dans le développement durable afin de trouver des
solutions réelles et concrètes pour diminuer les émissions de CO2.
Claude Bernard Ecologie
33
Glossaire et bibliographie
Introduction
Pollution des voitures thermiques
Conception des voitures électriques
Impacts sur l’environnement
Conclusion
Glossaire
Bibliographie
Claude Bernard Ecologie
34
Glossaire
1.
Centrales à Cycles Combinés Gaz (CCG) :
Centrale thermique à très haut rendement, la Centrale à Cycle Combiné au Gaz naturel
cumule une turbine à gaz et une turbine à vapeur afin de produire l'électricité tout en
minimisant le combustible utilisé et surtout les émissions de CO2. Ainsi les émissions
de gaz à effet de serre sont deux à trois fois inférieures aux centrales thermiques
fonctionnant au fioul et au charbon. Les cycles combinés constituent à ce jour et de
très loin la technologie la plus propre et efficace pour produire l'électricité de semipointe, de façon flexible et réactive.
2.
Géothermie :
Technique utilisant la chaleur sous-terraine pour créer de l'électricité.
3.
Lithium
Métal alcalin blanc argent. C'est le solide le plus léger que l'on connaisse.
Chimiquement, il ressemble à du sodium mais il est moins actif. Il entre dans la
composition des alliages et ses sels ont des usages très variés.
4.
Mix énergétique
Origine de la création d'énergie. Par exemple pour la création d'électricité :-X% via
centrales nucléaires.-Y% via centrales thermiques.- Z% via énergies renouvelables.
Claude Bernard Ecologie
35
Bibliographie
Première partie
Les sites
http://economiedurable.over-blog.com/article-le-probleme-de-la-voiture-electrique58571990.html
http://www.cartech.fr/news/voiture-electrique-occasion-prix-39752573.htm
http://adilca.ifrance.com/pollut.pdf
http://www.eco-revolution.fr/article-87-vehicule-electrique--greenwashing-contredecroissance
http://www.developpement-durable.gouv.fr/Les-technologies-du-thermique-a-l.html
http://seme.uqar.qc.ca/08_pollution_industrielle/pollution_thermique.htm
http://www.oodoc.com/119474-tpe-voiture-electrique.php
http://diego-gutierrez.perso.neuf.fr/tpe/histoire.html
http://www.eco-transport.fr/histoire-voiture-electrique/
http://www.avem.fr/index.php?page=ve&cat=models
http://www.ddmagazine.com/1155-histoire-de-la-voiture-electrique.html
http://www.voiture-electrique-populaire.fr/vehicule/histoire
http://www.cartech.fr/blog/la-voiture-electrique-on-parle-deja-de-pollution-39707141.htm
http://www.lejdd.fr/JDD-Paris/Actualite/Pollution-Danger-dans-les-voitures-102370/
Claude Bernard Ecologie
36
Bibliographie
Deuxième partie
Les sites
http://www.futura-sciences.com
http://www.auto-électrique.org
http://renault.fr
http://fr.wikipedia.org
http://www.avern.fr
Claude Bernard Ecologie
37
Bibliographie
Troisième partie
Les sites
http://www.actu-environnement.com/ae/news/etude-ibm-eti-vehicule-electriqueimpact-reseau_9848.php4
http://carfree.free.fr/index.php/2008/05/31/automobile-co2-effet-de-serre-etrechauffement-climatique/
http://www.notreplanete.info/actualites/actu_2339_transport_routier_rechauffement_climatique
http://monpetitcabanon.free.fr/Desgazdechappement.html
http://www.consultant-carbone.net/Pourquoi-la-terre-chauffe.html
http://www.sondelambda.fr/typo3temp/pics/465a9b1268.jpg
http://www.voiture-electrique-populaire.fr/enjeux/energie/environnement
Les documents
http://www.fne.asso.fr/com/dossierpresse/dp_fne_ve_150909.pdf
http://www.archivehost.com/files/729485/6140671c318d492663f5d73659228ccaa362cf39/LES_CARBURAN
TS_ET_LA_COMBUSTION.pdf
Claude Bernard Ecologie
38
Co-auteurs
Yasmina Benarib, ingénieur en urbanisation chez Véolia
Jimmy Kaddouri, ingénieur-concepteur de moteur
électrique chez Citroën
Even Le Barazer, chercheur en environnement à
l’université d’Orsay
Cahiers écologie édités par l’association Claude Bernard
dans le cadre du TPE de 1eS1
Mars 2011
Claude Bernard Ecologie
39