Les deux vies de la batterie de voiture

Un jour ou l’autre, c’est la fin: au bout de quelques années d’utilisation quotidienne, la capacité des batteries de voiture passe en dessous des valeurs approximatives. C’est pourquoi, afin de garantir la mobilité électrique le plus longtemps possible, les constructeurs automobiles doivent se vouer dès aujourd’hui à la question de la durabilité: comment donner vie une seconde fois à nos batteries?

Rappelons-nous la célèbre publicité diffusée dans les années 1980 et 1990: le lapin bat inlassablement du tambour. Mais un jour ou l’autre, ce jouet rendrait l’âme lui aussi parce que la batterie en question ne fonctionne plus.

Jadis une multitude de batteries de voiture, aujourd’hui un grand tout: vue sur les batteries e-tron transformées en un accumulateur multi-usage sur le campus EUREF à Berlin. (AUDI)
Jadis une multitude de batteries de voiture, aujourd’hui un grand tout: vue sur les batteries e-tron transformées en un accumulateur multi-usage sur le campus EUREF à Berlin. (AUDI)

C’est dans la nature des choses: les batteries et accumulateurs s’améliorent toujours, fonctionnent de plus en plus longtemps, et ce pour une utilisation de plus en plus intense en énergie. Mais aujourd’hui encore, leur capacité diminue au fil du temps, jusqu’à ce qu’elles ne puissent plus remplir suffisamment leurs tâches. Pour les voitures électriques, cette date est peut-être encore lointaine. Mais les ingénieurs travaillent aujourd’hui déjà afin de trouver des solutions pour les questions de durabilité de demain.

Toute personne qui a un smartphone connaît ce problème: au bout de deux ans d’utilisation, l’accumulateur se décharge plus rapidement qu’au bout d’un an. Et en fait, il se déchargeait au bout d’un an déjà plus rapidement qu’à l’achat.

Le même processus a lieu avec les batteries d’une voiture électrique. Même s’il est beaucoup plus lent bien entendu. Pour l’e-tron, comme pour la garantie d’un véhicule normal, Audi accorde une garantie sur la batterie haute tension couvrant tous les défauts de matériel et de construction. Évidemment, on ne peut pas mettre la période de garantie et la durée de vie de la batterie sur le même plan. Le délai de garantie constructeur sur la batterie de l’e-tron est de huit ans ou 160 000 kilomètres.

Et que faire si la batterie ne fonctionne plus?

Le lapin Duracell en est un exemple, le smartphone un autre. La question de la vie des cellules d’énergie se pose également en ce qui concerne la voiture électrique. D’autant plus que les batteries contiennent une grande quantité d’énergie de production ainsi que de nombreuses matières premières précieuses et pas seulement écologiques. Ceux qui thématisent la mobilité électrique de manière durable doivent donc se poser la question: comment continuer à utiliser les batteries qui ne servent plus dans une voiture?

Tournant à 180 degrés à Davos

Janvier 2020, Davos: l’élite du monde politique et économique se rencontre lors du Forum économique mondial (FEM). Sur place également: la flotte de navettes d’Audi, qui est partenaire officiel du FEM. Près de 90 pour cent des voitures, soit près d’une centaine, sont à entraînement électrique.

La flotte Audi et le conteneur de recharge à Davos. (AUDI)
La flotte Audi et le conteneur de recharge à Davos. (AUDI)

Celles-ci sont rechargées pour ainsi dire par leurs prédécesseurs. Quatre batteries e-tron usagées sont montées dans chacune des trois stations de recharge mobiles. Des exemplaires qui n’offrent plus une capacité de stockage suffisante pour être utilisés sur les routes, mais qui rendent encore leurs services comme auxiliaire de recharge. Il s’agit là quasiment d’un tournant à 180 degrés de leur finalité.

Données clés de cette solution: chaque conteneur dispose d’une puissance de recharge totale d’environ 700 kW et de trois bornes de recharge délivrant chacune 150 kW et ayant une capacité de stockage de près de 1,0 MWh. Ceci en coopération avec l’entreprise technologique suisse ABB.

Une collaboration similaire existait en janvier entre Audi et la course du Hahnenkamm à Kitzbühel, la grande manifestation de la Coupe du monde de ski alpin. Pour la première fois, l’entreprise y a utilisé un conteneur de recharge ne contenant pas des batteries e-tron complètes mais des modules individuels.

De nombreuses autres applications lors de grands événements étaient ou sont prévues, par exemple dans le cadre de la saison de Formule E de 2019/2020. Mais comme la plupart des courses électriques ont dû être annulées au printemps et en été en raison de la crise du coronavirus, la solution de conteneur durable a elle aussi été moins utilisée. 

En tout cas: une batterie est une batterie. Qu’elle se trouve dans la voiture et aide à se déplacer ou qu’elle serve en dehors de celle-ci à la recharger. Ainsi, ces accumulateurs d’énergie ayant droit à une «deuxième vie» sont appelés batteries «second life».

Vue en coupe d’une batterie de l’Audi e-tron. (AUDI)
Vue en coupe d’une batterie de l’Audi e-tron. (AUDI)

Pourquoi une batterie se décharge-t-elle?

 Mais pourquoi tout cela en fait? Nous comprenons que la performance des batteries diminue au fil du temps parce que nous en sommes constamment témoins. Quelle est la raison pour cette décharge continue? 

En gros, on peut dire que l’énergie chimique dans une batterie se transforme en énergie électrique. Cela a lieu suite à la réaction redox. «Redox» est un mot-valise formé par la combinaison des termes réduction et oxydation. Un pôle cède des électrons (oxydation), qui sont captés par l’autre pôle (réduction). D’où les signes plus et moins connus et d’où l’importance de placer la batterie dans le bon sens dans un appareil. 

Lors de la procédure de recharge, le plus s’oxyde et lors de la procédure de décharge, le moins fait de même. Néanmoins, des produits annexes se forment également lors de ce processus. En d’autres termes: les électrons ne passent jamais intégralement du plus au moins ou inversement. Certains d’entre eux «disparaissent» parfois, on pourrait dire qu’ils font «fausse route».

Ce qui signifie qu’au fil du temps, de plus en plus d’électrons s’égarent. Le nombre d’électrons passant du plus au moins et inversement diminue de plus en plus. C’est pourquoi la capacité de la batterie diminue.

Des ouvriers installent des câbles haute tension dans l’usine e-tron de Bruxelles. (AUDI)
Des ouvriers installent des câbles haute tension dans l’usine e-tron de Bruxelles. (AUDI)

Bien entendu, cet inconvénient de la réaction redox était connu dès le départ des fournisseurs de mobilité électrique. Les recherches sur la deuxième vie des batteries ne datent donc pas d’hier. Dans le cas d’Audi, un atelier de réflexion berlinois apporte des solutions créatives décisives concernant la (sur)vie des batteries.

Ce think tank est composé de 23 collaborateurs. Huit d’entre eux travaillent de manière fixe dans l’atelier de réflexion et les 15 autres travaillent en alternance pour six mois. Ils sont issus d’autres services et d’autres sites, où ils retournent une fois les six mois écoulés.

L’accent principal de ces équipes interfonctionnelles: élaborer des modèles d’affaires et des prestations favorisant le développement de l’entreprise, notamment sur la voie la menant vers une «Digital Car Company». À cet égard, le réseautage avec les start-up et la branche numérique joue un grand rôle.

L’atelier de réflexion d’Audi à Berlin – à droite sur l’image: le bloc de batterie. (AUDI)
L’atelier de réflexion d’Audi à Berlin – à droite sur l’image: le bloc de batterie. (AUDI)

En 2018, l’équipe a développé le bloc de batterie Audi. Un coffre rouge de 15 kilos, au format de bagage à main, standardisé. À l’intérieur: un seul module de batterie d’une Audi e-tron, qui y connaît sa «deuxième vie». Son utilisation est imaginable par exemple dans l’artisanat professionnel ou comme batterie de démarrage pour les voitures électriques.

Un accumulateur pour le symbole du tournant énergétique

 Une autre forme de «deuxième vie» se trouve sur le campus EUREF à Berlin. EUREF est le Forum européen de l’énergie. Le campus se voit comme le symbole du tournant énergétique et comme groupe pour les entreprises issues des domaines thématiques correspondants. En 2019, Audi y a mis en service un accumulateur multi-usage qui est également composé d’anciennes batteries de voiture.

Aperçu de l’accumulateur d’énergie sur le campus EUREF.
Aperçu de l’accumulateur d’énergie sur le campus EUREF.

En théorie, l’accumulateur peut alimenter l’ensemble du campus en énergie pendant deux heures environ avec une capacité de 1,9 MWh sans devoir être raccordé à un réseau électrique. Dans le même temps, il remplit une tâche qui est proche du rôle initial des batteries: il alimente les stations de recharge pour voitures électriques en électricité. 

Mais l’accumulateur EUREF est avant tout un «tampon intelligent», qui compense les fluctuations du réseau. Il réagit aux surcapacités dans le réseau électrique et absorbe l’énergie excédentaire dans le réservoir: il n’est alors plus nécessaire par exemple de débrancher provisoirement du réseau les centrales éoliennes dans les Länder autour de Berlin. À l’inverse, il aide à stabiliser le réseau en cas de sous-capacités. Le tampon empêche donc une panne de courant dans le pire des cas. 

Contre les pics et les baisses de courant en Allemagne

Dans un contexte similaire, Audi a annoncé sa collaboration avec Energie Baden-Württemberg (EnBW) en juin 2020. Dans une première étape, les deux partenaires souhaitent ériger cette année encore un accumulateur de référence à partir de batteries de voiture usagées sur le site de la centrale thermique de Heilbronn afin de tester les possibilités.

Dans le Bade-Wurtemberg, des batteries «second life» doivent entre autres aider à compenser les pics de courant de l’énergie éolienne. (AUDI)
Dans le Bade-Wurtemberg, des batteries «second life» doivent entre autres aider à compenser les pics de courant de l’énergie éolienne. (AUDI)

Ici aussi, la vision est que les accumulateurs de batterie doivent aider à équilibrer les hauts et les bas dans le réseau d’électricité. Le crédo: le tournant dans le domaine de l’énergie et des transports vont de pair.

Utilisation également dans le propre centre événementiel

Logiquement, Audi utilise les batteries qui ne servent plus dans la circulation routière pas uniquement pour les autres mais pour elle-même aussi: par exemple dans l’Audi Brand Experience Center à l’aéroport de Munich.

Au premier coup d’œil, l’accent y est mis sur d’autres applications: les cellules solaires, au nombre de 1650, sont évidentes pour chaque visiteur et constituent l’un des plus grands parcs de recharge en Europe. Autre point fort du bâtiment, qui sert de centre de formation et de site événementiel: son concept d’énergie sur la base de la géothermie.

Cellules solaires dans la façade vitrée: l’Audi Brand Experience Center à l’aéroport de Munich. (AUDI)
Cellules solaires dans la façade vitrée: l’Audi Brand Experience Center à l’aéroport de Munich. (AUDI)

L’énergie solaire produite correspond à la consommation de courant de dix ménages de quatre personnes. Mais comment enregistrer cette énergie? Grâce à deux accumulateurs de batterie qui ont été créés à partir d’anciennes batteries de véhicules.

Ce n’est que le début 

De nombreux exemples de batteries «second life» ont vu le jour au cours des douze derniers mois: l’Audi Brand Experience Center par exemple a été présenté fin 2019. Cela montre que la recherche et les découvertes dans ce domaine s’accélèrent de plus en plus. Quelles possibilités les batteries de voiture offriront-elles dans cinq ou dix ans? L’avenir le dira.

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