Quelles batteries pour la voiture électrique ? - Chantal Houzelle

Les Echos, no. 20934 - Innovation, mardi 17 mai 2011, p. 10

Automobile la technologie lithium-ion devrait s'imposer, mais avec deux options possibles. l'une est poussée par le japon et la corée, l'autre par la chine.

Quelle sera la technologie standard qui s'imposera demain pour les batteries des véhicules électriques ? La question devient cruciale à l'heure où le prix de l'essence flambe. En vue de donner un éclairage avisé sur le scénario le plus probable, une équipe de spécialistes de l'intelligence économique de l'Esiee Paris a passé au crible, dans une étude publiée en exclusivité par « Les Echos », les critères techniques, industriels, stratégiques et géopolitiques. Tous concourent à l'émergence de la filière lithium-ion comme la technologie standard à l'échelle mondiale. Un marché considérable, évalué à 20 milliards de dollars à l'horizon de2015.

Il va sans dire que ce choix technologique est primordial pour les constructeurs automobiles qui veulent prendre la pole position sur la voie électrique. Car, outre la difficulté de trouver le meilleur équilibre entre les performances et la sécurité, la batterie représente environ 40 % du coût global de ce type de véhicule.

Déjà prédominante dans l'électronique portable, la technologie lithium-ion tient le haut du pavé en raison de ses avantages. Moins encombrantes et nécessitant peu de maintenance, ces batteries ont une durée de vie plus longue (de cinq à huit ans) et une capacité de stockage d'énergie trois à quatre fois supérieure par unité de masse. Même s'il reste évidemment des points d'amélioration au niveau de la durée de charge ou de l'autonomie. Dans cette filière lithium-ion, 4 options technologiques sont actuellement en course pour les couples cathode-anode de la batterie : nickel-cobalt-aluminium (NiCoAl), nickel-manganèse cobalt (NiMnCo), manganèse (LiMn2O4) et fer-phosphate (LiFePO4). En dépit de leurs bonnes performances techniques, les deux premières solutions posent encore un problème de sécurité qui, s'il n'est pas résolu, risque de compromettre leur développement potentiel.

Le manganèse, standard actuel

C'est la 3e option, basée sur l'utilisation du manganèse (LiMn2O4), la mieux maîtrisée et moins coûteuse, qui a fait l'objet de la majorité des dépôts de brevets et de publications scientifiques à l'échelon mondial au cours de la dernière décennie. Malgré une usure plus rapide de la batterie, cette technologie est devenue la priorité des Japonais et des Coréens. Panasonic et NEC Tokin dominant le marché des batteries pour véhicules électriques, on peut considérer que c'est le standard actuel. « Nous avons la chance de bénéficier de cette technologie en interne grâce à notre alliance avec Nissan, qui a constitué un joint-venture avec NEC. Toutes les solutions ont leurs avantages et leurs inconvénients, mais le manganèse s'avère pour l'instant le meilleur compromis en termes de performances et de coût », estime Thierry Koskas, directeur du programme véhicule électrique de Renault.

La Chine choisit sa propre voie

Certes moins mature, la 4e option technologique utilisant le phosphate de fer (LiFePo) a néanmoins une longueur d'avance au niveau d'un point critique : la sécurité. « La dangerosité des batteries peut être en effet considérée comme un élément particulièrement important, car un seul incendie de voiture électrique pourrait conditionner l'opinion publique et ralentir le développement de ce marché », soulignent les auteurs du rapport constatant que les recherches se sont accélérées dans cette voie à partir de 2004.

La Chine en a d'ailleurs fait sa priorité. Plus de 60 % des brevets protégeant la technologie lithium-fer-phosphate ont été déposés auprès de l'office chinois de la propriété industrielle (Sipo) sur la période 2000-2010. « La part conquise par la Chine au cours des dernières décennies, montre une stratégie univoque de ce pays au niveau des batteries pour véhicules électriques. Le choix du champion national BYD dans ce secteur est un autre marqueur de cette orientation stratégique », soulignent les experts de l'Esiee Paris.

Un problème de brevets

Depuis 2007, le nombre de brevets déposés autour de cette technologie a même enregistré une accélération spectaculaire sous l'impulsion de la Chine, qui a engagé un vaste programme de développement. Mais les industriels chinois ne pourront pas propulser ce choix technologique comme un standard en dehors de leur marché domestique, sans avoir réglé au préalable un épineux problème de propriété industrielle. Comme l'explique Antoine Schoen, enseignant-chercheur à l'Esiee qui a dirigé cette étude : « Nos recherches nous ont amené à découvrir que les brevets fondateurs de cette technologie fer-phosphate ont été déposés par l'université de Montréal, Hydro Québec et par le CNRS. »

A ce stade, on ne sait pas encore si cette puissance industrielle reconnaîtra le caractère bloquant de ces brevets, mais le dénouement a priori imminent de ce dossier sera, selon lui, riche d'enseignements. « Il peut soit signer l'instauration d'un régime conflictuel entre l'Occident et la Chine sur le terrain technologique. Ou il peut annoncer une insertion de la Chine dans le concert des nations en matière de propriété intellectuelle .» Au-delà des royalties liées à une cession de licence d'exploitation, une issue favorable apporterait au CNRS une reconnaissance internationale de sa contribution à cette nouvelle voie technologique pour les véhicules électriques.

Chantal Houzelle

Les pistes de recherche en France

Lithium-ion : dans cette filière qui s'avère la plus prometteuse à moyen terme, la recherche française porte notamment ses efforts sur l'élaboration de nouvelles électrodes à base de nanosilicium. Le développement industriel de la seconde génération de ces batteries est attendu pour 2016-2020. Lithium-métal-polymère : cette nouvelle approche vise à améliorer la sécurité des batteries par le recours à un électrolyte sous forme de gel, moins volatil et moins inflammable qu'un liquide. Les performances attendues sont proches de la technologie lithium-ion. Lithium-air ou zinc-air : ces solutions sont explorées car elles promettent, en théorie, des performances beaucoup plus élevées que les batteries lithium-ion, comparables à celles des véhicules thermiques. Mais pour envisager leur déploiement industriel à plus long terme, il faudra passer par de vraies ruptures technologiques. Source : ministère de la Recherche.

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