LA PROPULSION ELECTRIQUE : MOTEUR DU MARCHE NAUTIQUE DE DEMAIN?

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1 LA PROPULSION ELECTRIQUE : MOTEUR DU MARCHE NAUTIQUE DE DEMAIN? Lettre de Veille Novembre 2009

2 Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p

3 LA PROPULSION ELECTRIQUE : UN NOUVEAU SOUFFLE POUR LE NAUTISME 5 UN ENVIRONNEMENT À RESPECTER 5 LE MARCHÉ 8 LA RÉGLEMENTATION 9 LA PROPULSION ELECTRIQUE : ASPECTS TECHNIQUES 12 LA CHAÎNE DE PROPULSION 12 LES BATTERIES 15 LES FREINS AU DÉVELOPPEMENT DE LA PROPULSION ÉLECTRIQUE 18 INITIATIVES ET INNOVATIONS 23 DANS LE NAUTISME 23 DANS L AUTOMOBILE 25 DANS LES AUTRES SECTEURS 27 SOURCES 29 Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.3

4 Le premier bateau électrique a été inventé en 1881 par le chimiste parisien Gustave Touré. Un siècle plus tard, l utilisation du moteur électrique reste marginale. Son voisin thermique a eu les faveurs du public et des constructeurs. Mais la donne change, les réserves de pétrole s épuisent, la préservation de notre environnement est devenue l enjeu majeur du XXIème siècle et le prix des matières fossiles augmente. La conception de nouveaux modes de propulsion est nécessaire. Pile à combustible à hydrogène, moteur hybride, énergies renouvelables, quelque soit la solution les objectifs doivent répondre aux : - Enjeux du développement durable - Besoins et attentes du public - Evolutions réglementaires La propulsion électrique fait partie de ces axes de recherche et de développement. Les véhicules électriques s invitent dans les catalogues des constructeurs automobiles, dans les réseaux de transport en commun et dans nos ports. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.4

5 LA PROPULSION ELECTRIQUE : UN NOUVEAU SOUFFLE POUR LE NAUTISME La conservation et la protection du milieu marin sont des valeurs souvent évoquées par les plaisanciers. Si les caractéristiques des moteurs électriques s accordent à ces valeurs, peu de plaisanciers ont à l heure actuelle choisit ce mode de propulsion. Le marché reste cantonné à la navigation en eaux intérieures pour les collectivités et les loueurs. Un environnement à respecter Les différents sondages le prouvent, en France ou ailleurs, le respect de l environnement devient une préoccupation majeure. Les atouts écologiques des moteurs électriques s affichent : o o o Zéro émission polluante Zéro gaz à effet de serre Zéro bruit Des plaisanciers soucieux de l environnement Selon le baromètre IRSN 2009 La perception des risques et de la sécurité par les français, la dégradation de l environnement apparaît comme un problème majeur pour plus de 20% des français interrogés. Depuis 4 ans, cette préoccupation vient juste derrière les problèmes sociaux comme le chômage et la misère. En France, parmi les problèmes actuels suivants, lequel est pour vous le plus préoccupant? (Résultats cumulés) Le chômage La misère et l'exclusion Les conséquences de la crise financière La dégradation de l'environnement Les bouleversements climatiques Le sida L'insécurité Les toxicomanies Les risques nucléaires Les accidents de la route Le terrorisme Les risques chimiques Les risques alimentaires Ne sait pas 0,5 9,9 9,5 9,3 8,6 8,2 7,8 6 5, , ,5 37 Source : La perception des risques et de la sécurité par les français, IRSN, 2009 Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.5

6 Même son de cloche du côté des plaisanciers. Sur la question «Quand je fais de la plaisance», l étude ODIT 2008 sur le marché de la plaisance fait apparaître que le respect de l environnement est un critère très important pour 78% des plaisanciers. Pourtant, selon cette même étude de l ODIT en 2008 sur le marché de la plaisance, le critère environnemental ne conditionne pas l achat d un bateau. Source : Le marché de la plaisance, Odit, 2008 La qualité environnementale ne représente que 1% des réponses spontanées citées comme critère de choix pour l acquisition d un bateau. En somme, la qualité environnementale d un bateau à propulsion électrique est un atout seulement si les critères suivants sont préalablement remplis : - Les performances - Le prix - Le confort - La sécurité Cette donnée peut expliquer en partie le faible intérêt actuel des plaisanciers pour les moteurs électriques dont le prix est généralement plus élevé. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.6

7 L électrique, au service de l environnement? La donnée est souvent contestée, le moteur électrique est-il vraiment un mode de propulsion qui aura un impact écologique bénéfique pour l environnement? Pour ses détracteurs, l argument de la production d électricité par le nucléaire est avancé. Les centrales nucléaires émettent du CO² et le passage à un tout électrique augmenterait leur nombre. Pour ses défenseurs, la propulsion électrique fait partie d un mix énergétique et permet de réduire considérablement les émissions de gaz carbonique. L European Association for Battery Electric Vehicles a décidé de mener une étude comparant la consommation énergétique et les émissions de CO² entre des véhicules électriques et des véhicules à carburant. La production d électricité se base sur le mix électrique belge. Selon cette étude, l empreinte écologique de l électrique sur l environnement est plus faible que le thermique. Source : Consommation énergétique et émission de CO² générées par les véhicules électriques : Comparaison avec les véhicules à carburant, Going Electric, 2009 L argument écologique semble tenir. De plus, un moteur électrique contient environ 10 fois moins de pièces qu un moteur thermique. Ce qui signifie moins d entretien et surtout moins de pièces de rechange à fabriquer et à remplacer. Cependant, comme le démontre l Ademe dans son étude Enjeux, consommations électriques, émissions CO2 des transports électriques à l horizon , dans le cas où l électricité produite provient de centrales à charbon, au fioul ou au gaz, le bilan d un véhicule électrique «Plant to Wheel» est moins bon que celui d un véhicule thermique. Le type de source de production électrique est donc fondamental dans le calcul de ce bilan carbone. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.7

8 Le marché Une absence de chiffres Le marché du bateau électrique est marginal, si marginal que les statistiques françaises ou étrangères sur le nautisme ne prennent pas en compte ce type de motorisation. En France, en eaux intérieures, seuls les bateaux de plus de 5 mètres ou de plus de 4.5kW de puissance propulsive sont enregistrés. De nombreuses petites embarcations équipées d un moteur électrique ne sont donc pas comptabilisées. Pour les autres embarcations en eaux intérieures ou maritimes, aucune donnée relative à la propulsion électrique n est recensée, les bateaux électriques étant classés dans la catégorie des bateaux à moteur. Les autres fédérations ou associations contactées n ont pas beaucoup plus de chiffres. The Electric Boat Association au Royaume-Uni indique que le parc de bateaux électriques s élève à environ unités. Comparé au parc national tous bateaux confondus qui est de unités en 2008, la propulsion électrique ne représenterait que 0.36% du parc total. Cependant, cette association insiste sur l augmentation de son nombre d adhérents, +25% sur les 5 dernières années. Aux Pays-Bas, le nombre de bateaux équipés d une propulsion électrique ou hybride atteint également unités, soit 0.7% du parc total néerlandais. L Elektrisch Varen, organisme et magazine dédié aux bateaux à propulsion électrique ou hybride, estime que ce marché devrait doubler voire tripler d ici 5 ans. Aux Etats-Unis, la National Marine Manufacturers Association ne possède aucune donnée statistique sur les bateaux électriques : «It s such a small part of the overall scheme of things here.» Petite part certes mais pour un marché qui est certainement le plus important au monde. En effet, le parc de bateaux électriques est estimé à 1% du parc total selon Pontoon & Deck Boat Magazine. Sur un parc estimé à de bateaux, les unités équipées d une propulsion électrique seraient de segments Le bateau électrique est surtout présent dans les eaux intérieures. En France, la clientèle est essentiellement composée de collectivités, de parcs de loisirs ou de loueurs privés. Le marché est divisé en 4 segments : - Le marché des bases de loisirs o Petites unités à la location o 90% des débouchés des constructeurs o L entreprise Ruban Bleu, leader européen des bateaux électriques sur le secteur fluvial, s est spécialisée dans cette branche - Le marché des services o Transport public de passagers pour les collectivités o La Rochelle, Monaco ou Marseille entre autres ont adopté la propulsion électrique pour leurs bateaux bus Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.8

9 - Le marché des promenades touristiques o Bateaux de grande capacité (50 à 100 passagers) destinés à une navigation sur voies d eaux intérieures (lacs et rivières) - Le marché du tourisme fluvial o Location de bateaux habitables type coches de plaisance ou pénichettes o La pénétration de ce marché est freinée par le manque d autonomie des bateaux électriques Dans les eaux maritimes, le moteur électrique reste rare. La réglementation En France En France, la réglementation de navigation en eaux intérieures est régie par le décret n du 2 août 2007 relatif au permis de conduire et à la formation à la conduite des bateaux de plaisance à moteur. La réforme du permis plaisance du 01/01/2008 a quelque peu modifié la navigation sur les eaux intérieures. Le permis avec option «Eaux intérieures» est obligatoire pour tous les bateaux à moteur dont la puissance est supérieure à 4.5 kilowatts (6 chevaux) et lorsque la longueur du bateau est limitée à 20 mètres. Les bateaux à voile dont la puissance du moteur est supérieure à 4.5kw ne dérogent pas à la règle. Pour les bateaux supérieurs à 20 mètres, une extension «Grande plaisance fluviale» avec une formation pratique de 9 heures est nécessaire. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.9

10 Pour naviguer à la fois en mer et sur les eaux intérieures avec un bateau équipé d un moteur de plus de 4.5kW, il est donc nécessaire d obtenir les deux options ou extensions spécifiques à chaque plan d eau. Cependant, il convient de noter que la plupart des moteurs électriques pour les hors-bords ont une puissance inférieure à 4.5 kilowatts. Ils peuvent donc être conduits sans permis. Pour la navigation en eaux intérieures, il est nécessaire de s acquitter auprès des Voies Navigables de France (VNF) de la vignette plaisance. Le coût du péage dépend de la surface du bateau et la durée d utilisation du réseau. Les embarcations de 5 mètres ou moins et dotées d un moteur de moins de 9.9 CV (7.29Kw) sont exonérées. Du côté des constructeurs, tous les bateaux de plaisance y compris électriques destinés à des fins de loisirs ou sportives doivent répondre à la directive 94/25/CE. En Europe et dans le monde En Europe, la résolution n 40 des Nations Unies adoptée par le groupe de travail des transports par voie navigable le 16 octobre 1998 recommande : «la délivrance, sur demande et si les conditions requises énoncées à l'annexe 1 sont remplies, d'un certificat international concernant la compétence des conducteurs de bateaux de plaisance ("certificat international") délivré à ses ressortissants ou à ses résidents conduisant des bateaux de plaisance se rendant dans les eaux de pays étrangers, par l'autorité compétente ou par des organismes agréés par les gouvernements.» Les titulaires français d un permis option «eaux intérieures» ou «grande plaisance» peuvent obtenir sur demande un certificat international de conducteur de bateau de plaisance. Muni de ce certificat, de son permis français et d un bateau immatriculé en France, le plaisancier français peut en théorie, à l instar du permis de conduire international pour les véhicules automobiles, naviguer dans les pays appliquant cette résolution. A noter toutefois que cette résolution n est qu une recommandation, chaque pays étant libre de l adopter ou non, de se singulariser en y introduisant des règles spécifiques. Comme le précise la commission des pétitions du parlement européen du 16 mars 2004 : «Il n existe aucun cadre réglementaire européen concernant les permis de conduire de bateaux de Plaisance. Néanmoins, il faut faire référence à la résolution n 40 de la Commission économique pour l Europe des Nations unies. Cette résolution prévoit un «Certificat international de conducteur de bateau de plaisance». Cette résolution pourrait fournir aux États membres une base d octroi de permis de conduire de bateau de plaisance ainsi que de reconnaissance mutuelle des certificats entre États membres.» En pratique, la circulation dans les différents pays de l Union Européenne se fait bien. Le titulaire d un permis français peut naviguer en Allemagne, aux Pays-Bas, au Royaume- Uni, en Suisse, en Autriche ou en Belgique sans difficulté. Le principe de réciprocité permet aux membres des pays acceptant le permis français de naviguer en France. Compte tenu de ce flou juridique, il convient, en cas de doute, de s adresser au bureau régional des affaires fluviales du Nord-Pas-De-Calais. Celui-ci pourra établir les équivalences entre le permis français et le permis du pays de destination. Aucun arrêté ne fixe ces équivalences, ce qui implique une analyse au cas par cas pour certains pays. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.10

11 Au Canada, les lois fédérales régissent la navigation sur les eaux intérieures. Les navigateurs étrangers qui souhaitent circuler sur les eaux intérieures canadiennes doivent apporter la preuve : - Qu ils opèrent avec leur propre bateau (non loué et non enregistré au Canada) - Qu ils ne naviguent pas plus de 45 jours consécutifs sur les eaux canadiennes - Qu ils ne sont pas résidents canadiens Ils doivent également disposer de l équipement de sécurité réglementaire dans leur pays d origine. Il est cependant conseillé pour la navigation en eaux intérieures de satisfaire aux exigences de sécurité canadiennes. A leur entrée au Canada, les bateaux doivent être enregistrés par le service des douanes. Aux Etats-Unis, chaque état établit ses règles de navigation, celles-ci peuvent sensiblement varier. Dès son entrée aux Etats-Unis, un navigateur étranger doit déclarer son bateau au service des douanes. Les résidents de certains pays dont la France et une majeure partie des membres de l UE peuvent se voir remettre un certificat de conduite valable 1 an. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.11

12 LA PROPULSION ELECTRIQUE : ASPECTS TECHNIQUES La propulsion électrique comporte différents éléments qui doivent être adaptés à leur application de destination. Au cœur de la chaîne de propulsion, la batterie est l élément clé qui peut permettre l essor de ce mode de propulsion. A l heure actuelle, le coût de la batterie est le principal frein au développement des véhicules électriques. La chaîne de propulsion Dans le nautisme, le groupe motopropulseur est composé de 5 éléments : - Un système de génération d énergie, la batterie - Un contrôleur ou convertisseur - Un moteur - Une hélice - L instrumentation Les différents éléments La batterie La batterie stocke l électricité produite par un générateur d énergie (énergie nucléaire, fossile, éolienne, solaire, etc.). Sa technologie est définie par plusieurs paramètres : - l énergie massique ou densité énergétique o Capacité d énergie dans un kilogramme - le nombre de cycles de vie - la température de fonctionnement - l auto décharge - la tension - la vitesse de charge - l autonomie Le type de batterie utilisé doit être adapté en fonction de ses caractéristiques et de son application. Dans le nautisme, les batteries Lithium-Ion remplacent peu à peu les batteries plomb, Nickel-Cadmium et Ni-Mh (Métal hydrique). Le contrôleur Le contrôleur sert à convertir l énergie fournie par la batterie en puissance. Il est également appelé convertisseur ou variateur de vitesse. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.12

13 Le moteur à courant continu Deux types de moteur électrique existent à l heure actuelle : - le moteur classique à courant continu dit «brushed» - le moteur sans balais dit «brushless» L appellation «brushless» vient du fait que ce type de moteur ne contient aucun collecteur tournant et donc pas de balais. Il offre un meilleur rendement et une durée de vie supérieure, il est encore peu courant dans le nautisme. L utilisation de fortes puissances nécessaires aux applications nautiques engendre des surchauffes. Le moteur «brushed», actuellement plus robuste et plus fiable, est celui que l on retrouve donc la plupart du temps sur les bateaux électriques. Le moteur électrique offre l avantage d être silencieux et sans vibrations. Si certaines voitures électriques sont équipées d un synthétiseur de sons pour éviter les collisions avec les piétons, dans le domaine du nautisme, le silence, l absence d odeur et de vibrations sont de réels atouts. Dépourvus de courroie, de bougie ou encore de boîte de vitesse, les moteurs électriques sont faciles à entretenir. Leur durée de vie est comprise entre et heures, ce qui les rend quasiment inusables. Certains moteurs sont «réversibles»c'est-à-dire que pour les voiliers en mode «voile» le moteur devient générateur : l hélice entrainée par la vitesse du bateau fait tourner le moteur qui génère du courant et recharge les batteries. L hélice Les hélices marines doivent être adaptées à la motorisation électrique. Contrairement aux moteurs thermiques qui ont un couple faible lorsqu ils tournent à bas régime, les moteurs électriques ont un couple élevé dès leurs premiers tours. Une hélice ayant un pas élevé et un grand diamètre tournant lentement dans l eau offre le meilleur rendement. Afin d exploiter au mieux les différences de vitesse, les fabricants choisissent une hélice à pas variable. De nouvelles innovations voient le jour dans le nautisme, en particulier dans l utilisation des pods. Ce système remplace le couple hélice gouvernail : le pod est déporté à l extérieur de la carène et orientable à 360. Les variations d allure sont plus rapides, la poussée est orientée, les hélices sont plus efficaces. L instrumentation L instrumentation sert à surveiller l état du moteur et de la batterie. Elle se compose en général d un indicateur de niveau de charge des batteries, d un voltmètre moteur et batterie, d un ampèremètre et d un thermomètre moteur. Sur les technologies Lithium polymère ou Lithium-Ion, on surveille aussi les températures des batteries dans les phases de charge car elles sont très sensibles à ce paramètre (certains chargeurs modulent leur courbe de charge en fonction de cette valeur). L instrumentation peut aussi afficher la vitesse, la distance restante au regard du niveau de décharge de la batterie et un logiciel de navigation. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.13

14 Le mix énergétique Dans la propulsion électrique, la génération d énergie permet de charger la batterie en électricité. Cette production d énergie se fait à partir de sources différentes : - Energie nucléaire o Rechargement de la batterie via une prise électrique alimentée par une source de production nucléaire - Energie fossile o Rechargement de la batterie via une prise électrique alimentée par une source de production fossile - Energie renouvelable o Rechargement de la batterie via une prise électrique alimentée par une source de production renouvelable (solaire, éolien, hydrolien ) o Installation à bord permettant de recharger la batterie L utilisation de l énergie fossile (centrale à charbon ou à gaz) pour alimenter les véhicules électriques, compte tenu de sa forte empreinte écologique, n est pas une solution privilégiée. Les principaux constructeurs de véhicules semblent donc s orienter vers un mix énergétique nucléaire et renouvelable. Il s agit à la fois d alimenter les centres de ravitaillement pour la recharge des batteries et de trouver de nouvelles formes d autogénération de l électricité à bord. Dans le nautisme, certaines solutions visent à pourvoir le bateau d installations renouvelables. Le solaire et l éolien constituent une piste cohérente. De nombreux constructeurs font le choix de ce mix pour diminuer l impact écologique lié à la propulsion et l alimentation des appareils de bord. Crédit : C est le cas de la société MW-Line qui équipe ses bateaux de capteurs solaires. L Aquabus possède deux moteurs à propulsion électrique. Il peut transporter jusqu à 75 passagers, son toit est entièrement équipé de 20m² de panneaux solaires. Le bateau a été exploité notamment pendant 159 jours à raison de 12 heures par jour lors de l exposition nationale de Suisse en Plus d 1 million de passagers ont été embarqués kwh d énergie ont été nécessaires pour son exploitation. Environ 18% de cette énergie, soit 2 476kWh, provient des panneaux solaires. Le coût de l énergie prise au réseau équivaut à environ MW-Line estime que pour une exploitation similaire avec une propulsion thermique, litres de diesel auraient été nécessaires soit environ Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.14

15 Les batteries Elément clé de la propulsion électrique, l évolution technologique et la réduction des coûts des batteries permettront le développement de ce mode de propulsion. Comparaison des différentes technologies de batteries 6 types de batteries sont utilisés pour la motorisation de véhicules électriques. Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques principales de ces différentes technologies. Les informations présentées sont un récapitulatif de données en provenance de sources différentes ; institutionnels, fabricants, revues ou sites spécialisés. Les données indiquées par chacune des sources identifiées sont parfois disparates avec des écarts qui peuvent être importants. En conséquence, sur le nombre de cycles, le prix moyen, les comparaisons de taille et de poids, les informations sont à prendre avec précaution. En vert sont surlignés les meilleurs rendements, en rose les plus faibles. Plomb Ni-Cd* Ni-Mh* Li-ion Li- Polymère Zebra Densité énergétique (Wh/Kg) Nombre de cycles (Charge/décharge) 400 à Temps de charge (En heures) 6 à 12h 1h 2 à 4h 2 à 4h 2 à 4h NC Température de fonctionnement -20 à +60 C -40 à +60 C -20 à +60 C -20 à +60 C 0 à 60 C 270 à 350 C Auto-décharge (%/mois) 5% 20% 30% 10% 10% 12% Prix moyen par kwh en NC Rendement énergétique 75% 70-90% 70% 99% 99% NC (Charge/Décharge) Comparaison de poids pour la même capacité <1 NC Comparaison de taille pour la même capacité 3,5 NC 1,8 1 <1 NC Effet mémoire Non Oui Peu sensible Non Non Non Recyclage Oui Non Oui Oui Oui Oui Voltage 2 1,2 1,2 3,6 3,7 2,6 Ni-Cd : Nickel-Cadmium / Ni-Mh : Nickel-Métalhydrure /Li-Ion : Lithium-Ion / Li-Polymère : Lithium-Polymère Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.15

16 Les batteries plomb La commercialisation des batteries au plomb date de 1970, leur technologie est donc bien maîtrisée. Elles sont utilisées dans tout type de véhicule électrique. Avantages Inconvénients - Les moins chères du marché - Contraintes de poids et de masse - Robuste et fiable - Peu de cycle en décharge profonde - Recyclage du plomb - Faible densité énergétique - Présence d acide Les batteries Ni-Cd Depuis le 1 er juillet 2006, la directive européenne 2002/95/CE interdit la commercialisation vers le grand public d éléments électriques ou électroniques contenant du cadmium. Avantages Inconvénients - Temps de charge très rapide - Faible densité énergétique - Robuste et fiable - Effet mémoire - Longue durée de vie - Coût faible Les batteries Ni-Mh Les batteries Ni-Mh équipent les véhicules hybrides type Toyota Prius, Honda Civic et Insight. Avantages Inconvénients - Coût faible - Auto décharge importante - Pas de produits polluants Les batteries Li-Ion Les batteries Lithium-Ion remplacent peu à peu les technologies citées précédemment. Cette technologie est déjà très utilisée dans les batteries de petite taille (téléphones, ordinateurs ). Avantages Inconvénients - Forte densité énergétique - Forme flexible - Moins lourde et moins volumineuse - Faible auto décharge - Grand nombre de cycles - Coût important - Sensible à la surcharge - Problèmes d auto inflammation Les batteries Li-Po Les batteries Lithium-Polymère équipent les prototypes Cleanova et Blue Car. Le rendement énergétique de cette technologie pourrait être plus important, aussi de nombreuses recherches sont en cours. Avantages Inconvénients - Forte densité énergétique - Légère et compacte - Plus sûre que le Lithium-Ion - Coût important - Technologie en phase d expérimentation - Risques d explosion en cas de choc Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.16

17 Les batteries Zebra Les batteries Zebra ou sodium chlorure de nickel (Na/NiCl²) opèrent à haute température, elles équipent notamment 5 bus de l agglomération lyonnaise. Cette technologie est particulièrement destinée aux véhicules de transport lourds. De nouvelles technologies Les recherches sur les batteries avancent, de nouvelles technologies voient le jour. Le Zinc-Argent L entreprise ZPower propose depuis 2007 une alternative à la batterie Lithium-Ion pour les ordinateurs portables. Il s agit d une technologie zinc-argent qui offre une densité énergétique plus importante aux alentours des 200Wh/kg. Autres avantages, elle est ininflammable et son recyclage paraît plus aisé que pour le lithium-ion. Le Lithium-Manganèse Les scientifiques américains de l Argonne National Laboratory ont réussi à doubler la densité énergétique des batteries Lithium-Ion. Avec le Lithium-Manganèse, celle-ci peut atteindre 300Wh/kg. Les cathodes sont composées de 2 couches de nano-cristaux à forte teneur en manganèse. Le coût de fabrication de cette batterie pourrait diminuer : le manganèse permet de remplacer le cobalt et le nickel présents dans les batteries Lithium-Ion dont le coût est supérieur. Le Lithium-Vanadium La batterie Lithium-Vanadium a été développée et présentée par Subaru en 2007 au Tokyo Motor show. Sa densité énergétique pourrait atteindre 350Wh/kg. Cependant, cette technologie n en est qu à son développement, des problèmes de maintien de la qualité de la batterie et de durée de vie subsistent. Le Lithium-Soufre BASF et Sion Power se sont associés pour développer les batteries au Lithium-Soufre pour des voitures électriques et hybrides. La densité énergétique de cette batterie pourrait atteindre 500Wh/kg. Autre avantage d importance, le coût devrait être nettement moins élevé, le soufre étant beaucoup moins cher et beaucoup plus répandu que les autres composants nécessaires dans le Lithium-Ion. Ce type de batterie semble également offrir une meilleure tenue à basse température. Le souci actuel des chercheurs est de résoudre le problème de cycles de charge et de décharge bien trop faible. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.17

18 Les freins au développement de la propulsion électrique Pour certains experts, le développement à grande échelle des véhicules électriques n est pas possible : - Le prix d achat est trop élevé - Les matières premières vont se raréfier - Les infrastructures à mettre en place sont trop coûteuses Un prix à relativiser L étude de Harris Interactive «Autotechcast Europe» indique qu en 2007, 35% des adultes en France, en Allemagne, en Grande-Bretagne en Italie et en Espagne seraient "très" ou "extrêmement" intéressés pour que leur prochain véhicule possède une technologie réduisant la consommation de carburant. Lorsque cette même étude indique que cette technique va augmenter le prix d achat de 950, l intérêt initial chute de 24 points pour atteindre seulement 11%. Voilà donc le principal frein au développement des véhicules électriques ; le prix. Or, dans le cadre d une motorisation électrique, il ne s agit plus de quelques centaines ou milliers d euros. A l achat, un bateau ou une voiture électrique peuvent coûter de 40% à 50% plus chers qu un véhicule à moteur thermique. La batterie, élément clé de la chaîne de propulsion, est la principale responsable de cette inflation. F-City / Fam Automobiles Leaf /Nissan (Prévision) Blue Car / Bolloré (Prévisions)* Coût avec batterie Coût sans batterie (Location) * Bolloré prévoit une location de la voiture à 330 /mois Pour cette raison, la plupart des constructeurs automobiles semblent s orienter vers une location de la batterie pour diminuer le prix d achat. Cependant, les comparatifs vont bon train. Les publicités en faveur des véhicules électriques mettent en avant le faible prix de l électricité par rapport à l essence. Si les calculs sur le coût au kilomètre varient, les chiffres avancés actuellement font état d un prix de 0.07 /km pour l essence contre 0.03 /km pour l électrique. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.18

19 Années d'utilisation Voiture essence 7500 km/an Voiture électrique 7500 km/an Economie réalisée L économie réalisée est donc de au bout de 10 ans et augmente en fonction du nombre de kilomètres parcourus sur une année. Le site compare le coût d une Clio III et d une Blue Car de Bolloré. Résultat, au bout de 10 ans et à raison de km/an, la Blue Car ne coûtera après revente que 2316 de plus que la Clio III. Si le kilométrage annuel augmente à km/an, la Blue Car est nettement moins chère que la Clio III (moins ). Une étude de la Bekerley University va plus loin en calculant, à l horizon 2030, le coût par miles d une voiture électrique et d une voiture à moteur thermique. Cette étude prend en compte le modèle Better Place qui loue et facture la batterie au kilomètre parcouru, supporte les frais d infrastructures et revend l électricité. Le prix de la voiture électrique à l achat est donc le même qu une voiture essence. Les prix de l essence sont calculés en fonction de l Annual Energy Outlook de 2009 (un scénario haut en rouge, un bas en jaune) de l agence internationale de l énergie. La courbe varie peu car la hausse du prix du pétrole est compensée par l augmentation de l efficacité énergétique des voitures à pétrole. Les prix des batteries baissent de 6% par année sur une base de $ pour une technologie Lithium-Ion. La ligne en pointillé reprend le scénario avec une subvention de 2 250$. L écart augmente considérablement d années en années. Source : Electric vehicles in the USA : A new model with forecasts to 2030 Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.19

20 Des ressources suffisantes? Plusieurs arguments ont été avancés concernant la raréfaction des matières premières, en particulier le lithium, et l envolée de son coût. Les études sur les réserves réelles de lithium sur la planète se contredisent. Pourtant, différents facteurs laissent penser que la raréfaction semble improbable. A ce jour, les réserves de Lithium sont estimées à 11 millions de tonnes par l US Geological Survey (USGS). De récentes découvertes en Argentine et aux Etats-Unis pourraient porter ce chiffre à 16 millions de tonnes métriques. Le taux de récupération du lithium est d environ 50% ce qui laisse environ 8 millions de tonnes exploitables pour l industrie. En comptant 3kg de lithium par voiture (Batterie 10kWh) et ce pour véhicules, millions de tonnes de lithium seraient nécessaires. Dans ces conditions, les réserves seraient alors largement entamées au bout de 100 ans. Cependant, le taux de recyclage du lithium d environ 95% permet d éviter largement la pénurie : sur 1.8M de tonnes de lithium, environ 1.7M peuvent être recyclées. Le rapport du cabinet International Meridian Research estime les réserves exploitables de lithium à 4 millions, en l occurrence insuffisantes pour fournir durablement la totalité du parc de véhicules électriques. Ce même rapport indique aussi que le développement d autres technologies de batteries est une alternative permettant de produire sur du très long terme des batteries pour les véhicules électriques. L hypothèse d une envolée des coûts est plus probable. Entre 2003 et 2008, le prix à la tonne du lithium est passé de 350 à 3 000$. Cependant ce coût n est pas très prohibitif puisqu une batterie contient généralement 1 à 3kg de lithium. Le contexte géopolitique alarme certains observateurs. Les plus importantes réserves de lithium, entre 60 et 70%, sont situées en Amérique du Sud et plus particulièrement en Bolivie. Des problèmes pratiques Les freins au développement des véhicules électriques sont aussi pratiques et techniques : - L autonomie d un véhicule reste faible o Les voitures actuelles dépassent rarement 200km d autonomie - Les centres de ravitaillement sont rares o Il n existe donc pas encore d infrastructures pour recharger un parc conséquent de batteries o Les temps de charge sont encore trop longs comparés à un plein d essence en station service Les recherches sur les batteries à recharge ultra rapide évoluent néanmoins rapidement - La production d électricité actuelle n est pas suffisante o Pour couvrir 100% du parc automobile européen, si celui-ci était tout électrique, il faudrait à peu près la production annuelle d électricité de la France - La puissance des moteurs électriques est encore limitée o La propulsion électrique n est pas adaptée à une partie du public attirée par la vitesse, le motonautisme par exemple. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.20

21 Une image à réhabiliter Lent, vieillot, classique, peu performant ; voici quelques adjectifs qui peuvent être attribués aux bateaux électriques. Marshall Duffield, le dirigeant de la société Duffy, leader mondial du bateau électrique, acquiesce : «Ce n est pas dur de fabriquer un bateau électrique, c est difficile d en vendre un. Le public ne veut pas naviguer à 6 miles par heure.» La production de Duffy est essentiellement destinée à la navigation en eaux intérieures. Crédit : Selon Marshall Duffield, les clients n achètent pas ses bateaux électriques pour des questions environnementales ou parce que le prix du carburant a augmenté : «Les femmes les aiment parce qu elles n en ont pas peur, les hommes aiment leur confort». Les ventes de bateaux aux Etats-Unis pèsent 9.2 milliards de dollars dont 7.6 pour les bateaux à moteur. Le marché des bateaux électriques aux Etats-Unis est estimé à environ 1%, dont 90% destinés aux seuls lacs. La cible est orientée vers les retraités, les bateaux à propulsion électrique offrant peu d attrait aux jeunes principalement attirés par la vitesse ou la voile. Aux Etats-Unis, 15 constructeurs se partagent un marché fortement orienté pour la navigation sur les lacs. En effet, nombreux sont les lacs réservés uniquement à la motorisation électrique, la voile ou la rame. Cette donnée a cantonné la technologie à une utilisation spécifique. L ouverture vers d autres lieux de navigation et d autres publics est récente. Quelques constructeurs commencent à élargir leur cible potentielle. C est le cas de l entreprise autrichienne Frauscher avec son Saint-Tropez 750. Crédit : Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.21

22 La ligne, plus racée et stylisée, s adresse à un public plus jeune. Le bateau est équipé d une batterie Lithium-Manganèse, il peut atteindre une vitesse de 11 nœuds (20km/h). Le rajeunissement de la clientèle n est pas facile, le dirigeant de Vision Boat Woeks l admet, si ses bateaux ciblent une clientèle plus jeune, la moyenne d âge des acheteurs est jusqu ici plutôt proche des 50 ans. Crédit : Lear Boats a tenté de contourner le problème en proposant un modèle adapté à la clientèle féminine. Le bateau est facile à prendre en main, confortable. Selon la propriétaire de la société, le Lear 204 est un bateau pour les femmes : «Un bateau qu une femme peut conduire pour emmener ses amies, sans son mari et sans se casser un ongle». Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.22

23 INITIATIVES ET INNOVATIONS La mise en place de nouveaux modes de propulsions plus écologiques devient un véritable enjeu pour les industriels et les pouvoirs publics. Le nombre de nouveaux produits sur le marché augmente d années en années. Dans le domaine automobile, 12 nouveaux modèles sont prévus d ici Dans le nautisme Les bateaux bus électriques ont la cote! La Rochelle, Monaco et Marseille font partie des collectivités qui ont choisi le bateau bus tout électrique comme moyen de locomotion. A Monaco, ce sont passagers qui ont emprunté le bateau construit par la société Monaco Riviera Navigation. Une augmentation de la fréquentation de 25% est prévue pour «Camille» est un catamaran de 12 mètres, pouvant embarquer jusqu à 50 passagers pour une vitesse maximale de 6 nœuds. Les bus de mer de La Rochelle ont été construits par la société Alternatives Energies. En service depuis avril 2009, ils assurent une liaison exposée aux vents, courants et marées à la vitesse de 6 nœuds. Le catamaran peut embarquer jusqu à 75 passagers, il est équipé de batteries Ni-Cd, son autonomie sur batterie est de 8h. Crédit : La même société Alternatives Energies équipe le futur ferry-boat électrique de Marseille, successeur du mythique César. Le bateau a été construit par le chantier naval Gatto à Martigues. Sa mise en service devrait débuter en Le ferry-boat qui naviguera à une allure peu élevée consommera principalement l énergie produite par ses panneaux solaires. A noter que le bateau est amphidrome, capacité de pouvoir se déplacer dans es deux sens, qu il est équipé de batteries Ni-Cd (83.5kWh) pour une autonomie de 10 heures. Ruban Bleu, le spécialiste de l électrique fluvial La société Ruban Bleu, installée à Nantes, est le leader européen de la construction de bateaux électriques dans le secteur fluvial. Depuis 1992, l entreprise a vendu plus de bateaux dans le monde. D une capacité comprise entre 5 et 25 passagers, les bateaux destinés à la plaisance ne nécessitent pas de permis. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.23

24 L entreprise s est diversifiée dans les services, maintenance et vente de pièces de rechange, et l importation de moteurs électriques. Ruban Bleu commercialise également des navettes pour le transport de passagers, l une d elles est notamment utilisée à Paris au cinéma MK2. L entreprise suit une croissance exponentielle, son chiffre d affaires étant passé de en 2006 à en Le Laguna 760 Crédit : La société nantaise a également motorisé l Odonata imaginé par Tanguy Le Bihan pour la société E3H. Plusieurs types de batteries sont proposés pour le modèle Laguna 760, plomb ou Lithium-Polymère à différentes puissances. Torqeedo innove avec une batterie Manganèse L année 2006 aura été bénéfique pour Torqeedo qui obtient les prix de l innovation du Mets d Amsterdam et de l Ibex de Miami. La société allemande devance ainsi tous ses concurrents en commercialisant un moteur puissant et léger. La batterie est intégrée au moteur, le tout est pliable et transportable dans un sac pour seulement 3kg supplémentaires par rapport au Travel Base (version sans batterie intégrée). Crédit : Cette performance a été obtenue grâce au choix de la technologie Lithium-Manganèse. La batterie ne pèse que 3,5kg pour une densité énergétique de 300Wh. Le nombre de cycles de charge et de décharge s élève à 500. Le Travel 800 coûte environ 1400 soit près de 400 de plus qu un moteur thermique. Torqeedo a également développé le Cruise R pour les voiliers, l un des moteurs électriques les plus puissants du marché avec une poussée équivalente à 6 chevaux thermiques. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.24

25 Odonata, le futur électrique Avec l Odonata, «L ère des bateaux électriques ne fait que commencer.». Telle est la conclusion de l édito du dossier de presse consacré à ce bateau. L Odonata se tourne résolument vers le futur : navigation responsable, écologique, sans bruit ni odeur tout en conservant d excellentes sensations de navigation. Le bateau, fabriqué par le chantier E3H et imaginé par Tanguy Le Bihan, d une longueur de 7m, peut atteindre les 17 nœuds soit 30km/h environ. L autonomie en vitesse moyenne tourne aux alentours des 70km. L Odonata est équipé de batteries Lithium- Ion, la propulsion est assurée par des pods. Le poste de pilotage dispose d un panneau de contrôle tactile avec un logiciel de navigation. Une console multimédia est également présente. Crédit : La société E3H casse l image du bateau électrique lent et au design classique. Avec l Odonata, elle propose un bateau au design racé, rapide qui vise le marché des tenders (annexes de yachts de luxe). Une production de 50 exemplaires est prévue, l Odonata est commercialisé à Dans l automobile Un soutien fort pour le développement des voitures électriques Paris, Berlin, Washington ; les programmes de soutien au développement des voitures électriques s accentuent voitures électriques en libre service seront proposées à Paris et en petite couronne dès Le projet Autolib permettra à chacun d emprunter un véhicule à tout moment. Calqué sur le système Vélib les véhicules seront disponibles 24h sur 24 et pourront être déposés dans l une des 700 stations disponibles. Reste à savoir maintenant si les constructeurs automobiles pourront répondre à l appel d offres de la ville de Paris et fournir les 4000véhicules. Les modèles électriques ne viendraient que progressivement. Le type de voitures n est pas encore arrêté, plusieurs modèles semblent en concurrence ; Panda et Fiat 500 électriques, Smart, Blue Car, Think, Subaru Crédit : Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.25

26 Le gouvernement allemand a récemment adopté un programme favorisant la mise en circulation d 1 million de voitures électriques d ici Le «plan national pour l électromobilité», adopté en conseil des ministres, mentionne un programme d incitations pour l achat de voitures électriques. A noter que 500 millions d euros ont également été attribués au développement de l électromobilité. Aux Etats-Unis, ce sont 2.4 milliards de dollars qui viennent d être attribués au développement de la voiture électrique. 1.5Mds$ sont destinés à la fabrication de batteries, 500M$ au développement des moteurs et des composants, et 400M$ pour les systèmes de recharge des véhicules. Les trois grands constructeurs américains Ford, General Motor et Chrysler obtiendraient 400M$ pour financer le développement de batteries. Nissan pourrait également obtenir 100M$ pour installer 2500 points de rechargement des véhicules électriques. Le français Saft, allié à l équipementier Johnson, pourrait recevoir une subvention de 299M$ pour la fabrication de batteries. Le gouvernement français compte mobiliser plus de 1.2Mds d euros dans le développement des voitures électriques. L objectif est d atteindre un parc en circulation de 2 millions de véhicules en Près de 900M seront injectés dans les infrastructures : bornes électriques publiques devront être construites d ici L Etat a également prévu d apporter 125M à l usine de batteries électriques que Renault prépare à Flins. 250M de prêts bonifiés seront mobilisés pour les constructeurs de voitures électriques (Renault, PSA, Daimler et Smart). Le modèle Better Place 86% des ventes de voitures aux Etats-Unis en 2030 seront électriques. C est ce que révèle l étude de l université de Berkeley Electric vehicles in the USA : A new model with forecasts to Cette étude se base sur le business model Better Place qui ambitionne de bâtir un réseau mondial de centre de recharge des véhicules et de remplacement de batteries. Le graphique ci-dessous représente l évolution du parc automobile américain. La colonne de gauche indique les ventes de chaque type de véhicule, la colonne de droite la part de chaque type de véhicule dans le parc automobile américain. Source : Electric vehicles in the USA : A new model with forecasts to 2030 Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.26

27 La start-up israélo-américaine basée dans la Silicon Valley a déjà installé 900 bornes de recharge en Israël ; bornes devraient prochainement être installées au Danemark, en Australie. La Californie, Hawaï, l Ontario, le Portugal et Tokyo ont également signé avec Better Place. Le concept Better Place est simple, il remédie aux deux problèmes majeurs des voitures électriques : - Le prix d achat o Better Place est propriétaire de la batterie o Il facture au client des kilomètres sur le modèle des forfaits mobiles o Aux USA, le mile devrait être vendu 6 cents découpés de la manière suivante 4 cents pour la batterie 1 cent pour l électricité 1 cent pour Better Place - L autonomie du véhicule o Un vaste réseau de bornes de recharge Aires de stationnement Secteurs résidentiels Lieux de travail Commerces o Des stations d échange de batteries Pour des trajets plus longs, la batterie est retirée et remplacée par une nouvelle batterie chargée L opération prend moins de 5 minutes L électricité destinée à recharger les batteries provient de sources d énergies renouvelables. Les voitures sont actuellement stationnées 23h sur 24h en moyenne, les bornes intelligentes ne s activent que quand le réseau dispose de suffisamment d énergie verte. Better Place a déjà conclu un partenariat avec Renault-Nissan pour fournir à Israël et au Danemark voitures électriques d ici La voiture à batterie interchangeable, baptisée Fluence ZE, a été présentée au salon de Francfort L entreprise a profité de cet événement pour annoncer qu elle visait l équilibre financier sur le marché israélien un an après le lancement de l activité. Dès 2011, les premières voitures électriques seront fournies à Israël, le gouvernement prévoit des incitations fiscales pour l achat de ces véhicules. Dans les autres secteurs Des batteries grandes capacités Les batteries Lithium-Air ou Lithium-Oxygène pourraient apporter une avancée technologique considérable. Leur densité énergétique se situe entre et 2 400Wh/kg en pratique, 5 000Wh/kg en théorie. La batterie lithium-air multiplie donc par 10 la densité énergétique et l autonomie d un véhicule. Au Japon, l AIST (National Institute on Advanced Industrial Science and Technology) a mis au point une batterie Lithium-Air. IBM vient également de se lancer dans la course. Le géant américain souhaite viser le marché automobile avec des batteries pouvant atteindre une autonomie de 800km. Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.27

28 Les supercondensateurs ou super-capacités offrent également des possibilités nouvelles. Ils sont couplés avec des batteries pour le stockage de l énergie et pour améliorer les démarrages. Leur temps de chargement est très court, de quelques secondes à quelques minutes, leur durée de vie peut dépasser le million de cycles de charge et décharge. Le fabricant français Saft s est associé au russe Esma pour fabriquer des supercondensateurs. Batscap souhaite également équiper la Blue Car d un supercondensateur couplé à une batterie Lithium-Polymère. Si leur densité énergétique actuelle n excède pas les 20Wh, la société EEStor a annoncé récemment la fabrication d un supercondensareur pouvant atteindre 300Wh/kg soit trois plus que les batteries Lithium-Ion actuelles. Zenn-Motor, une entreprise canadienne actionnaire de EEStor, prévoit de lancer des voitures électriques équipées de ce supercondensateur pouvant atteindre 400km d autonomie. L électrique donne des ailes L aviation a inauguré le 23 décembre 2007 le premier vol d un avion avec une propulsion électrique. L Electra, équipé d une batterie Lithium-Polymère, a volé pendant 48 minutes. La société Electravia, à l origine de cette première, développe des aéronefs destinés à l aviation légère et de loisir. En Chine, la société Yuneec commercialise les premiers avions électriques. L E340 est propulsé par un moteur de 40kW alimenté par un pack de batteries Lithium-Polymère. Son autonomie atteint 2h30. La commercialisation de l E340 est prévue pour 2010 ; il devrait coûter environ $. Crédit : Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.28

29 SOURCES Etudes / ouvrages : La perception des risques et de la sécurité par les français, IRSN, 2009 Marché de la plaisance, ODIT, 2008 Consommation énergétique et émission de CO² générées par les véhicules électriques : Comparaison avec les véhicules à carburant, Going Electric, 2009 Autotechcast Europe, Harris Interactive, 2008 Electric vehicles in the USA : A new model with forecasts to 2030, Center for entrepreneurship and technology, university of Berkeley The trouble with Lithium 2, Meridian International Research, 2008 Organismes Association française pour le bateau électrique Conseil supérieur de la navigation de plaisance et des sports nautiques Mission de la navigation de plaisance Voies navigables de France Electric Boat Association Elektrisch Varen National Marine Manufacturers Association Presse professionnelle The future of electric boats, Pontoon & Deck Magazine, 01/09/2008 L horizon du bateau électrique se dégage, La Tribune, 20/08/2008 La vague du bateau électrique en devenir, L usine nouvelle, 12/05/2009 Article du bateau n 610 If electrons are so fast, why are electric bats so slow?, Boat US Magazine, 01/08/2008 Selling slow boats to a faster crowd, The New-York Times, 26/09/2007 Better Place va vendre du kilomètre électrique au détail, L expansion, 24/04/2009 De l électricité dans l eau, Fluvial, 01/04/2008 Sources Internet Tous les sites déjà présents dans le document Lettre de Veille Eurolarge Novembre 2009 p.29

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