Les voitures électriques s'imposent de plus en plus dans le parc automobile français et international. Plus écologiques que les modèles thermiques, elles sont de plus en plus abordables et intéressent ainsi une nouvelle frange de la population. Mais quid de la durée de vie de la batterie ? Va-t-elle lâcher au bout de quelques années seulement comme sur smartphone ? Des questions auxquelles nous tentons de répondre.

Une station de recharge Tesla

Les voitures électriques ont de plus en plus la cote en France et dans le monde. En Europe, le 100% électrique (excluant l'hybride, donc) représentait 4,3% des ventes de voitures au premier trimestre 2020 selon les chiffres de l'Association des constructeurs européens d'automobiles (ACEA). Soit une hausse de 58% par rapport à la même période l'année précédente.

Le marché est en plein boom, et ce n'est qu'un début. D'après l'institut de recherche BloombergNEF, les voitures thermiques ont atteint leur sommet lors de l'année 2017 et vont progressivement laisser leur place aux voitures électriques. Dès 2023, la part de marché de l’électrique dans l'industrie automobile devrait être de 7% dans le monde. Au cours de cette décennie, nous devrions également assister à une bascule avec une baisse de prix de ce genre de véhicules, qui seront à terme au même tarif que les thermiques.

En Europe, les voitures électriques les plus massives pourraient même être commercialisées au même prix qu'un équivalent thermique dès 2022. Les véhicules plus petits et les autres marchés suivront ensuite progressivement. BloombergNEF table sur une part de marché de 10% pour 2025, de 28% en 2030, et de 58% en 2040 en termes d'immatriculations. En 2040, 31% des voitures encore en circulation fonctionneraient en tout électrique.

Alors forcément, de nombreux consommateurs se posent des questions quant aux voitures électriques, et notamment les éléments qui les différencient des voitures thermiques classiques : durabilité, performances, autonomie, recharge… Une interrogation revient souvent : “quelle est la durée de vie d’une batterie de voiture électrique ?”, “la batterie va-t-elle me lâcher rapidement m'obligeant à payer un coûteux remplacement”… Nous vous proposons dans ce dossier des pistes de réponse pour vous permettre d'y voir plus clair.

Comment fonctionne une batterie de voiture électrique ?

Avant d'aller plus loin, mieux vaut commencer par les bases avec quelques notions concernant le fonctionnement des batteries de voiture électrique. Tout d'abord, sachez que la technologie qui s'est imposée pour les batteries de voitures électriques est le lithium-ion (Li-ion). Vous avez sans doute déjà quelques connaissances à son sujet puisqu'elle est utilisée pour nos batteries de téléphones, ordinateurs portables et bien d'autres appareils électroniques depuis de nombreuses années maintenant.

Les batteries lithium-ion se sont imposées dans tous les devices sans fil de notre quotidien grâce à leur densité de charge bien plus élevée que celle des solutions auxquelles on avait recours précédemment, comme le Nickel Cadmium (NiCd) ou le Nickel Métal-Hydrure (NiMH), d'autres types d'accumulateurs rechargeables. Cela signifie que l'on peut stocker bien plus d'énergie dans une batterie de même taille. C'est pourquoi le lithium-ion a d’abord révolutionné les appareils mobiles à taille réduite comme les téléphones ou les PC portables, qui ne disposent que peu d'espace pour intégrer une batterie dans une industrie où l'on mise sur le “toujours plus fin”.

En ce qui concerne les voitures électriques, ces dernières années, notamment sous l'impulsion de Tesla, les fabricants ont réussi à réduire drastiquement le prix des batteries lithium-ion tout en donnant un coup de boost à leurs performances. De plus en plus mature, la technologie permet ainsi de démocratiser les voitures électriques puisqu'elles deviennent plus attractives aux yeux des consommateurs tant à l'égard de leurs performances que des tarifs pratiqués.

Parlons désormais composition et réaction chimique. Les atomes de lithium sont composés de trois électrons et de trois protons, ils ont donc une charge électrique neutre. Mais les atomes de lithium ont la particularité de perdre aisément un électron. Dans ce cas, l'atome se transforme en ion et dispose alors bel et bien d'une charge électrique. Conséquence, il devient alors possible d'attirer les électrons et de les faire se déplacer, soit pour que la batterie alimente l'appareil qu'elle équipe, soit pour recharger la batterie lorsqu'elle est connectée à une source d'alimentation.

Chaque batterie est composée de plusieurs accumulateurs, qu'on peut appelé piles ou cellules. Chacune d'entre elle contient une électrode positive, la cathode, et une électrode négative, l'anode. Entre les deux, on retrouve un électrolyte, une substance conductrice qui dans notre cas comprend un volume important d'ions lithium. C'est par l'électrolyte que voyagent les ions lithium vers la cathode ou l'anode en fonction de l'attraction exercée.

A noter que le phénomène d'oxydoréduction, c'est à dire le transfert d'électrons entre la cathode et l'anode, n'implique pas de passage des électrons par l'électrolyte. Ceux-ci se déplacent de l'un à l'autre soit par l'intermédiaire du chargeur, soit par le biais des composants de l'appareil qui est en train d'être alimenté.

Nous avons donc deux réactions chimiques possibles, qui s'alternent en fonction de l'utilisation qui est faite de la batterie :

• Lorsque la batterie alimente un appareil, les électrons se déplacent de la cathode vers l’anode, et au contraire les ions de lithium se déplacent de l’anode vers la cathode.
• Lorsque la batterie est alimentée par une source électrique, les électrons se déplacent de l’anode vers la cathode, et inversement les ions de lithium se déplacent de la cathode vers l’anode.

La production ou le stockage d'énergie reste possible tant que les ions de lithium continuent de se déplacer d’une électrode à l’autre, garantissant le transfert d'électrons. Une fois que les ions de lithium ne sont plus capables d'assurer ces incessants allers et retours entre la cathode et l'anode, la batterie devient dysfonctionnelle. Le processus est progressif : le transfert se fait d'abord de plus en plus lentement, réduisant l'autonomie et augmentant la durée de charge nécessaire, jusqu'à l'extinction complète de la batterie.

N'ayez pas d'inquiétudes, les batteries de voiture électrique sont conçues pour qu'il soit impossible de voir sa batterie faillir par surprise. Vous saurez quand il faut commencer à songer à la remplacer bien avant que celle-ci ne vous lâche.

Comment mesurer la durée de vie d'une batterie de voiture électrique ?

Sur une voiture électrique, la dégradation des pièces et composants se mesure différemment selon leur identité. Pour certains, il est intéressant de connaître leur âge par exemple. Ce n'est pas vraiment le cas des batteries lithium-ion puisque celles-ci ne se détériorent pas lorsqu'elles ne sont pas utilisées. Un facteur souvent intéressant est le kilométrage, car il permet de savoir à quel point le véhicule a été sollicité. Mais le kilométrage seul n'est pas un indicateur très précis, car il ne reflète pas les conditions de conduite. Rouler essentiellement en ville quotidiennement ou avaler les kilomètres d'autoroute une fois par mois pour le même kilométrage n'a pas le même impact sur la voiture et ses composants.

Pour connaître assez précisément la durée de vie d'une batterie de voiture électrique, on parle donc plus de cycle de charge, comme sur les autres appareils qui ont recours à la technologie lithium-ion d'ailleurs. Notez qu'un cycle de charge ne correspond pas à une recharge du véhicule (du moment où l'on connecte la voiture à une source d'alimentation au moment où l'on la débranche) mais du passage de 0 à 100% de la batterie. Si vous rechargez votre voiture de 30 à 80% par exemple, cela ne compte que comme un demi cycle de charge.

Quelle durée de vie pour une batterie de voiture électrique ?

Après avoir fait quelques révisions de chimie, vient le temps des mathématiques. Pour déterminer la durée de vie d'une batterie de voiture électrique, il faut donc prendre en compte le nombre de cycles de charge qu'elle supporte, mais aussi la capacité de la batterie. Et enfin, c'est là où tout se complique, incorporer les facteurs propres à l'utilisateur (comme le nombre moyen de kilomètres parcourus par an) si l'on souhaite obtenir une durée de vie en âge plutôt qu'en kilométrage ou en cycle de charge, ce que recherchent généralement les utilisateurs.

Comme indiqué précédemment, la première information importante est le nombre de cycles de charge que peut tenir la batterie. Ce chiffre varie selon les modèles, c'est à vous de vous renseigner auprès du constructeur. Nous nous heurtons ici à un manque de recul : les voitures électriques sont récentes et il est difficile d'estimer correctement le nombre de cycles de charge. Il y a bien sûr de premiers retours d'expérience, mais ceux-ci proviennent forcément de modèles anciens. Et comme la technologie évolue rapidement, prendre les résultats de voitures électriques achetées il y a 10 ans n'a que peu de sens, les batteries étant bien mieux optimisées aujourd'hui.

Les constructeurs visent généralement entre 1000 et 2000 cycles de recharge, la norme se trouvant plutôt au milieu avec 1500 cycles de charge. Il s'agit de l'indicateur le plus précis pour mesurer la durée de vie d'une batterie, mais c'est aussi celui qui est le moins concret pour un potentiel acheteur, qui n'a souvent aucune idée de ce que peut bien représenter une telle donnée.

La capacité de la batterie, mesurée en kWh, influe aussi sur l'endurance de la batterie. On peut penser que plus elle est imposante, moins il y a besoin de cycles de charge, et donc qu'elle vit plus longtemps. Mais une batterie plus généreuse signifie aussi souvent une voiture plus lourde ou plus puissante, consommant plus d'énergie. Il faut donc prendre en compte non seulement la capacité de la batterie mais aussi la consommation moyenne du véhicule qui vous intéresse. Votre style de conduite est aussi impactant. Si vous avez l'habitude de rouler vite et d'utiliser des fonctionnalités gourmandes en ressources, alors attendez-vous à devoir recharger plus souvent et donc bénéficier d'une durée de vie moindre. Et bien entendu, la distance parcourue doit aussi être intégrée à l'équation. Normalement, il est assez facile pour vous d'estimer les kilomètres que vous roulez chaque année si vous êtes déjà en possession d'un véhicule. A vous de prendre en compte tous ces paramètres pour tenter de calculer approximativement combien de temps la batterie peut tenir sur un modèle spécifique et selon votre usage.

Finalement, le meilleur moyen de se donner une idée de la durée de vie de la batterie d'une voiture électrique est encore d'aller voir les garanties constructeur. Tesla par exemple propose une garantie sur la batterie et le groupe motopropulseur de ses Model S et Model X à hauteur de huit années ou 240 000 kilomètres. Vous êtes donc à peu près certain d'être tranquille pour au moins huit ans ou après avoir parcouru 240 000 kilomètres, mais vous pourrez certainement bénéficier de bien mieux, le fabricant plaçant volontairement la barre très bas pour ne pas avoir à effectuer des réparations et remplacements gratuits.

En juin 2020, Tesla a d'ailleurs publié un rapport sur l'impact écologique de ses véhicules, et les données présentées par le constructeur sont extrêmement prometteuses à l'égard de la durée de vie des batteries. Pour les Model S et Model X, la capacité des batteries diminuerait en moyenne de seulement 5% après 100 000 kilomètres. Et la perte serait encore plus lente pour la suite puisqu'il faut attendre les 320 000 kilomètres parcourus pour que la batterie perde 10% de sa capacité initiale. De quoi voir venir, donc : en moyenne, une batterie de Tesla peut donc durer plus de 10 ans même en roulant 30 000 kilomètres par an.

Malheureusement, ce genre d'études est encore très rare aujourd'hui, et les chiffres varient forcément selon les modèles. Tesla est le leader du secteur et ses Model S et Model X sont des produits haut de gamme, il ne faut pas s'attendre à de telles performances sur de l'entrée de gamme de chez des constructeurs pas aussi avancés en matière de véhicules électriques. Il faut donc voir au cas par cas.

Quand faut-il remplacer la batterie de sa voiture électrique ?

C'est ici plus une question de capacité de batterie que de kilométrage ou d'années. Comme expliqué plus tôt, chaque cycle de charge fait diminuer le volume d'énergie que peut emmagasiner la batterie. Au fur et à mesure, l'autonomie de la voiture va donc baisser et vous allez pouvoir effectuer moins de distance avec une charge complète.

Bien entendu, il est hors de question d'attendre un ratio très faible avant de changer de batterie. Si la capacité devient vraiment trop juste, le confort d'utilisation sera inexistant car l'utilisateur sera contraint de se limiter à des distances courtes avant chaque recharge. C'est donc une question de sensation, mais pour vous donner une idée, il est déconseillé de conserver une batterie qui serait passée en-dessous du seuil des 70%.

Il est intéressant d'aller faire un tour du côté des garanties constructeurs à ce sujet. Chez Tesla, le client est en droit d'exiger un remplacement de batterie si celle-ci tombe sous les 70% avant huit ans ou X kilomètres parcourus (entre 160 000 et 240 000 kilomètres selon le modèle). Pour sa ZOE, l'une des voitures électriques les plus vendues d'Europe, Renault propose une garantie si la batterie descend à 66% de sa capacité initiale avant une période de huit ans ou 160 000 kilomètres parcouru. Ce taux monte à 75% si vous avez décidé de louer la batterie plutôt que de l'acheter, une option proposée par le constructeur français à ses clients. Autre modèle d’électrique très prisé, la Nissan LEAF est elle aussi couverte si la batterie se dégrade d'un certain niveau avant huit ans ou 160 000 kilomètres effectués. La garantie s'enclenche si la capacité chute sous 9 bars sur 12 (équivalent 75%).

Si vous craignez que la batterie de votre voiture électrique ne vous lâche rapidement, tournez-vous donc vers un constructeur qui propose une garantie intéressante. Tous les fabricants ne se donnent pas cette peine, vérifiez bien quels sont vos droits en la matière avant d'acheter. Cela vous assure une tranquillité d'esprit pendant une longue période, à moins que vous n'avaliez les kilomètres à vitesse grand V.

Comment augmenter la durée de vie d'une batterie de voiture électrique ?

Comme nous avons pu le constater, la batterie des voitures électriques ne posent pas vraiment de problème aujourd'hui. Mais si vous souhaitez conserver votre véhicule très longtemps sans en changer ou si vous êtes en possession d'un vieux modèle qui ne bénéficie pas des technologies récentes, sachez que vous pouvez adopter des comportements permettant d'user moins rapidement la batterie.

Bien entendu, en prenant en compte ce que nous disions précédemment sur l'impact des cycles de charge sur la batterie, tout ce qui consiste à réduire la consommation énergétique du véhicule permet d'augmenter leur durée de vie, puisque l'on a moins besoin de recharger la voiture. Pour ce faire, il est recommandé de rouler à une vitesse mesurée en respectant les principes de l'écoconduite (pas d'accélération et freinage brusques par exemple), qui s'appliquent également aux voitures à moteur thermique.

Veillez également à ne pas abuser des fonctionnalités alimentées par la batterie qui n'ont que peu d'utilité pour vous, comme l'air conditionné, les écrans intégrés s'il y en a, le système audio… Bien sûr, ce ne sont pas les équipements les plus gourmands en ressources, n'hésitez donc pas à y avoir recours quand vous en avez vraiment besoin, il ne s'agit pas de se priver de tout. Mais éteignez-les quand vous ne les utilisez plus ou modérez quelque peu votre consommation, cela peut aider à gagner en durée de vie sur le long-terme.

Prenez bien soin de conduire avec des pneus bien gonflés. Si ce n'est pas le cas, en plus du danger et de la baisse de confort que cela implique, d'autres éléments de la voiture vont devoir compenser la faiblesse des pneus, consommant ainsi de l'énergie. Nous vous conseillons d'éviter d'utiliser les prises de courant classiques pour recharger le véhicule, celles-ci peuvent à long terme détériorer la batterie. Privilégiez les bornes de rechargement ou installez chez vous un dispositif spécialement conçu pour cette pratique. Pareillement, les chargeurs rapides peuvent endommager la batterie.

La température joue aussi un rôle. Essayez de protéger votre voiture du froid et de la chaleur autant que faire se peut. Leur durée de vie peut être réduite si vous vivez dans une région aux températures extrêmes. En France métropolitaine, le problème ne se pose pas vraiment. Mais pour nos lecteurs résidant an Canada ou en Afrique, vous ne devez pas négliger ce facteur.

Un conseil qui revient souvent est, comme sur les autres appareils embarquant une batterie lithium-ion, de ne pas attendre le dernier moment avant de recharger la batterie et de préférer les recharges courtes régulières que les grosses sessions de charge pour atteindre les 100%. S'il est facile à mettre en application sur smartphone avec nos chargeurs compacts transportables partout, la situation est bien différente avec les voitures électriques. Beaucoup d’utilisateurs rechargent à fond de nuit pour une question pratique. Sachez que ce n'est pas bien grave et que vous ne risquez pas de ruiner votre batterie ainsi. Les systèmes intelligents des voitures électriques prennent eux-même en compte ce paramètre afin d'éviter d'altérer la capacité des batteries, tout comme sur les mobiles d'ailleurs. Vous pouvez donc laisser brancher votre véhicule et le recharger jusqu'à atteindre la capacité maximale, le transfert d'énergie sera interrompu automatiquement dès que nécessaire. Sur la Tesla Model S P100D par exemple, il est ainsi impossible de remplir la capacité de 102,4 kWh de la batterie, le maximum est de 98,4 kWh. Il y a donc de base une capacité de 4 kWh qui n'est pas utilisée

Recyclage et seconde vie des batteries de voiture électrique

Nous l'avons évoqué un peu plus tôt, il est nécessaire de remplacer la batterie de sa voiture électrique alors qu'elle est encore fonctionnelle, dès qu'elle perd environ 30% de sa capacité. C'est l'un des principaux arguments des sceptiques à l'électrique, qui soulignent le fait que les batteries sont des composants très polluants et que les voitures électriques ne sont donc pas aussi intéressantes qu'on le dit écologiquement parlant.

Mais c'est un raccourci. Les batteries qui ne sont plus assez performantes pour équiper des voitures électriques sont récupérées et utilisées à d'autres fins, elles sont loin de devenir inutiles après leur première vie. Elles peuvent par exemple devenir une source d'énergie complémentaire aux solutions renouvelables qui sont moins stables, comme l'énergie solaire ou l'énergie éolienne, qui dépendent fortement de la météo pour fonctionner correctement. On crée donc des systèmes dans lesquels les batteries de voiture deviennent un moyen alternatif de s’approvisionner en énergie lorsque la source principale devient défaillante.

Après avoir effectué cette seconde mission, la batterie lithium-ion peut alors être recyclée pour limiter les impacts environnementaux liés à l’extraction minière des matières premières nécessaires à leur fabrication (nickel, cobalt, cadmium…) ainsi qu'à leur importation. On évite aussi de rejeter dans la nature des matériaux polluants. En France, c'est la société de recyclage de batteries SNAM qui est particulièrement mise à contribution. Elle collabore avec de nombreuses marques automobiles opérant en France.

Quelles évolutions attendre pour les batteries de voiture électrique ?

Les technologies liées aux batteries de voitures électriques ne cessent de s'améliorer. Aujourd'hui, le lithium-ion est devenue le standard auquel ont recours tous les fabricants, remplaçant le plomb-acide utilisé précédemment. A court et moyen terme, il est peu probable que le lithium-ion se fasse détrôner. Si celui-ci est en train d'atteindre ses limites sur les appareils mobile par exemple, ce n'est pas encore le cas sur le marché des véhicules électriques.

De lourds investissements sont consentis pour exploiter au mieux le lithium et améliorer les performances des batteries, tant au niveau de l'autonomie que de leur durée de vie. Plusieurs pistes semblent extrêmement prometteuses. Il est par exemple possible d'améliorer la densité énergétique des batteries en ajoutant du graphène au niveau des électrodes (l’anode et la cathode). Sans augmenter la taille, on aurait donc une autonomie supérieure, et par conséquent un besoin de recharge moins fréquent et donc une durée de vie allongée.

Nous n'en sommes pas encore là, mais les promesses sur l'avenir des batteries de voitures électriques sont impressionnantes. Tesla se dit capable de proposer à terme des batteries capables de tenir plus d’un million et demi de kilomètres en utilisant une cathode NMC 532 (Nickel, Manganèse, Cobalt) dans une batterie lithium-ion. Elle serait aussi capable de supporter jusqu’à 4000 cycles de recharge, plus du double par rapport à aujourd’hui. Contemporary Amperex Technology Limited (CATL), une société chinoise spécialisée dans la production des accumulateurs lithium-ion pour les véhicules électriques, voit encore plus loin et annonce dans le futur une batterie avec une durée de vie de deux millions de kilomètres et de 16 ans. Le lithium-ion semble encore avoir de beaux jours devant lui.

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Mais l'après lithium-ion est déjà en marche, même si on ne sait pas encore quelle technologie s'imposera et quand. On parle par exemple des batteries lithium-air (ou lithium-oxygène), qui ont la particularité d'exploiter l'oxygène ambiant pour fonctionner. Étant donné qu'une partie des composants n'est pas directement intégrée à la batterie, l'accumulateur devient plus léger et prend moins de place. Toujours dans le but de profiter d'une densité énergétique plus importante, des batteries au fluorure (forme ionique du fluor) avec électrolyte liquide sont aussi en développement.

Les batteries lithium-soufre (Li-S) sont aussi à l'étude. Dans ce type d'accumulateur, l'anode est composée de lithium et la cathode de soufre. Lorsque la batterie se décharge, le lithium se dissout sur la surface de l'anode pour ensuite venir se déposer sur l'anode lors de la charge. Beaucoup d'espoirs sont placés en cette technique car elle offre à la fois une densité énergétique très élevée, un poids faible, et permet de fabriquer des batteries moins chères et moins polluantes. Le compromis parfait ? Peut-être si la recherche avance, car pour le moment les scientifiques doivent faire face à de nombreux défis technologiques pour parvenir à produire des batteries lithium-soufre stables. Des progrès ont été annoncés début 2020, mais nous sommes encore loin de rendre possible la production de masse.

Nous avons ensuite un gain d'intérêt pour les batteries à électrolyte solide, qu'on appelle aussi “batterie tout solide” ou simplement “batterie solide”. Elles se distinguent par leur électrolyte : une plaque de verre ou de gel, sous forme solide donc. C'est un système qui est déjà utilisé pour les pacemakers. Les bénéfices sont multiples. Ces batteries sont bien plus sécurisées et moins sensibles aux températures extrêmes que les solutions lithium-ion. Elle exigent aussi moins de précautions d'usage. Les batteries solides sont aussi moins chères à produire, elles n'ont notamment pas besoin de matériau précieux comme le cobalt. Le tout pour une densité énergétique bien plus intéressante, jusqu’à trois fois plus élevée que sur les batteries actuelles. Toyota et Volkswagen ont déjà communiqué souhaiter commercialiser des voitures électriques avec une batterie solide dès 2025. Tous les grands groupes sont sur le coup : Ford, BMW, Hyundai, General Motors, Honda… Chez les fournisseurs, Siemens est également au travail depuis plusieurs années déjà.

Enfin, vous avez peut-être entendu parler des batteries sodium-ion. Elles ont l'avantage d'être très endurantes (4000 cycles de charge), extrêmement rapides à charger, et peu chères à produire. Mais sa faible densité d’énergie électrique en fait un candidat peu probable pour envisager le futur de l'industrie automobile. Cette technologie est plus prometteuse pour des appareils moins gourmands en ressources, comme les trottinettes ou vélos électriques.

Conclusion

Il n'y a pas de vérité incontestable sur la durée de vie des batteries de voitures électriques. Cette donnée dépend du modèle de véhicule, du style de conduite ainsi que de paramètres externes difficilement maîtrisables comme la température ambiante. La dégradation des batteries est une crainte de bien des consommateurs, mais les dernières constatations qui nous parviennent incitent à l'optimisme quant à leur durabilité, notamment sur les dernières générations, qui bénéficient de technologies avancées.

Si vous n'êtes pas pressé d'acquérir une voiture électrique, gardez à l'esprit que les fabricants ne cessent de s'améliorer année après année avec des batteries qui devraient être plus durables et des voitures bénéficiant d'une autonomie plus généreuse. Nous aurons aussi plus de recul sur ce marché, avec des données plus précises quant à l'espérance de vie des batteries.

En attendant, si vous souhaitez passer à l'électrique, préférez un modèle commercialisé avec une garantie de remplacement de batterie avant X années ou X kilomètres. Si un modèle vous intéresse et que vous comptez le conserver plus longtemps que ce qui est prévu par la garantie, renseignez-vous le sur le prix du changement de batterie pratiqué par le constructeur.