Énergie

Les nouvelles piles: la révolution qui se fait attendre

Les batteries ne sont plus confinées aux téléphones cellulaires et aux appareils électroniques : elles se multiplient sur les routes et font maintenant leur apparition dans les foyers américains. Pour devenir incontournables, il leur reste cependant des barrières technologiques et environnementales à franchir.

Comme il en a l’habitude, le patron de Tesla, Elon Musk, a surpris bien des gens en prenant la parole à la fin du mois d’avril lors d’une conférence organisée dans les bureaux de son entreprise, en Californie. « Cette soirée, tout ce que vous voyez en ce moment, c’est rendu possible grâce à de l’énergie solaire emmagasinée », a-t-il lancé au moment de dévoiler sa plus récente innovation, le Powerwall.

Ce nouveau produit consiste en un système de batteries domestiques rechargeables de type lithium-ion, qui permet de stocker de l’énergie pouvant être utilisée en période de pointe, lorsque la demande énergétique est élevée. Ceux qui choisissent de s’équiper de panneaux solaires peuvent alimenter leurs batteries eux-mêmes, et potentiellement revendre leurs surplus. Elon Musk a présenté cette technologie comme une solution parfaite pour les pays où l’approvisionnement en électricité est difficile ou irrégulier.

Tesla mise sur les batteries pour alimenter des maisons, mais aussi des voitures. Ses véhicules électriques de luxe font rêver – son modèle le plus puissant passe de zéro à 100 km/h en trois secondes – et la compagnie développe actuellement des voitures plus abordables. Par ailleurs, pratiquement tous les constructeurs automobiles proposent des véhicules électriques ou hybrides, eux aussi alimentés par des batteries.

Selon l’analyse de la firme J.D. Power and Associates, en 2007, on comptait sur la planète environ 500 000 véhicules hybrides, soit environ 1 % du marché mondial de l’automobile, alors qu’en 2020, quelque 3,8 millions de véhicules hybrides et 1,3 million de véhicules tout électriques devraient être en circulation. Cela ne représenterait cependant que 7,3 % du parc automobile mondial.

De manière plus générale, le marché de la batterie a connu une croissance exponentielle au cours des dernières années. Passé d’une valeur de 25 milliards de dollars en 1995 à plus de 100 milliards en 2013, il devrait franchir les 135 milliards l’an prochain.

Repousser les limites

La démocratisation de la batterie se bute toutefois à certains obstacles. Le professeur Lionel Roué, du Centre énergie matériaux télécommunications de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), explique que les performances des batteries ont évolué progressivement depuis la commercialisation de la technologie lithium-ion au début des années 1990. « Il n’y a pas eu de rupture technologique au cours des dernières années et je ne pense pas qu’il y en aura dans un avenir prochain. » Le problème, résume-t-il, c’est qu’il est difficile de développer des batteries plus performantes que celles fabriquées à base de lithium, un des matériaux dont le poids et le potentiel énergétique sont les plus intéressants.

Les chercheurs tentent donc de trouver de nouvelles combinaisons pour optimiser les trois composantes d’une batterie : la cathode, l’anode et l’électrolyte. Lionel Roué développe par exemple une anode en silicium plutôt qu’en graphite, qui permet en théorie d’augmenter la performance de la batterie d’environ 25 %.

Le chercheur estime que la batterie domestique présentée par Tesla est une proposition intéressante, mais pas à la portée de tous. « Ça reste un marché de niche, à mon avis, comme les voitures à 100 000 dollars. Tout le monde ne peut pas se payer ça. » Pour que la batterie parvienne à s’imposer, il faudra surtout que les prix baissent et que les performances augmentent, souligne le chercheur. Les coûts de production ont été diminués par dix depuis les années 1990, mais on se rapproche d’un plancher en raison du prix des matériaux utilisés, note-t-il.

Hydro-Québec participe

À l’heure actuelle, près de 95 % des batteries commerciales sont fabriquées en Asie, principalement au Japon, en Chine et en Corée du Sud. Et parmi les joueurs qui tentent de mettre fin à cette domination, il y a Hydro-Québec.

La société d’État, qui développe des batteries depuis 1967, compte à ce jour une centaine de brevets et quinze ententes de commercialisation. L’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ), situé à Varennes, sur la rive sud de Montréal, multiplie les projets dans l’espoir de mettre au point la technologie de demain.

Hydro-Québec planche notamment sur un système de stockage d’énergie de grande capacité, développé en partenariat avec la compagnie Sony, qui permettrait de fournir de l’énergie en période de pointe, une sorte de Powerwall à très grande échelle. « Ça va permettre de stabiliser l’approvisionnement en énergie renouvelable », souligne le porte-parole d’Hydro-Québec, Marc-Antoine Pouliot. Le projet en est encore à l’étape des essais, mais la technologie pourrait à l’avenir être utilisée par la société d’État et commercialisée.

Pour ce qui est de l’électrification des transports, les efforts passent notamment par un laboratoire de recherche établi en France, qui a entrepris ses travaux cet automne. Alors qu’une batterie lithium-ion classique a une autonomie d’environ 160 kilomètres, Hydro-Québec travaille sur une batterie composée de lithium, d’un dérivé du fer et de phosphate pouvant parcourir plus de 350 kilomètres avant de devoir être rechargée. La société d’État privilégie ainsi des matériaux abondants, donc moins coûteux.

Selon Mourad Ben Amor, professeur à l’Université de Sherbrooke et directeur du Laboratoire interdisciplinaire de recherche en ingénierie durable et en écoconception (LIRIDE), la batterie ne doit cependant pas être perçue comme une solution miracle. « Cette unité de stockage peut être intéressante, ou non, selon le type d’application et la source d’énergie utilisée », précise ce spécialiste de la question du cycle de vie. Bien sûr, une voiture électrique qui circule sur les routes émet moins de gaz à effet de serre qu’un véhicule à essence, illustre-t-il. Toutefois, selon la nature et la provenance des matériaux utilisés pour fabriquer la batterie, il n’est pas certain que l’empreinte environnementale soit aussi réduite qu’on pourrait le croire.

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