Puissance recharge voiture électrique vs carburant

Faire son plein de carburant est équivalent à plusieurs Mégawatts en termes de recharge, soit l'équivalent d'une puissance électrique considérable ! Pour comparer la recharge de la batterie d'une voiture électrique et le fait de faire son plein de carburant, on a besoin de quelques données énergétiques. En espérant que cet article vous surprendra !

Recharge de la voiture électrique : 3.2kW à la maison

La recharge de la voiture électrique se fait avec une puissance électrique donnée.Par exemple, la prise Green'up access pour les résidences individuelles permet une recharge de sa voiture à une puissance de 3200W en monophasé. Cette puissance permet une recharge complète d'une Peugeot iOn ou d'une Citroên C-ZERO en environ 7 heures.

L'énergie absorbée est d'environ : 3.2kW x 7h = 22kWh.

L'énergie stockée dans la batterie d'une Peugeot iOn ou d'une Citroên C-ZERO est de 16kWh. La différence correspond aux pertes (rendement du convertisseur électrique) Une partie de l'électricité consommée est dissipée en chaleur. Sur les 22kWh consommés (ceux que vous payez), 16kWh vont dans la batterie, et le reste est perdu.

Energie électrique de la recharge : kWh et Joules

Pour convertir cette énergie en Joules, on a :

1kWh : énergie fournie par une puissance de 1kW (1000W) sur une durée de 1 heure (3600s).1kWh = 1000 Watts pendant 3600 secondes = 3600000J = 3.6MJ.

1 kWh, c'est 3.6 Mégajoules.

Pour la recharge de la voiture électrique l'énergie de 22.4kWh correspond à 22.4 x 3.6 = 81MJ.

Plus grandes puissances de recharge électrique

Il existe aussi des bornes Green'up Premium pour chez soi, offrant des puissances plus importantes : 3.7kW et 7.4kW, ou en 400V triphasé 22kW. Bien sûr, l'installation électrique doit être adaptée à cette consommation.

Sur les aires d'autoroutes et certains centres commerciaux, on trouve des chargeurs rapides de puissance entre 43kW et 53kW. Une Renault Zoé (22kWh) se recharge en un peu plus de 30 minutes sur une prise 43kW, ou encore 3h à 4h sur une prise 7kW et autour de 8 heures sur une prise 3kW domestique.

Autonomie de la voiture électrique

La consommation d'énergie d'une voiture électrique se compte en kWh (eh oui, on ne va pas compter en litres aux 100km !). Une Peugeot iOn consomme environ 12.5kWh (45MJ) aux 100km. Avec une batterie de 16kWh (58MJ), on pourra donc rouler un peu plus de 100km. L'autonomie de la voiture se situe entre 100km et 150km.

Equivalence avec un plein de carburant (essence ou gasoil)

Lorsqu'on fait le plein de carburant à sa station préférée, on réalise la même opération : on stocke de l'énergie dans son réservoir. Le carburant est de l'énergie stockée sous forme chimique. Son énergie est libérée lors de la combustion avec l'air dans le moteur. Tant qu'il est stocké, il contient de l'énergie prête à être consommée.

Le rendement du moteur thermique est faible, et dépend de la situation de conduite, mais varie à 0% à 40% environ. Le rendement d'un moteur thermique est de 0% lorsqu'on est au feu rouge (consommation d'énergie, mais aucun mouvement produit pour faire avancer la voiture !). Il peut atteindre jusqu'à 40% environ à un point de fonctionnement précis correspondant à un couple élevé (environ 2/3 du couple maximum) et un régime moteur entre 1500 et 2500 tours minutes. Cela vaut pour les moteurs Diesel et essence.

Faire le plein d'essence, c'est comme recharger sa voiture électrique. Mais quels ordre de grandeurs permettent de comparer les deux ? Essence ou électricité ?

Faire le plein d'énergie : carburant ou électricité ?

Kilowatt-heures ou litres d'essence ? Nous allons établir la correspondance.

La puissance : un débit d'énergie

Lorsqu'on remplit un seau d'eau, on parle de débit, de durée et de volume. Le débit d'eau est égal à la variation de volume d'eau dans le seau.

Débit d'eau

Lorsqu'on fait le plein de carburant, on remplit le réservoir de carburant qui contient une quantité donnée d'énergie par litre.

On peut approcher la question en comprenant que la puissance est une variation d'énergie dans le temps, ou encore un débit d'énergie. Lorsqu'on fait son plein, on stocke de l'énergie sous forme de carburant dans sa voiture. Le débit de carburant correspond donc à un débit d'énergie.

Données physiques des carburants

Le carburant contient de l'énergie, voici les principales données :

1 Litre d'essence : 34 MJ (0.72kg : l'essence est moins dense que l'eau)1 kg d'essence : 47MJ

1 Litre de gasoil : 36 MJ (0.8kg : le gasoil est plus dense que l'essence)1 kg de gasoil : 45MJ

Energies stockées dans les "pleins" d'électricité et de carburant

Le plein ici par exemple de 51 litres de gasoil correspond à 51 x 36 MJ = 1836 MJ, ou encore 1.836 GJ. Il y a presque 2 Gigajoules dans le réservoir quand il est plein !

Plein à la station : possibilité de stocker 1836 MJ dans 51L de gasoil

Recharge à la maison : possibilité de stocker 80 MJ (Renault Zoé)

Un réservoir plein de carburant permet de stocker 25 fois plus d'énergie qu'une batterie Lithium ion bien chargée.

Puissance équivalente d'un plein d'essence fait en 2 minutes

Lorsqu'on fait son plein, on constate le débit de carburant qui passe dans le tuyau. Considérons que le débit soit de 1 litre toutes les 2 secondes, ce qui revient à faire un plein de 60 litres en 2 minutes (120 secondes). Il se peut que le débit de votre pompe soit même plus rapide que cela !

Considérons que le débit de carburant soit de 0.5 litre par seconde à la pompe :

Faire le plein de gasoil : 0.5 Litre par seconde de débit dans le tuyau

Cela revient à dire qu'il passe 18 MJ par seconde dans le tuyau. Autrement dit, l'équivalent d'une puissance de 18 Mégawatts !

Plein de carburant : 18 Mégajoules par seconde !

La puissance (débit d'énergie) est bien plus modeste pour la recharge d'un véhicule électrique (3kW chez soi).

Recharge de la batterie d'une voiture électrique

On comprend pourquoi faire le plein en 2 minutes n'a rien à voir d'un point de vue énergie stockée et débit d'énergie avec une recharge de voiture électrique.

Plein à la station : 18 Mégajoules par secondeRecharge à la maison : 3 kW

Le débit d'énergie est donc 6000 fois plus faible lorsqu'on recharge sa voiture électrique chez soi. Il y a un rapport de 6000 entre les deux méthodes de "recharge" de sa voiture (électrique ou thermique).

Rapport de 1 à 6000 entre plein de carburant et plein d'électricité pour voitures électriques

La surface du grand carré est 6000 fois plus grande que la surface du petit carré. Surprenant !

On peut représenter quelques ordres de grandeurs de puissances électriques pour comparer le débit d'énergie obtenu lorsque, très banalement, on fait son plein de carburant.

Ordres de grandeur des puissances électriques ou débits d'énergie

Encore une fois, on se rend compte de l'avantage considérable à faire le plein de carburant pour stocker très rapidement une très grande quantité d'énergie dans sa voiture.

Voiture électrique photovoltaïque solaire, une illusion

La puissance disponible par beau temps bien ensoleillé sur quelques mètres carrés de panneaux solaires photovoltaïques est bien trop faible pour imaginer de rouler grâce à l'énergie solaire disponible sur nos trajets routiers préférés.

Ordre de grandeur de la puissance disponible sur 1m² de panneau photovoltaïque : 150 à 200W/m² pour un rayonnement solaire incident de 1000W/m² (grand soleil).

Sur la surface d'une voiture qui est de 8m² par exemple, on ne peut espérer que 1600W :

1600W par très beau temps (moins de 3CV)

Alors que pour rouler sur autoroute en voiture, une puissance de 20CV à 30CV est nécessaire à 110km/h... On est loin du compte !

De même pour les camions, bus et autres gros véhicules :

Autocar : 500 litres de fioul et c'est parti !

Il n'existe pas de solution alternative à l'énergie fossile actuellement. Peut-être triste (à vous de juger), mais réaliste.

Rendements, bilan énergétique et énergie consommée

Une voiture à essence ou gasoil contient, dans son plein, une autonomie d'énergie bien plus élevée, mais le rendement moyen d'un moteur thermique Diesel ou essence (mettons 15-20% en moyenne) est bien inférieur à un système électrique. Une voiture électrique a une consommation d'électricité correspond à 1L/100km à 2L/100km. Ceci est du à cette différence de rendement.

Lorsqu'on fait son plein d'électricité, on met beaucoup moins d'énergie dans sa voiture. Et la voiture n'émet pas de CO2. Ce raisonnement se limite au bilan "du réservoir à la roue" ("from tank to wheel" abrégé TTW). Il faut se rappeler que l'électricité issue de la prise de courant a été produite par des centrales électriques dont le rendement est de l'ordre de 30%. Ensuite, des pertes supplémentaires ont lieu dans les lignes électriques et les transformateurs des lignes à haute tension. Cela permet un bilan énergétique global du véhicule électrique.

Ci dessous, un bilan énergétique des voitures électriques et thermiques (diesel ou essence) :

Voitures électriques : bilan énergétique (source EDF)

En France, la majorité de l'électricité est fabriquée par des centrales nucléaires. C'est pourquoi le bilan CO2 est si favorable pour les voitures électriques rechargées sur les prises de courant françaises.

Mot de la fin

Entre voiture électrique ou voiture à carburant (Diesel ou essence), de très grandes différences d'ordre de grandeur existent sur ces deux points :

- quantité d'énergie stockée dans le plein de la voiture. Un plein d'essence de 60L contient 25 fois plus d'énergie qu'un plein d'électricité (Renault Zoé)

- débit d'énergie bien plus grand lorsque le carburant passe dans le tuyau de la pompe plutôt qu'une recharge d'électricité à la maison. Le carburant contient beaucoup d'énergie et le débit d'énergie est jusqu'à 6000 fois plus grand à la pompe que sur la prise de courant.

Le bilan énergétique d'une voiture électrique est favorable, mais il ne faut pas oublier l'origine de l'électricité qu'on utilise. Si vous souhaitez réduire le bilan énergétique, il faut préférer le train.