Les batteries au lithium pour moto électriques de A à Z

Les batteries au lithium pour moto électriques de A à Z

Elles sont comme de véritables clés de voûte qui maintiennent toute la structure d’un bâtiment. Elles sont l’ingrédient principal auquel penser pour qu’une recette soit réussie. Mais elles sont surtout l’élément primordial pour faire fonctionner un véhicule. Voitures, scooters ou motos électriques: c’est le même processus.

Une fois passé du côté électrifié de la force, il faudra bien lui garder une certaine place dans sa tête. Qu’on soit du genre à bichonner sa bécane ou non, ne pas prêter attention à l’état de sa batterie semble impensable. Cela nécessite de comprendre ce qui la fait fonctionner, ce qui la caractérise et surtout ce qui influe positivement sur son niveau de vie. Il vous paraissait peut-être insurmontable de tenir sans votre gameboy lorsque celle-ci n’avait plus de pile. Si votre moto s’apparente à votre joujou du monde adulte, vous raisonnerez de la même façon avec sa batterie. La finalité ? Conserver sa bonne performance.

La batterie au lithium, le meilleur compromis

Loin d’être la plus vieille technologie de batteries multi-usage, le lithium a su s’imposer comme le grand gagnant face au plomb. Bien que l’ensemble du marché des véhicules à électricité ne l’utilise pas, les batteries au lithium ont tout de même convaincu une majorité écrasante de producteurs. Mais le phénomène n’est pas nécessairement dû au hasard.

Une apparition progressive en passage de relai

À l’heure où les grandes crises pétrolières font rage dans un monde en pleine guerre froide, stocker de l’électricité devenait un enjeu crucial. C’est là que la batterie lithium trouve son origine. L’occasion pour certains chercheurs de tenter de démontrer l’efficacité du lithium. C’est notamment le cas du chimiste britannique Stanley Whittingham. Dès la fin des années 70, il vante les bienfaits de cet élément par rapport aux métaux utilisés à l’époque.

Selon lui, le lithium permet de stocker le plus d’énergie possible tout en offrant une meilleure durée de vie. Par ailleurs, son poids nettement plus faible apparaît aussi comme un avantage important. Sûr de ses travaux d’analyse aboutis, Whittingham est bien allé au bout de son raisonnement tout comme une poignée d’autres chimistes dans le monde : de l’américain Goodenough au Japonais Akira Yoshino en passant par le marocain Rachid Yazami.

Leurs travaux mis bout à bout permettent l’élaboration de la première batterie lithium rechargeable en 1985. Elle a vu le jour grâce à l’élaboration d’une batterie à ions lithium : un accumulateur d’énergie basé sur le voyage d’ions de la cathode (pôle positif) à l’anode (pôle négatif). C’est ainsi qu’ils sont les pères fondateurs de la première batterie lithium du monde. Bien des années plus tard, leur travail est récompensé, notamment avec le prix Nobel de chimie en 2019.

Une fois la machine lancée, il ne manquait plus que de lui faire une place sur le marché. C’est un autre japonais (Yoshio Nishi) qui permet son lancement sur le marché en 1991. L’entreprise Sony fut la toute première à commercialiser une telle batterie dans une caméra vidéo portative. Ordinateurs, téléphones portables, et autres innovations technologiques en sont progressivement équipées.

En ayant grandi avec, il est difficile de se rendre compte qu’une telle invention a, bel et bien, révolutionné le secteur de l’électronique portable. Pourtant, on estime que plus de 10 milliards de batteries au lithium sont produites chaque année dans le monde : preuve que leur utilisation est omniprésente. Par ailleurs, la production de lithium dans le monde, tout secteur confondu a été multipliée par 3 depuis 2010.

Les grands types de technologies au lithium 

Que ce soit pour alimenter une voiture, un scooter, ou bien une moto à électricité, le lithium est partout. Electhium, Aliant, ou encore Skyrich, des noms que les obsédés de la marque connaissent inévitablement. Mais si le lithium-ion est majoritairement présent à l’intérieur de toute la gamme de véhicules électriques, ce n’est pas la seule batterie basée sur le lithium. Parmi les technologies qui utilisent l’élément chimique lithium, de nombreux dérivés ont été développés ces dernières années.

Comme toujours, chacun présente ses points forts et points faibles :

• La lithium-ion (li-ion) qui est donc la plus ancienne apparue en 1991 sur le marché. Une batterie avantageuse avec son faible poids pour sa grande quantité de stockage. Avec sa durée de vie moyenne de 300 à 500 cycles, elle n’est pas la plus durable des batteries au lithium. Elle n’est composée que de 2 matériaux dont l’extraction a des conséquences négatives sur l’environnement : le cobalt et le nickel. Par ailleurs, elle peut s’exposer à des risques d’incendies ou d’explosion puisqu’elle contient des substances inflammables.
• La lithium polymère qui est comme une variante de la li-ion. D’une part, elle est nettement moins dangereuse étant donné que son électrolyte est à base de gel. Elle reste en revanche assez similaire à sa sœur en termes de densité énergétique (tension comprise en 3,4 et 4,2 V) et de durée de vie (300 à 400 cycles). Une batterie également similaire sur le plan écologique, étant elle-aussi composé de cobalt et de nickel.
• La lithium fer phosphate quant à elle n’est composée d’aucun matériau dont l’extraction provoque des dégâts sur l’environnement. Elle comporte ainsi une très faible toxicité. Sa durée de vie est nettement supérieure à celle de ses 2 sœurs, à savoir plus de 2000 cycles. Concernant sa dangerosité, elle ne s’expose qu’à certains risques de dégagement de forte chaleur. En revanche, celle-ci n’a pas une capacité de stockage d’énergie similaire aux deux autres malgré ses autres bons points. À terme, cette batterie devrait d’ailleurs remplacer celles au plomb.

Pourquoi pas une batterie au plomb ?

Outre les batteries au lithium, il est parfois question de batteries au plomb pour certains types de véhicules à électricité. Un type de batterie dont l’utilisation devient de plus en plus minoritaire dans les modèles. Plusieurs arguments en sont la cause. D’une part, il est important de noter qu’une batterie au plomb ne fonctionne pas de la même façon qu’une batterie au lithium. Sa recharge nécessite davantage d’énergie que celle qu’elle peut fournir. Résultat, son temps de charge est plus élevé.

Le surplus d’énergie est nécessaire pour permettre de remélanger les acides dans lesquels sont immergées les deux électrodes de la batterie. Ces mêmes acides qui rendent d’ailleurs cette batterie difficilement transportable. En comparaison avec les batteries lithium, une batterie au plomb sera nettement plus lourde : 30 kg par kWh contre 6 kg par kWh pour les lithium. Une batterie au lithium est ainsi 5 fois plus légère. Tout bon motard le sait, chaque kilo en moins sera toujours bénéfique pour rouler à moto.

Le résultat est aussi sans appel pour des questions de dégâts environnementaux quand l’on sait que la production d’1 kWh engendre 150 à 200 kg de CO2. Bien que des solutions de recyclage soient mises en œuvre, le plomb peut être un élément chimique dangereux. Il peut provoquer des intoxications chroniques chez ceux qui y restent exposés pour un certain délai. Le dernier élément important à avoir en tête est celui de la durée de vie. Une batterie au plomb peut durer environ 3 à 4 fois moins longtemps qu’une batterie au lithium.

S’occuper de sa batterie comme de sa moto

Comment fonctionne une batterie sur une moto à électricité ?

Il faut bien comprendre qu’une moto à électricité fonctionne sur un principe de champ magnétique et d’aimants. L’électricité nécessaire fournie par la ou les batteries selon le modèle est envoyée d’une certaine manière jusqu’au moteur. Ce dernier aura le rôle de transformer l’énergie contenue dans la batterie en énergie mécanique.

Pour pouvoir réaliser cette conversion avec brio, le moteur est composé de 2 grands éléments sur lesquels il compte.

Le stator et le rotor

Le stator, qui est sa partie fixe, a la faculté de créer un champ magnétique lorsqu’il entre en interaction avec le rotor qu’il entoure (la partie en mouvement du moteur). À partir du moment où du courant traverse le stator, ce dernier crée le champ magnétique avec les aimants qu’il possède.

Ensuite, le rotor est mis en mouvement par l’action du stator et va pouvoir faire fonctionner le moteur. Ce dernier est d’ailleurs relié à la roue arrière de la moto par une chaîne ou une courroie. Ainsi, la roue se met en mouvement avec le rotor et votre moto peut alors avancer. Place au démarrage !

Comment favoriser un bon cycle de vie d’une batterie ? 

Bien qu’une batterie au lithium comporte un cycle de vie plus important qu’une batterie au plomb, elle peut tout aussi bien se dégrader dans le temps. De bonnes conditions et un bon entretien sont nécessaires pour permettre à la batterie de votre moto de durer dans le temps. En voici certaines qui ne vous demandent pas nécessairement d’investissements supplémentaires :

•  Garder un œil sur la température. Il vaut mieux ne pas entreposer votre moto dans un lieu dans lequel la température ne sera pas équilibrée. Qu’elle soit au lithium ou au plomb, une batterie supporte un juste milieu entre des températures extrêmes (entre 25 et 15°c).
•  Contrôler les charges que vous transportez sur votre moto. Chaque constructeur indique un poids maximal idéal à respecter. Si vous décidez de dépasser ce poids, la batterie de votre moto devrait s’épuiser plus facilement.
• Ne pas attendre que la batterie soit complètement déchargée. Vous devez surveiller constamment le niveau de décharge de votre batterie. Vous pouvez commencer à envisager de sortir le chargeur au moment où le niveau descend en dessous des 10 % par exemple.
•  Ne pas brancher une batterie à chaud. Cela risquerait d’endommager les composants de votre batterie et de réduire ainsi ses capacités. Il vaut donc mieux privilégier le fait de charger votre batterie à froid.
• Faire contrôler sa moto par un spécialiste si besoin. Si les pièces de votre moto commencent à rendre l’âme, votre batterie pourra être la première à en subir les conséquences. Il est donc toujours bon de s’assurer de la bonne santé de sa moto électrique.

Les grands défis d’avenir des batteries au lithium

Malheureusement, l’essor que connaissent les batteries lithium par leur qualité fait aussi face à certaines barrières que la durée pourrait rendre insurmontables. Bien que les technologies de batteries lithium soient à l’heure actuelle la bonne formule pour les constructeurs et conducteurs de modèles électriques, il faudra s’adapter aux défis qu’elles rencontrent.

Quelle empreinte écologique ?

La première cause qui fait réfléchir est celle des questions environnementales. Une logique de limitation des dégâts infligés à l’environnement impose de trouver des compromis toujours moins polluants. Il y a de fait le premier enjeu de la pollution à l’extraction des ressources nécessaires à la fabrication d’une batterie et leur épuisement progressif : le cobalt et nickel comme vu précédemment. D’après les estimations de travaux de recherche, l’extraction du nickel engendrerait 60 à 70 tonnes de CO2. Concernant le cobalt, il reste difficile de connaître les données précises que représente son extraction. Cela dit, on peut l’estimer en tant que sous-produit du cuivre, qui lui-même représente environ 5 tonnes de CO2. Il faut bien sûr préciser qu’il s’agit là d’une extraction pour toutes productions confondues et non seulement pour des batteries.

 Le bilan carbone de la production de batteries en tant que tel fait parfois lui aussi débat. Dans ses récents travaux publiés en 2021, l’IVL (agence suédoise pour la recherche et l’environnement) arrivait à une conclusion de 5 tonnes de CO2 pour une batterie d’une puissance de 30 kWh. Chaque kWh de batterie produit équivaudrait ainsi à 150-200 kg de CO2. À noter tout de même que l’impact carbone varie selon les pays et leurs modes de production, notamment en matière d’énergie.

Une évolution de la demande de batteries lithium à la hausse 

Pour le coup, l’abondance du  lithium (qui représente environ 2 % du poids d’une batterie) n’est pas vraiment critiquable. Il est non seulement disponible dans des minerais riches appelés “spodumènes”. Mais on en trouve au même titre que le sodium dans l’eau des océans à raison de 18 mg/l.

Cela étant, au-delà des questions de disponibilité de cet élément s’ouvrent celle de la demande largement croissante. Aussi bien pour fabriquer des batteries destinées à alimenter des motos et autres véhicules électriques, que des batteries destinées à alimenter tous types d’appareils électriques. Un plan prévisionnel de la Commission Européenne en 2021, estime que la demande de batteries lithium va être multipliée par 14 d’ici à 2030. Elle passerait alors de 184 à 2,623 GWh par an.

D’ailleurs, à l’échelle de l’Europe, de tels besoins ne seraient pas tenables avec les niveaux de production actuels. Sur l’année 2020, l’Union Européenne produisait 6 % des batteries lithium au niveau mondial (soit 26 GWh). L’objectif serait d’augmenter cette part à 16 % d’ici à 2030 pour atteindre les 500 GWh. Il existe toutefois d’autres enjeux qui font l’objet d’expérimentations multiples.

Le temps de charge et l’autonomie des batteries notamment, prennent de plus en plus de place dans le perfectionnement du service auprès des adhérents de véhicules électriques.