Comparaison de l'efficacité et du coût de fonctionnement

Une voiture est simplement un appareil qui consomme de l'énergie et exerce une fonction utile. Comme tous les autres appareils (p. ex., laveuse, sécheuse ou appareil de chauffage), son efficacité énergétique est un facteur important de ses coûts de fonctionnement généraux et de ses incidences sur l'environnement. Moins on utilise d'énergie pour exécuter une même tâche, plus on augmente les avantages.

Prenons par exemple une thermopompe géothermique. Au Manitoba, une thermopompe bénéficie de deux avantages importants. Premièrement, elle utilise de l'électricité renouvelable au lieu de combustibles fossiles, puis elle va plus loin en consommant beaucoup moins d'énergie qu'un appareil de chauffage conventionnel. Bien que le coût d'une thermopompe soit beaucoup plus élevé que celui d'un appareil de chauffage conventionnel, la différence de coût est comblée graduellement grâce à la réduction des frais énergétiques à cause de l'efficacité énergétique accrue de la thermopompe. Le même principe est vrai pour une transmission automobile électrique qui est alimentée par une batterie et est enfichable, tel qu'on trouve dans un VHÉE.

Étant donné qu'un VHÉE est muni à la fois d'un moteur électrique à batterie et d'un moteur à essence, les deux transmissions font l'objet d'une discussion individuelle ci-dessous. Plus l'autonomie électrique d'un VHÉE est élevée, plus son efficacité énergétique et ses frais de carburant le rapprochent du fonctionnement d'un véhicule électrique et l'éloignent de celui d'un véhicule à essence. Un VHÉE-30 (autonomie électrique de 30 mi) fonctionnera moitié à l'essence, moitié à l'électricité.

Efficacité de la batterie

Une batterie est généralement quatre fois plus efficace que l'essence ou l'hydrogène pour stocker l'énergie nécessaire au mouvement d'un véhicule. Bien que l'hydrogène soit souvent présenté dans les médias comme « le carburant de l'avenir » et que les piles à hydrogène soient souvent mises de l'avant comme étant plus efficaces que les moteurs à essence, les ouvrages scientifiques sont moins optimistes. Malheureusement, il est nécessaire et inévitable de produire l'hydrogène à partir d'autres formes d'énergie, telles que l'essence, le gaz naturel et l'électricité, ce qui entraîne une perte importante d'énergie potentiellement utile sous forme de chaleur.

L'avantage hypothétique des piles à combustible est rapidement dissipé dans une chaîne complexe de pompes à eau, d'électrolyseurs, de reformeurs, de compresseurs d'hydrogène, de tuyauterie, de réservoirs de stockage, de compresseurs d'air, de système de gestion de la glace, de radiateurs et d'autres dispositifs. Ces derniers sont nécessaires pour produire de l'hydrogène à partir d'autres sources d'énergie, le livrer aux véhicules et traiter le produit (l'eau), ce qui peut être épineux en hiver. Le gel peut endommager une pile à combustible. Les piles à combustible conçues pour fonctionner dans des conditions hivernales douces perdent habituellement plusieurs milles de distance possibles en consommant de l'énergie sur place pour atteindre leur température de fonctionnement. La membrane en plastique d'une pile à combustible qui est remplie de platine doit être humide pour fonctionner.

Les batteries, en particulier les modèles de conception nouvelle, peuvent fonctionner en utilisant directement l'électricité renouvelable, même en hiver, pour alimenter la voiture au besoin, en affichant une efficacité énergétique de plus de 90 %. L'efficacité des batteries actuelles dépasse de beaucoup les limites physiques de toute pile à combustible actuelle ou proposée, avec ou sans la chaîne complexe des appareils nécessaires pour produire de l'hydrogène. Une augmentation de l'efficacité se traduit directement par des coûts plus bas et des effets réduits sur l'environnement (réduits au quart).

Les promoteurs de l'hydrogène disent que la technologie des VHÉE est une introduction à la technologie des piles à hydrogène. En théorie, quand on utilise une pile à combustible au lieu d'un moteur à essence, la technologie des VHÉE peut réduire le coût et le poids d'un véhicule à pile à hydrogène en remplaçant une partie de la puissance exigée de la pile à combustible par une batterie chargée en la branchant dans une prise. Un VHÉE-30 (autonomie électrique de 30 mi) à pile à hydrogène utiliserait la moitié de l'hydrogène qu'utilise un véhicule à pile à hydrogène, afficherait un rendement énergétique deux fois plus grand que ce dernier (parce que la batterie est quatre fois plus efficace) et réduirait grandement la nécessité de trouver des points de remplissage pour l'hydrogène. Il s'agit d'une amélioration importante par rapport à un véhicule entièrement alimenté à l'hydrogène, mais un véhicule électrique entièrement alimenté par une batterie demeurerait environ deux fois plus efficace qu'un VHÉE à pile à hydrogène.

Comparaison de coût

Le tableau qui suit indique les incidences de l'efficacité énergétique sur le coût des divers carburants nécessaires au fonctionnement de véhicules de même taille au Manitoba. Le véhicule hybride électrique (VHÉ) conventionnel ne fonctionne qu'à l'essence et produit son électricité à bord. À l'heure actuelle, aucune taxe sur les carburants n'est perçue sur l'électricité ou l'hydrogène qui soit comparable à la taxe sur l'essence. Les sources les plus économiques d'hydrogène sont le gaz naturel et le charbon utilisés dans des processus chimiques, suivis d'un processus nucléo-thermique. L'hydrogène produit à partir de l'électricité n'est pas inclus dans le tableau, mais son coût de production est environ le double du coût de production à partir du gaz naturel.

Désavantages des transmissions à batterie

Le désavantage physique le plus important d'une transmission électrique à batterie est l'incapacité de recharger rapidement la batterie, mais cela est en train de changer. Des batteries à charge rapide commencent à apparaître sur le marché : elles peuvent être chargées en quinze minutes ou moins. Même sans ces batteries, un VHÉE est un substitut pratique et formidable au véhicule à essence parce qu'il utilise des technologies semblables et la même infrastructure de ravitaillement en carburant. Une infrastructure de ravitaillement en hydrogène n'existe pas encore et son développement sera long et très coûteux.

Autres technologies émergentes de stockage d'énergie

De nombreuses autres technologies émergentes de stockage d'énergie pourront devenir utiles dans le secteur du transport ou ailleurs un jour. Ces technologies comprennent les suivantes :

• piles à combustible qui n'ont pas besoin d'hydrogène (p. ex., piles à température élevée qui peuvent utiliser directement le méthane ou d'autres hydrocarbures, y compris le biogaz et d'autres biocarburants);
• piles à combustible qui ont recours aux carburants métalliques (réversibles par électrolyse);
• piles à combustible qui fonctionnent de manière réversible en utilisant des électrolytes en écoulement (action très rapide comme une batterie);
• autres piles à combustible de nature très expérimentale;
• autres options telles que des condensateurs, des volants cinétiques, l'air comprimé et le stockage thermique.

D'autres facteurs ont des incidences sur l'efficacité et les frais de fonctionnement, qui doivent être contrôlés pour une comparaison équitable. Ce sont les suivants :

• les habitudes de conduite;
• la taille du véhicule;
• le temps qu'il fait;
• le gonflement des pneus.