L’avenir du transport longue distance à batteries est rempli de défis mais prometteur, selon un expert de Ressources naturelles Canada

Plusieurs se posent la question : sera-t-il éventuellement possible de faire du transport lourd sur longues distances avec des camions électriques propulsés par des batteries? Lors du sommet mondial HVTT18: Trucking toward S2MART, tenu à l’Université Laval, Eddy Zuppel, chef de programme, Transports propres et écoénergétiques du Centre national de recherches Canada (CNRC), a partagé les résultats d’un rapport sur la question

Le rapport a été produit en 2023 par le CNRC pour le Programme de transport et de camionnage à émissions nulles de Transports Canada. Il aborde les technologies de base des batteries, les minéraux utilisés dans les batteries, l’infrastructure de recharge et l’adoption des batteries.

Le transport est un secteur important à décarboniser, mais cela représente des défis importants en raison des charges utiles extrêmes et des besoins énergétiques des véhicules.

«De nombreuses technologies différentes sont envisagées pour décarboner ce secteur, comme l’hydrogène et les carburants alternatifs. Et l’une des principales technologies, c’est la batterie, qui stocke l’énergie et remplace donc le réservoir de carburant diesel»

Il va sans dire, les camions lourds nécessitent des batteries beaucoup plus imposantes que celles qui équipent les véhicules légers. On parle de batteries de 1 000 kWh et plus, comparativement à 60 à 75 kWh pour des voitures de tourisme. «Cette différence pose des défis techniques considérables, notamment en ce qui a trait à la gestion de l’énergie, à la durabilité des composants et à l’intégration des systèmes», de dire M. Zuppel.

En ce qui a trait aux batteries, deux grandes familles dominent aujourd’hui, soit les chimies à haute densité (NMC, NCA) et les batteries à phosphate de fer lithié (LFP).

Les premières offrent une capacité élevée, mais elles coûtent cher en raison de la présence de cobalt, un matériau à l’approvisionnement instable. Leur durabilité est aussi limitée, surtout avec des concentrations élevées de nickel. Les batteries LFP sont plus abordables, plus sûres et plus durables (plus de 2 000 cycles), et ne contiennent pas de cobalt. En revanche, leur densité énergétique est inférieure, ce qui limite leur usage aux trajets courts ou moyens.

Objectifs de performance: où en sommes-nous ?

L’industrie cherche à atteindre certaines cibles en ce qui a trait aux batteries utilisées pour la longue distance.

La densité énergétique des batteries actuelles de type NMC (nickel-manganèse-cobalt) ou NCA (nickel-cobalt-aluminium) offre environ 150 Wh/kg. L’objectif est d’atteindre 250 à 300 Wh/kg pour limiter les problèmes d’autonomie et de poids.

En ce qui a trait à la durée de vie, M. Zuppel a fait remarquer que les batteries NMC actuelles offrent entre 1 000 et 2 000 cycles. Or, le transport longue distance exige une durabilité supérieure.

Et il y a aussi la question du prix d’acquisition du bloc-piles, qui doit diminuer afin d’offrir aux acheteurs un coût total de possession acceptable. Actuellement, le coût d’une batterie est d’environ 135 USD par kWh. L’objectif est de passer sous les 100 USD, ce qui pourrait se réaliser dans les trois à quatre prochaines années.

Pénalités de charge utile et climat froid

La réduction de la charge utile en raison du poids des batteries est un inconvénient souvent mentionné. «Pour une autonomie de 500 km, cela peut représenter une pénalité d’environ 10 %. Si la distance parcourue est supérieure à 500 km, cette pénalité augmentera», a indiqué M. Zuppel.

Les climats froids, en revanche, posent un vrai défi — surtout au Canada. À –8 °C, la perte d’autonomie peut atteindre 8 %. À –25 °C ou –30 °C, cette perte grimpe à 40 ou 50 %. L’énergie est utilisée non seulement pour chauffer la cabine, mais aussi pour maintenir les batteries à une température de fonctionnement optimale (entre 15 et 20 °C).

«Il faudra trouver des stratégies de gestion thermique avancées et de nouveaux matériaux afin de réduire les impacts du froid et tirer profit des nouvelles chimies de batteries qui sont plus résilientes en ce qui a trait aux températures extrêmes.»

Démystifier les idées reçues

M. Zuppel a tenu à déconstruire certaines idées reçues autour des camions électriques :

« Les batteries sont trop lourdes. »

Bien qu’elles alourdissent le véhicule, la majorité des cargaisons ne sont pas limitées par le poids mais plutôt par le volume. Certaines juridictions aux États-Unis et en Europe permettent aux camions électriques d’excéder les limites de poids prescrites dans un effort de transiter vers les nouvelles technologies propres.

« L’autonomie est insuffisante. »

Plus de 90 % des trajets parcourus par les camions lourds aux États-Unis, et plus de 97% dans l’Union européenne, sont inférieurs à 800 km, ce que les batteries modernes peuvent déjà couvrir.

« Les trajets longue distance sont la norme.»

En réalité, l’essor du commerce en ligne a réduit la distance moyenne de transport d’environ 40 % en 20 ans, rendant les trajets plus courts et favorables à l’électrification.

À court terme, les fabricants cherchent à réduire les coûts des batteries en modifiant la composition des cathodes et en privilégiant davantage de nickel et de manganèse. Du côté de l’anode (généralement en graphite), l’ajout de silicone permet d’accroître la densité énergétique.

«À long terme, l’augmentation de la concentration de lithium métallique dans l’anode permettrait de rehausser la densité énergétique, mais cela nécessitera des électrolytes solides pour stabiliser ce matériau plus volatile.

Parmi les autres solutions prometteuses, M. Zuppel a mentionné les batteries lithium-soufre ou sodium-ion, qui font appel à des matériaux plus abondants et moins coûteux. Cependant, leur densité énergétique et leur durée de vie doivent encore être améliorées.