Y a t’il suffisamment de lithium pour les batteries de 1 milliard de véhicules hybrides branchables?

Illustration – Récolte de sel dans le Salar d’Uyuni en Bolivie, la plus grosse réserve de lithium de la planète (source : Wikimedia Commons)

L’arrivée sur le marché de batteries Li-ion très performantes a été, sans conteste, l’élément déclencheur de la révolution imminente dans les transports routiers. Mais, y a t’il suffisamment de lithium pour équiper un milliard de véhicules sur la planète, à terme?

Pour y répondre, il faut savoir, tout d’abord, que selon le US Geological Survey (USGS) , les réserves de base de lithium sur la planète sont estimées à 11 millions de tonnes métriques. Mais ces estimés ne tiennent pas compte des réserves de l’Argentine que la compagnie Orocobre a fait connaître récemment (3 millions de tonnes). Un rapport très instructif sur les réserves mondiales de lithium et les marchés est disponible sur le site de cette compagnie. Ce rapport réalisé par Martin Place Securities peut être téléchargé en cliquant sur la «News» du 31 mars 2008 du projet Olaroz. Du côté des Etats-Unis, la compagnie Western Lithium effectue présentement l’expertise géologique d’un important dépôt argileux de lithium au Nevada, à King Valley. La réserve estimée est de 2,08 millions de tonnes de lithium (11 millions de tonnes de carbonate de lithium, Li2CO3) et elle n’est pas comptabilisée non plus dans l’évaluation du USGS. En actualisant l’évaluation USGS, on arrive donc a des réserves de base globales de 16 millions de tonnes de lithium.

Par ailleurs, le USGS rapporte une production annuelle mondiale de lithium de 25000 tonnes pour 2007. À ce taux d’exploitation, on en aurait pour plusieurs centaines d’années. Cette situation d’abondance et le très faible prix du lithium, jusqu’à récemment, n’ont évidemment pas stimulé l’exploration de nouveaux gisements. On peut donc s’attendre à ce que les réserves mondiales soient plus élevées que 16 millions de tonnes.

Maintenant, dans le rapport Martin Place Securities mentionné plus haut, on apprend que le taux de récupération du lithium à partir des réserves est de l’ordre de 50%, en moyenne. Ainsi, en comptant 16 millions de tonnes de réserves on aurait 8 millions de tonnes de lithium de disponible pour l’industrie.

Les réserves de lithium se retrouvent à 75% sous forme de sel, principalement du carbonate de lithium qu’on récupère à même des déserts de sel. Les principaux se retrouvent en Amérique du Sud (photo du début) et également au Tibet. Le carbonate de lithium est la matière première utilisée par l’industrie des batteries (5,3 kg de carbonate donnent 1 kg de lithium).

À présent, pour une voiture hybride branchable intermédiaire, une batterie donnant une autonomie de 100 km en mode électrique nécessite présentement de stocker 20 kWh d’énergie électrique. Par ailleurs, la compagnie LG Chem, qui fournit les batteries Li-ion pour la Chevy Volt de GM, via sa filiale Compact Power, nous dit sur son site (dans la section Technology à la page FAQ) qu’ils ont besoin de 140 g de lithium par kWh de batterie, ce qui donne 2,8 kg de lithium pour 20 kWh, que nous arrondirons à 3 kg. Rappelons qu’avec ce 3 kg de lithium, une voiture intermédiaire parcourt aujourd’hui 100 km en mode électrique.

Par ailleurs, les voitures hybrides avancées des années 2020 vont être plus légères, plus aérodynamiques et vont être équipées de groupes de traction à moteurs-roues consommant moins d’énergie. Ces voitures intermédiaires de demain vont consommer environ 12 kWh/100 km au lieu du 20 kWh/100 km mentionné plus haut (voir mon livre Rouler sans pétrole). C’est donc plutôt 2 kg de lithium par voiture qu’il faudrait compter à l’horizon 2025. Ainsi, pour un milliard de véhicules (il y en a 800 millions présentement sur la planète), on aurait besoin d’environ 2 millions de tonnes de lithium, soit le quart des réserves mondiales de base, disponible après extraction.

Il y a donc suffisamment de lithium sur la planète pour des voitures hybrides branchables. Mais, si on voulait aller vers des voitures tout électriques avec des batteries de 400 km d’autonomie, là on aurait des problèmes. Il sera toujours préférable d’utiliser la plus petite batterie possible pour parcourir 80% de nos kilomètres.

Maintenant, il faut bien réaliser que les batteries Li-ion sont recyclables à plus de 95%. Les réserves finies de lithium ne peuvent donc se comparer aux réserves finies de pétrole, qui lui est totalement perdu dans un moteur à combustion interne.

Certains critiques de la mobilité électrique font également miroiter qu’environ les 60% des réserves mondiales sont situées en Amérique du Sud et qu’on se retrouve dans une situation similaire au Moyen-Orient pour le pétrole. Mais, comme le lithium prend de la valeur, on n’a pas fini de découvrir des gisements un peu partout. Le seul gisement de King Valley au Nevada, contient suffisamment de lithium pour 500 millions de voitures intermédiaires avancées avec une autonomie de 100 km en mode électrique.

Illustration – Un projet d’exploitation minière de la compagnie Canada Lithium Corporation, près de Val d’or au Québec, pourrait produire suffisamment de lithium pour équiper tous les véhicules canadiens d’une batterie donnant une autonomie de 100km en mode électrique. (source : Cadada Lithium Corporation)

La compagnie Canada Lithium Corp. compte également exploiter une ancienne mine près de Val d’or au Québec. On pense pouvoir en sortir l’équivalent de 55 millions de kg de lithium, une quantité suffisante pour 25 millions de voitures intermédiaires avancées avec une autonomie de 100 km en mode électrique, de quoi combler tous les besoins des Canadiens.

Combien d’électricité en plus pour les réseaux?

Illustration – Graphique tiré de mon livre Rouler sans pétrole, montrant le pourcentage d’énergie électrique supplémentaire requis dans différents endroits, pour que les véhicules parcourent 70% des kilomètres en mode électrique.

Lorsqu’on aborde le sujet des véhicules hybrides électriques branchables, les non initiés mettent toujours de l’avant la crainte de manquer d’électricité. Mais il ne faut pas oublier que cette transition vers la mobilité principalement électrique va se faire graduellement, sur 20 à 25 ans, et constituer une opportunité unique de stimuler les économies locales.

Pour ce qui est des quantités supplémentaires d’électricité requises, les calculs sont expliqués dans mon livre Rouler sans pétrole (et corroborés par une autre étude), en supposant que 70% du kilométrage des véhicules soit parcouru à l’aide de l’électricité. Les résultats sont donnés sur le graphique plus haut. Les valeurs supérieures correspondent aux technologies qui seront commercialisées d’ici quelques années, alors que les valeurs inférieures font références aux technologies matures, moins énergivores, qui seront disponibles à grande échelle après 2020.

On constate que le Québec est un endroit très privilégié, puisque l’électricité supplémentaire requise est de l’ordre de 7% seulement d’ici disons 2030. On pourrait facilement obtenir cette quantité en misant sur une efficacité énergétique accrue. Une autre option intéressante serait de d’installer du chauffage par thermopompes géothermiques pour la moitié des résidences et bâtiments. On économiserait ainsi le 7% de l’électricité dont on a besoin. Si le pourcentage d’électricité supplémentaire est si faible au Québec, c’est que les Québécois disposent de 3 fois plus d’électricité par habitant que les Français et que les Californiens, et deux fois plus que la moyenne des Étatsuniens. De plus, L’électricité au Québec est très bon marché et non polluante (95% de centrales hydroélectriques).

Enfin, pour ceux qui craindraient quand même qu’Hydro-Québec n’autorise pas la recharge des batteries (avec des bornes intelligentes) les quelques jours d’hiver où il fait moins -35°C, il ne faut pas oublier qu’il n’y a aucun problème avec une voiture hybride branchable, puisqu’elle peut tout aussi bien fonctionner avec son moteur thermique.


Illustration – Le vent peut fournir une partie importante de l’électricité supplémentaire requise. (photo: Wikimedia Commons, auteur: Kapipelmo, avril 2008)

Si on prend les États-Unis maintenant, c’est environ 22% d’électricité supplémentaire qu’il faudrait pour alimenter les véhicules. Mais comme 70% de leur électricité provient de centrales au gaz naturel et au charbon, ces centrales sont fortement sous-utilisées la nuit, et pourraient l’être en partie pour recharger les véhicules, sans construire de nouvelles centrales.

Par ailleurs, installer des panneaux solaires sur les toits des édifices au sud des Etats-Unis, afin de recharger les véhicules branchables, coûte moins cher que d’acheter de l’essence pour un véhicule traditionnel. Il est très pensable également d’ajouter 15% à 20% d’énergie éolienne d’ici 20 ans. De plus, avec les nouvelles technologies de stockage de la chaleur dans du sel fondu, on peut désormais construire des centrales solaires thermiques qui fonctionnent 24 heures par jour, et ce ne sont pas les zones arides ensoleillées qui manquent aux Etats-Unis. Les ingénieurs de la compagnie Ausra ont calculé qu’il suffirait de couvrir un carré de 150 km de côté dans le désert pour fournir toute l'électricité consommée aux Etats-Unis. Enfin, la compagnie Raser vient d’ouvrir une centrale géothermique d’un nouveau genre, fonctionnant 24 heures par jour, et utilisant de l’eau à plus basse température que les centrales géothermiques traditionnelles. Ils estiment que plus de 10% de l’électricité des Étatsuniens pourrait être générée par la géothermie. Ajoutons à cela l’efficacité énergétique pour les bâtiments, des véhicules plus petits, et plus de transport en commun, et on réalise que le seul problème est la volonté politique, pas le supplément d’électricité requis. Heureusement, avec le président Obama cette situation semble être une chose du passé.

En terminant, il ne faudrait pas oublier que les pays qui vont implanter des énergies renouvelables pour augmenter la capacité de leur réseau vont stimuler leur économie locale. Car, ils vont financer ces travaux à même l’argent économisé suite à leur importation réduite de pétrole, leur sauvant ainsi des dizaines de milliards de dollars annuellement.

Du gaz naturel ou de l'électricité pour les véhicules? Le Plan Pickens

ILLUSTRATION - Centrale au gaz naturel de Currant Creek en Utah, photo de David Jolley, 2007, Wikipedia, Creative Commons

Depuis 2008, T. Boone Pickens, un multimilliardaire du pétrole et du gaz naturel, fait parler de lui avec son plan, le Plan Pickens, pour réduire les importations de pétrole des Etats-Unis en utilisant du gaz naturel dans des véhicules à moteur thermique spécialement adaptés, comme la Honda Civic GX . De telles voitures émettent environ 20% moins de CO2 qu’une voiture équivalente à essence. Par contre, l’autonomie des voitures au gaz naturel comprimé n'est que de 300 km sur un plein.

Le Plan Pickens est simple, il consiste à fermer la majorité des centrales au gaz naturel aux États-Unis d’ici 10 ans et à utiliser le gaz devenu disponible pour faire fonctionner les moteurs à combustion interne des véhicules routiers. Dans son plan, les centrales au gaz naturel sont remplacées par des éoliennes, qui peuvent fournir jusqu’à 20% de l’énergie électrique des États-Unis, selon les experts, alors que les centrales au gaz naturel en fournissent présentement 22%. Le Plan Pickens permettrait de sauver jusqu'à 38% des importations de pétrole des États-Unis, selon son auteur.

À première vue ça semble intéressant, car on ne consomme pas plus de gaz naturel, on diminue la consommation de pétrole et on augmente l’énergie renouvelable, tout en faisant fonctionner l’économie étatsunienne, et en consolidant la sécurité énergétique des États-Unis! Ça c’est du lobby intelligent!

Maintenant que vous connaissez l’opinion d’un magna du pétrole et du gaz naturel, le Plan Pickens, voici l’opinion d’un homme INDÉPENDANT au niveau de vie modeste, qui a fouillé en profondeur la problématique du pétrole dans les transports routiers et les solutions alternatives. Il s’agit du «Plan Langlois» que vous avez sous la main dans mon dernier livre Rouler sans pétrole, aux Éditions MultiMondes (novembre 2008).

Tout d’abord, je n’ai évidemment rien contre le fait de construire des éoliennes. Par contre, il est de beaucoup préférable de consommer le gaz naturel dans les centrales électriques que dans les véhicules routiers. En effet, en conservant les centrales au gaz naturel, on va se retrouver avec 20% de plus d’électricité générée par les éoliennes. Or, dans «Rouler sans pétrole» je démontre qu’avec 20% de plus d’électricité aux États-Unis, c’est suffisant pour faire parcourir 70% des kilomètres, en moyenne, à d’éventuels véhicules électriques ou hybrides branchables.

On pourrait donc diminuer deux fois plus les importations de pétrole des Etats-Unis avec des véhicules hybrides électrique branchables ou tout électrique, au lieu que d’utiliser des véhicules au gaz naturel, comme le recommande M. Pickens ! Sans compter que pour distribuer le gaz naturel aux véhicules il faut encore implanter une nouvelle infrastructure de distribution de ce gaz comprimé ou liquéfié, alors que les réseaux électriques et les stations-service actuelles sont déjà en place pour les véhicules hybrides électriques branchables.

La morale de cette histoire est qu’il faut toujours voir au delà des apparences, et être vigilants avec les lobbies du pétrole et du gaz naturel.

Voitures électriques ou hybrides branchables? Project Better Place

ILLUSTRATION - Groupe de traction de la voiture hybride branchable à moteurs-roues conçue par Pierre Couture de l'Institut de Recherche d'Hydro-Québec, et dont un premier prototype a été présenté en 1994. Pour en savoir plus cliquez ICI et téléchargez l'épisode gratuit «La révolution imminente des véhicules électriques hybrides» du Volume 2 de «Sur la route de l'électricité» (Dessin: Pierre Langlois)

Nous sommes présente- ment à un tournant dans l’histoire de l’automobile, où nous allons devoir investir des sommes considérables pour diminuer notre dépendance au pétrole. L’épuisement rapide de l’or noir, les conditions géopolitiques qui y sont rattachées, les problèmes de pollution atmosphérique et le réchauffement climatique nous incitent fortement à rouler de plus en plus à l’électricité. À cet égard, il est important d’identifier les meilleures technologies à implanter d’ici 2030, afin d’éviter des investissements massifs qui conduisent nulle part, comme les voitures à hydrogène. Doit-on investir dans des voitures tout électrique ou des voitures hybrides qu’on branche?

La compagnie Project Better Place milite en faveur des voitures tout électrique, en proposant d’installer une infrastructure coûteuse de stations de recharge et d’échange des batteries où on pourrait faire le plein d’électricité en moins de 5 minutes. Avec des voitures hybrides branchables, on n’a pas besoin d’installer de nouvelles infrastructures puisqu’on peut faire le plein de carburant PARTOUT aux stations-service déjà existantes, tout en parcourant 80% de notre kilométrage en mode électrique, et en rechargeant une plus petite batterie chaque jour, chez soi ou au travail. De plus, les voitures hybrides branchables jouissent d’une autonomie totale (électrique et carburant) de plus de 700 km, contrairement au 150 km à 200 km environ des voitures tout électrique.

Certains défenseurs du concept Project Better Place disent que ça coûte moins cher d’installer une infrastructure de recharge et d’échange des batteries que de mettre deux moteurs (un électrique et un thermique) dans des voitures hybrides branchables, à grande échelle. Mais, pour en arriver à une telle conclusion, ils doivent certainement exclure le coût des batteries. Car, le coût des batteries performantes au lithium, à longue durée, est d’environ 20 000$ pour donner une autonomie de 100 km à une voiture intermédiaire. En admettant qu’on diminue ce prix de moitié avec une production en grande série, on arrive à 20 000$ de batterie pour une voiture tout électrique ayant une autonomie de 200 km.

Mais, il faut savoir que 2 conducteurs sur 3 font moins de 50 km par jour en Amérique, et encore moins de kilométrage journalier en Europe, en moyenne. Or, une batterie capable de donner une autonomie de 50 km ne coûterait que 5000$ pour en équiper une voiture hybride branchable au lieu du 20000$ pour une voiture tout électrique pouvant parcourir 200 km. Pour la voiture hybride branchable, il suffit d’ajouter 3000$ environ pour y incorporer un moteur-générateur à carburant qui pourra recharger la batterie en cours de route lors des longs trajets. Par conséquent, le coût élevé des batteries fait en sorte que les voitures hybrides branchables coûteraient 12000$ de moins que les voitures tout électrique de même calibre.

Par ailleurs, installer une batterie de 200 km d’autonomie alors qu’une batterie de 50 km d’autonomie serait suffisante pour les besoins journaliers constitue un vrai gaspillage de ressources. N’oublions pas que les réserves mondiales de lithium sont estimées à 11 millions de tonnes, selon le US Geological Survey, et qu’on prévoit qu’il y aura plus de 1 milliards de véhicules sur les routes en 2030.

Maintenant, il faut bien le dire, une autonomie de 200 km pour une voiture tout électrique n’est pas suffisante pour rencontrer l’ensemble des besoins des automobilistes, surtout que ce 200 km descend rapidement à moins de 150 km lorsqu’on utilise le chauffage ou la climatisation. Augmenter l’autonomie de la batterie coûte trop cher et alourdit trop la voiture, puisqu’il faut compter environ 200 kg par 100 km d’autonomie pour les batteries performantes au lithium. Ainsi, pour une autonomie de 400 km on a besoin d’une batterie de 800 kg, ce qui augmente considérablement la consommation d’énergie de la voiture et diminue forcément ses performances.

Enfin, les voitures entièrement électriques font face à une autre problématique, celle de la fragilité accrue face à une panne électrique majeure. Les Québécois qui ont vécu la tempête de verglas de 1998 et ont été privés d’électricité pendant 3 semaines en plein hiver en savent quelque chose. Les voitures tout électriques n’auraient pas pu circuler, alors qu’avec des voitures hybrides branchables on aurait pu alimenter en électricité les maisons à partir des moteurs-générateurs embarqués. La redondance énergétique qu’offre les carburants liquides vaut donc son pesant d’or.

Il est possible que dans 25 ou 30 ans les voitures tout électrique prennent le dessus. Mais avant que cela puisse arriver, il va falloir que les batteries soient capables de stocker 5 fois plus d’électricité pour un même poids que les batteries Li-ion d’aujourd’hui, que leur prix soit dix fois moindre, et que nos réseaux électriques soient décentralisés, pour diminuer leur fragilité. D’ici là, les voitures tout électrique pourraient atteindre au maximum 20% du marché, comme deuxième voiture familiale pour aller travailler et faire les emplettes. Mais, pour cela on n’a pas besoin d’une infrastructure d’échange de batteries, ni de batteries amovibles. Il suffirait d’ajouter graduellement des postes de recharge aux endroits stratégiques, accessibles à toutes les voitures électriques, pas seulement celles de Project Better Place. En fait, la majorité des gens vont simplement recharger leur voiture électrique urbaine chez eux pendant la nuit, au moment où les tarifs sont plus bas.

Notre analyse nous démontre donc que la grande majorité des voitures du prochain quart de siècle devraient être des voitures hybrides branchables capables de parcourir AU PLUS 100 km en mode électrique. Vers 2010, les voitures hybrides branchables pourraient consommer 10 fois moins de carburant que les voitures traditionnelles, puisque 80% de leur kilométrage pourrait se faire en mode électrique et que ces voitures consomment environ la moitié du carburant utilisé par les voitures traditionnelles, lorsqu’elles fonctionnent en mode carburant. Dans 15 ans d’ici, les voitures hybrides branchables avancées vont pouvoir consommer 20 fois moins de carburant que les voitures à essence d’aujourd’hui. On pourra alors se passer de carburant pétrolier et n’utiliser que du biocarburant de deuxième génération (fait à partir de déchets et de plantes NON alimentaires).