L'histoire de la course entre Elon Musk et GM pour produire la première voiture électrique à grande échelle

Section robotisée de l'usine d'assemblage de Tesla à Fremont, CA

L'un des affrontements les plus chauds en technologie oppose deux manufacturiers dans la nouvelle ère des voitures électriques - Tesla et General Motors. Les deux sont en développement de modèles de voitures 100% électriques dans la gamme de prix de $ 35,000 (US), pouvant  parcourir 320 km sur une seule charge et cibleront le marché de masse "haut de gamme".

Les enjeux sont énormes. La plupart des voitures électriques ont aujourd'hui moins de 160 km d'autonomie. Les experts estiment qu'il y a un point de basculement à 320 km d'autonomie,  considéré comme suffisant pour apaiser l'anxiété d'autonomie ainsi que la peur de la panne de batterie de nombreux acheteurs potentiels de voiture électrique.

Si GM et Tesla y parviennent, les ventes des voitures électriques pourraient passer de l'ordre de 2000 ou 3000 véhicules par mois à 15 à 20 fois ce taux, en secouant des industries de voitures à pétrole, qui étaient  jusqu'à maintenant certain que l'acceptation à grande échelle des voitures 100% électriques en était peut-être encore à des décennies.

C'est là un pari important pour les deux manufacturiers. Le PDG de Tesla, Elon Musk a plus ou moins misé sa compagnie sur la course. L'existence de GM n'est pas en danger si elle perd, mais le résultat pourrait encore déterminer sa place dans la prochaine génération de constructeur automobile.

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Autonomie

La seule voiture 100% électrique de production affichant plus de 320 km d'autonomie est actuellement la Tesla S. Son modèle 60 kilowatts-heure (kWh) promet 335 km d'autonomie sur une seule charge, tandis que le modèle haut de gamme de 85 kWh peut parcourir 425 km. Elon Musk affirme en outre qu'il envisage de vendre une batterie améliorée pour le Roadster Tesla originale qui va l'amener à 640 km sur une seule charge.

Le prix de l'autonomie

Mais il y a un prix à telle distance. Le modèle S de base commence à environ $ 70,000 (US) et le modèle S 85 kWh à $ 80 000 (US), avec des options pouvant ajouter des dizaines de milliers de $. Musk a dit tout au long que sa stratégie était de percer dans l'industrie des véhicules super-luxe, puis déplacer vers le bas sur le marché. 2008 Roadster a fait ses débuts à un prix de base de $ 98,000 et annoncé à 400 km sur une seule charge.

Course à la démocratisation de l'autonomie

Le mois dernier, le PDG de Tesla, détendu et confiant, a divulgué le nom de sa prochaine génération de  voiture de 320 km à un journaliste britannique: le Model III serait dévoilé à la fin de 2016 et mis en vente l'année suivante, selon ses dires.

Deux jours plus tard, LG Chemical  a dit qu'il avait  une batterie lithium-ion qui serait prête pour une voiture de 320 km d'autonomie en 2016. LG n'a pas mentionné le constructeur automobile à qui s'adressait la batterie, et GM a gardé le silence. LG est le fournisseur de batteries de GM, et la plupart des experts disent que sa batterie sera dans un véhicule GM.

Les deux sociétés ont refusé de commenter l'annonce de LG Chemical. M. Musk  a rabaissé publiquement GM, refusant d'admettre que c'est un vrai rival dans la course.

Les composés des batteries

Une batterie lithium-ion repose généralement sur des couches coûteuses d'oxydes métalliques. Comme la Volt et Tesla S, la Leaf a une batterie en lithium, de nickel et de cobalt; GM et Nissan utilisent également du manganèse (leur chimie de la batterie est appelé «NMC»), tandis que la batterie de Tesla contient de l'aluminium (et est appelé  «NCA»).

Les constructeurs automobiles révèlent quelques détails sur le coût de leurs batteries lithium-ion, mais, selon Navigant, une firme de recherche, ces coûts seraient aux environs de $ 380 par kWh pour le type de cellules dans la plupart des voitures électriques, y compris la Leaf. Selon ces données, la batterie de 24 kWh de la Leaf coûterait donc $ 9120, soit environ 31% des coûts de production total du véhicule.

La firme Navigant s'attend à ce que les batteries lithium-ion seront moins coûteuses, d'ici à 2020. Ainsi Nissan pourrait bonifier par un facteur de 1.5X l'énergie dans la même batterie de taille au même prix (voir tableau ci-contre). Cela donnerait une autonomie de 275 km pour une Leaf, ce qui serait positif, mais sans atteindre l'objectif. Les économies de la batterie de M. Musk sont supérieurs (voir la section suivante), mais tout de même, une batterie abordable de 320 km semble loin.

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Le cas de l'anode

Un point pour une meilleure autonomie de batterie lithium-ion déclencheur pourrait être son électrode négative, connu sous le nom de l'anode. Toutes les batteries lithium-ion actuelles utilisent des anodes en graphite. Mais les scientifiques disent un grand saut dans la performance serait possible s'ils pouvaient parfaire une anode de silicium, qui absorberait beaucoup plus de lithium que le graphite, l'augmentation de la quantité d'énergie pouvant être stockée. Le problème est que dans les essais à ce jour, le silicium se développe, se fissure et tue la batterie. 

Le gouvernement américain finance six projets pour créer une anode de silicium fonctionnelle qui pourrait être commercialisée, mais même si l'une d'entre eux réussi, ils ne seraient en mesure de livrer une voiture ayant 320 km d'autonomie d'ici 2017 ou 2018.

L'absence d'une anode de silicium dans une batterie lithium-ion, dit Kevin Gallagher à l'Argonne National Laboratory, dont la spécialité est la projection des coûts de batteries avancées, le consensus scientifique est que la voiture de 320 km d'autonomie ne peut pas être construite à un prix acceptable. Il semble bien que Elon Musk n'est pas d'accord avec le consensus.

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Recette de Tesla

Arriver à une voiture 35 000 dollars pour Tesla signifie réduire de moitié le coût de base du Model S. Il y a un an, Elon Musk a dit  "aucun miracle n'est nécessaire" pour trouver ces économies de coûts, mais faisons un peu de maths.

Les coûts de la batterie de Tesla sont déjà inférieurs au reste de l'industrie. La raison est que, tandis que d'autres fabricants, y compris GM ont commencé à partir de zéro en utilisant un format propriétaire de cellules, Tesla a utilisé des cellules existantes à usages multiples de Panasonic qui ont été produites à un volume élevé, et donc de plus en plus bon marché, pendant deux décennies. Ces cellules dont le nom de code est "18650" sont des cellules cylindriques légèrement plus grosses qu'une batterie typique AA. Elon Musk affirme que ces cellules lui coûtent entre 200 $ et 300 $ par kWh alors que les cellules de grand format utilisées par les fabricants tels que Nissan coûtent actuellement environ 380 $ par kWh.

Prenons comme hypothèse 250 $ par kWh, le milieu de la plage pour Tesla. Cela signifie que la batterie dans l'entrée de gamme d'un modèle S de 60 kWh coûte 15 000 $. Maintenant, Elon Musk dit qu'il va réduire encore les coûts avec la construction d'une "Gigausine", une gigantesque usine qui va d'un coup doubler la production mondiale de batteries lithium-ion. À cette échelle, Tesla espère retrancher un autre 30% sur le coût au kWh. Tesla prévoit également ajouter un tiers de plus d'énergie par volume de batterie en passant du format 18650 au format 22700, selon la firme Navigant. Ainsi, Elon Musk s'attend que ses coûts de batterie soient à 175 $ par kWh en 2017, ce qui porterait le coût de cette même batterie de 60 kWh à $10 500. Cela coupe uniquement $ 4500 sur le coût de la Model S; il a besoin de 30 000 $ ou plus.

Où aller chercher le reste des économies? Sam Jaffe de Navigant affirme que Elon Musk est confiant d'atteindre la cible grâce à des économies d'échelle, une baisse marquée dans les coûts pour le châssis, la suspension, l'électronique d'intérieur, et ainsi de suite - quand la voiture est en production à grande échelle. «Je ne pense pas qu'ils vendront 200 000 voitures Tesla en 2020, mais même s'ils arrivent à la moitié de ce nombre, il sera l'un des nouveaux manufacturier avec le plus de succès dans l'histoire de l'industrie automobile", a déclaré M. Jaffe de Navigant.

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Recette de GM

Le Sud-Coréen LG Chemical n'a divulgué aucun détail sur la façon dont il permettra une voiture d'obtenir une autonomie de 320 km, mais plusieurs scientifiques ont mentionné que LG Chem va probablement commencer avec une batterie qu'il produit pour le modèle Chevrolet Volt. L'électrode positive de cette batterie est un composite de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC) d'une parcelle de structure cristalline appelé "spinelle de manganèse". Le résultat est une voiture avec une autonomie d'environ 60 km, une accélération décente, et un prix d'environ $ 34,000 [US] en 2014.

Ce n'est pas suffisant. Mais l'amélioration du composé NMC depuis la première Volt a permis d'éliminer la plupart ou la totalité du spinelle. Le résultat, disent les scientifiques, est une beaucoup plus grande densité énergétique. En outre, Prabhakar Patil, le chef de l'unité de recherche de LG Chem aux États-Unis, a dit au Wall Street Journal ce mois-ci que  la société parie  sur une meilleure gestion du système électrique et une réduction des autres coûts pour faire baisser le prix de la nouvelle batterie. Le scepticisme persiste que le prix puisse descendre aussi bas sans anode de silicium et les experts soupçonnent que LG a mis au point une telle anode.

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Le moment de vérité n'est que dans 2 à 3 ans

Même s'il obtient une batterie à coût plus bas, GM pourra-t-il se tenir coude-à-coude avec Tesla? Aucune des personnes interrogées pour cet article [Quartz] ne le pense. Il manque le piquant, le style, et de l'ingénierie. "Nous n'avons tout simplement pas vu un constructeur établi qui a été en mesure de faire une voiture électrique à batterie  convaincante de la manière que Tesla l'a fait", a déclaré Jaffe de Navigant.

Cela avantage Tesla pour les paris. Pourtant, Elon Musk joue son entreprise sur le succès du Model III alors que GM a des options. Il pouvait ignorer Tesla, abandonner le marché de la voiture électrique dans le créneau de 30 à 40 000 $ (avec la couronne technologique qui va avec). Il pourrait surprendre tout le monde et sortir une voiture gagnante de 320 km d'autonomie directement des planches à dessin de ses équipes de conception et d'ingénierie. Il pourrait également faire ni un ni l'autre et produire une voiture entièrement différente, comme par exemple la Sonic EV à autonomie de 320 km.

Si GM va de l'avant avec sa Sonic (un grand si), il romprait toutes les hypothèses en matière de prix de la batterie et de la physique, et devancerait sans doute Tesla dans le plus grand marché de masse. Certains pourraient appeler cela une fin de course décevante, sans combat direct et décisif entre le célèbre Elon Musk et le vieux pilier GM. Mais, comme Elon Musk sait mieux que quiconque dans l'industrie, on ne gagne pas toujours en suivant les attentes.

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Dernière heure : Nissan s'inviterait dans la course

Les dernières rumeurs semblent confirmer que Nissan prépare un modèle renouvelé de la Leaf pour 2017 avec une nouvelle image et non seulement une autonomie améliorée, mais un choix de pack de batteries, donnant une cible d'autonomie de 300 km pour le pack supérieur.

Source : Quartz.com , CleanTechnica.com , Autoexpress.co.uk
Contibution : Richard Lemelin, membre AVÉQ