À l'IREQ - Pas si facile d’éliminer les carburants fossiles!

Claude Lafleur Collaboration spéciale
Karim Zaghib se consacre à la conception de batteries qui seront aussi performantes que l’essence.
Photo: Source IREQ Karim Zaghib se consacre à la conception de batteries qui seront aussi performantes que l’essence.

Ce texte fait partie d'un cahier spécial.

Karim Zaghib est comme bon nombre d’entre nous : il rêve d’un monde sans voitures polluantes. Ainsi, il consacre son énergie à ce que ce rêve devienne réalité. Il dirige l’équipe de recherche Conversion et stockage d’énergie à l’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ). Son ambition : inventer une batterie électrique aussi performante qu’un litre d’essence.

 

« Quand j’étais étudiant, dans les années 1980, je voyais rouler de grosses voitures à essence qui ne transportaient souvent qu’une personne et qui consommaient une ressource polluante et non renouvelable, se souvient Karim Zaghib. Je me disais qu’il y avait sûrement moyen de faire mieux. Je rêvais de petites voitures électriques pour une ou deux personnes. J’ai donc décidé d’en faire ma carrière ; la voiture électrique est devenue ma passion ! »

 

Par conséquent, il a obtenu son doctorat en électrochimie. Or, la base de cette discipline étant les batteries, il s’est spécialisé dans ce domaine. Aujourd’hui, comme chercheur à l’IREQ, Karim Zaghib se consacre à la conception de batteries qui seront aussi performantes que l’essence. Il croit même avoir trouvé la solution, du moins en théorie !

 

Il faut d’abord avoir à l’esprit qu’un litre d’essence, c’est une réserve d’énergie au même titre qu’une batterie. Toutefois, à poids égal, un litre d’essence contient 100 fois plus d’énergie que nos meilleures piles. Et c’est là tout le défi que relève Karim Zaghib depuis 20 ans.

 

« Dans un kilogramme d’essence, il y a 11 000 wattheures d’énergie, précise-t-il, alors qu’une batterie à lithium-ion d’un kilogramme contient environ 120 wattheures. La différence est donc énorme ! »

 

« Pour cette raison, poursuit-il, notre défi consiste à développer une batterie dont la densité énergétique se rapprochera de celle de l’essence. » Il explique au passage que la différence entre une pile et une batterie réside dans le fait que la première ne sert qu’une fois — on ne peut la recharger — alors qu’une batterie peut l’être de multiples fois (telle une batterie d’automobile). C’est dire que nos « piles rechargeables » sont en réalité des batteries et qu’on pourrait aussi assimiler l’essence à des piles qu’on brûle au fur et à mesure qu’on les consomme.

 

Des obstacles à franchir

 

L’équipe Conversion et stockage d’énergie se butte à plusieurs obstacles en cherchant à créer des batteries aussi performantes que l’essence.

 

Le tout premier consiste à repérer les matériaux capables de stocker autant d’énergie que l’essence. « On part des éléments du tableau périodique et on essaie de repérer les bons, explique le chercheur. C’est un travail ardu et méticuleux et il faut faire toutes sortes de tests pour parvenir à repérer quelque chose d’intéressant. »

 

En outre, il faudra que la batterie puisse être rechargée rapidement. « Lorsqu’on passe à la station-service pour faire le plein, j’ai chronométré qu’il ne faut que quatre minutes environ, indique M. Zaghib. Par contre, nos batteries actuelles nécessitent de cinq à huit heures de temps de rechargement. C’est extraordinairement lent ! »

 

Un autre défi consiste à concevoir une batterie sécuritaire — qui ne prendra pas feu inopinément. « Par contre, souligne l’électrochimiste, l’essence n’est pas non plus une matière très sécuritaire, il faut apprendre à la manipuler correctement. Néanmoins, la sécurité des batteries demeure un enjeu préoccupant. »

 

Enfin, il faudra concevoir des batteries dont le coût de fabrication sera abordable, c’est-à-dire songer à ce que celles-ci soient faites de matériaux bon marché et faciles à trouver — de préférence dans les mines du Québec, pose Karim Zaghib.

 

Depuis 20 ans, donc, une grande partie de ses travaux consiste à repérer les matériaux optimaux, « ce qui n’est pas une mince affaire ! », dit-il en riant.

 

La prochaine révolution mondiale

 

Karim Zaghib fait tout de même état de deux possibilités prometteuses sur lesquelles son équipe travaille. « À l’IREQ, nous avons développé deux technologies sécuritaires, avec des matériaux qui ne coûtent pas cher et qu’on retrouve en abondance au Québec », résume-t-il fièrement. Il s’agit d’une batterie à lithium-soufre et d’une autre à lithium-air.

 

Déjà, les batteries à lithium-ion ont révolutionné notre mode de vie, souligne-t-il. « C’est grâce à ce type de batterie, développé par Sony, qu’on a les iPhone, les iPad et les autres mini-appareils électroniques, indique M. Zaghib. Si on n’avait pas cette technologie, on traînerait des batteries d’un kilogramme, tandis que la batterie à lithium-ion est offerte sous la forme d’une mince pellicule ! »

 

Il explique par ailleurs qu’une voiture électrique munie d’une batterie à lithium-soufre, sur laquelle il travaille, serait capable de parcourir 350 km — ce qui propulserait véritablement l’essor des voitures électriques. Si tout va bien, ce type de batterie serait disponible dans cinq ans environ, pense-t-il.

 

Par ailleurs, « d’après nos calculs théoriques, une batterie à lithium-air fournirait 11 000 wattheures par kilogramme, ce qui se compare à l’essence, indique le chercheur. Eh oui, ce serait une révolution technologique extraordinaire ! Par contre, il y a beaucoup d’obstacles à franchir, mais on y travaille. »

 

« Nous travaillons très, très fort sur ces deux technologies, ajoute-t-il, mais ce n’est pas gagné d’avance ! » Ainsi, la batterie à lithium-air ne devrait pas être disponible avant une bonne dizaine d’années, « si tout va bien ! »

 

Toutefois, lorsqu’on songe à la quantité de piles et de batteries qu’on consomme déjà et aux perspectives que des batteries aussi efficaces que de l’essence ouvriront en matière de transport et de stockage d’énergie, on peut considérer que celui qui mettra au point une telle batterie révolutionnera ni plus ni moins le monde. Il pourrait même s’agir d’un progrès technologique aussi fondamental que l’électricité. Or Karim Zaghib pourrait être cet inventeur de génie !


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1 commentaire
  • Denis Carrier - Abonné 17 novembre 2013 23 h 49

    Échange vs recharge de batteries

    J'aimerais d'abord souligner que la voiture électrique Tesla dispose déjà d'une autonomie de 350 km et même plus si vous optez pour le meilleur des packs.
    Vous mettez de l'avant la recharge plutôt que l'échange des batteries. Je crois qu'il vaudrait mieux dépenser temps, énergie et argent à perfectionner la technologie relative à l'échange des batteries plutôt qu'à mettre au point une super batterie d'autant que le résultat est incertain. Le temps presse pour passer à l'action et les batteries LiFePO4 sont déjà disponibles, d'une densité énergétique acceptable, sécuritaires et d'un prix abordable. Malheureusement, les décideurs (et les budgets qui viennent avec) en sont encore au stage de l'ancien procédé de recharge plutôt que de l'échange des batteries. L'échange peut se faire dans un temps comparable, voir même inférieur à celui nécessaire pour faire de plein d'essence. Jamais la recharge, même dite rapide ne s'approchera du temps pris pour faire le plein d'essence car il s'agit d'une réaction chimique obligatoirement réversible et par conséquent, le nombre de cycles (charges/décharges) sera grandement diminué si l'on veut pousser la réaction à un temps de quelques minutes . À mon avis, la voie à privilégier est la mise au point de l'échange des batteries et non l'augmentation de leur densité énergétique et de la vitesse de recharge, cette dernière étant une voie qui erre depuis déjà plus d'une décénie.