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juin 2020

Où en sommes-nous (vraiment) sur la voiture autonome ?

Dans un contexte économique qui n’a jamais été aussi lourd pour l’industrie automobile mondiale, la préoccupation majeure de tous les constructeurs est d’abord le retour des clients dans les concessions, pas les annonces spectaculaires sur l’arrivée imminente de la voiture autonome. 

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Toutefois, c’est un domaine qui a connu pléthore d’annonces spectaculaires depuis que Google s’est invité avec force en 2009 dans le futur de l’industrie automobile en imposant sa vision de voitures autonomes. Cette firme technologique, supposée ne rien connaitre à la vénérable industrie automobile, a piqué au vif les constructeurs automobiles qui se sont tous lancés dans l’aventure de l’autonomie. En 2014, Nissan annonçait que ses premières voitures totalement autonomes seraient sur le marché en 2020. En 2017, Waymo montrait, vidéo à l'appui, que son système de véhicules autonomes, installé à Phoenix, serait totalement opérationnel en quelques mois. Toutefois, une fois encore, c’est un autre nouveau venu, Elon Musk qui se distingue par le palmarès sans nuance de ses prévisions. En 2015, il avait annoncé qu’en 2018 ses voitures seraient totalement autonomes. En avril 2019 encore, il déclare : « Au milieu de l’année 2020, le système autonome de Tesla se serait amélioré au point que mes automobilistes n’auraient plus à faire attention à la route. En 2020 nous aurons un million de robot-taxis sur les routes. » Pour lui, acheter autre chose qu’une Tesla c’est se retrouver avec un cheval dans trois ans, compte tenu de l’avance magistrale de Tesla sur ses concurrents… 

Il y a une compétition féroce entre Tesla et Waymo, la société du groupe Alphabet, pour la première place dans la performance de leur système de conduite autonome qui tient beaucoup du poker menteur…  Waymo vient d’ailleurs de surenchérir, le 19 octobre, en annonçant que son service de voiture autonome à Phoenix, suspendu en mars en raison de la pandémie, reprenait, mais cette fois sans présence humaine. Les véhicules sont toutefois monitorés à distance par des opérateurs.Ceci ne concerne qu’un périmètre très réduit. Or l’horizon s’éloigne quand on s’en rapproche.

Car le sujet est d’une rare complexité.

Mais la voiture autonome est un sujet brillant qui se prête facilement aux surenchères marketing, aux anticipations messianiques comme aux critiques hostiles aux technologies, dont le déchainement sur la 5G est une composante. Il est difficile de résister aux effets d’annonce quand tout le monde s’y met. Or c’est avant tout un sujet technique, économique et aussi juridique complexe qu’il faut traiter avec méthode et réalisme, ce qui fait moins rêver.

Une des causes des emphases futuristes que suscite la voiture autonome est que chacun tend à mettre derrière les notions d’autonomie sa propre définition. Or il est indispensable d’utiliser une définition unique de la voiture autonome pour éviter toute ambiguïté.  

Ils ont été définis par l’OICA  (organisation internationale des constructeurs automobiles) :

-       Niveau 0 : aucune assistance

-       Niveau 1 :  dispositifs automatisés d’aide à la conduite dans deux dimensions, longitudinale  ou latérale( ABS, ESP, régulateur de vitesse adaptatif…)

-       Niveau 2 : contrôle de la vitesse et de la direction, dispositifs d’aides fonctionnelles sous supervision (parking, conduite en embouteillage…) 

-       Niveau 3 : le conducteur supervise, peut lâcher le volant mais c’est le système qui opère

-       Niveau 4 : délégation complète de conduite dans certaines phases, mais capacité de reprise de contrôle par le conducteur  

-       Niveau 5 : le véhicule est complétement autonome et n’a jamais besoin de présence humaine

Un véhicule véritablement autonome se situe au niveau 4, mais nécessite une supervision humaine, et au niveau 5 où aucune responsabilité humaine n’est impliquée, le véhicule, seul, prenant toutes les décisions nécessaires. Les niveaux antérieurs ont néanmoins une véritable utilité pour apporter au conducteur des aides à l’attention et à l’exécution de tâches qui renforcent la sécurité de sa conduite, comme le freinage d’urgence, le dépassement, le stationnement, la conduite en embouteillage... Il y a souvent confusion entre la capacité d’un véhicule à réaliser seul certaines tâches, sous supervision humaine, et la notion d’autonomie complète. Les acteurs jouent sur cette confusion pour annoncer des performances plus flatteuses que la réalité opérationnelle. La réalité est qu’en 2020 aucun véhicule n’est en mesure de rouler en toutes circonstances en autonomie complète sur un parcours aléatoire, ce qui est la définition du niveau 5. 

Un repli lié aux conséquences économiques de la  COVID

Les constructeurs ont cessé de faire des prédictions sur les dates de mise en marché de véhicules autonomes et restent flous sur leurs intentions. GM a réduit de 8% les effectifs de Cruise, sa division voiture autonome. Jim Hackett a déclaré en avril 2019 que Ford avait surestimé l’arrivée des véhicules autonomes. BMW pense que le public n’est pas prêt à accepter de ne pas conduire sa voiture. Mais BMW et Daimler, face aux coûts de développements de ces technologies, ont décidé en juin 2020 de joindre leurs efforts dans une entité commune, comprenant 1200 personnes. Même Uber après avoir investi 2,5 milliard $ dans sa division véhicule autonome (ATG : Advanced Technology Group)  avoue s’interroger sur la pertinence de son modèle d’affaires face aux difficulté récurrentes rencontrées par ses expérimentations.  

Pour beaucoup, ces doutes étaient antérieurs à la crise sanitaire, qui est venue amplifier leurs incertitudes.  Les multiples startups qui affichaient des ambitions dans ce domaine - Argo AI, Zoox (racheté par Amazon en juin 2020), Aurora, Voyage, pony.ai -  se font discrètes tout en continuant leurs travaux. 420 entreprises travaillent sur les véhicules autonomes aux États-Unis.

A l’inverse, si la COVID a réduit les besoins globaux de déplacement avec le télétravail, la pandémie a mis l’accent sur le rôle critique des livreurs dans l’économie. Le véhicule autonome peut jouer un rôle essentiel dans la chaine de valeur en contribuant à résoudre les problèmes de livraison du dernier kilomètre. 

Conduire, un acte complexe

La voiture autonome doit remplir une mission complexe que l’homme, en 130 ans d’histoire de l’automobile, a appris à maîtriser non sans risques ni dommages. Rappelons que plus d'un million de terriens perdent la vie chaque année dans les accidents de la route et que l'OMS en a fait une de ses priorités. Conduire, c’est en effet prévoir le comportement potentiel de multiples composants de l’environnement, identifier les risques et prendre en continu les décisions nécessaires pour atteindre l’objectif en sécurité. C’est ce que l’intelligence humaine sait faire, nourrie d’apprentissages. Elle échoue parfois.

Transférer ce savoir-faire à un ordinateur aveugle et sourd est le défi de la voiture autonome.  Il faut d’abord identifier tous les composants de l’environnement et comprendre leurs propriétés et leurs comportements, statiques et dynamiques, pour nourrir les ordinateurs en charge de prendre les décisions de conduire en sécurité. C’est l’orchestration des données collectées par les multiples capteurs dont sont équipés les véhicules autonomes, la capacité de traitement dont est équipé le véhicule, et les modèles de prise de décision et d’action qui fait la performance d’un véhicule autonome. On comprend que ceci implique une ingénierie complexe de traitement de ces informations, qui atteignent 4 To par jour. Comme les VA ont vocation à circuler sur des voies publiques, il est aussi indispensable que les règles collectives de mise en œuvre de ces véhicules soient définies par le législateur et ensuite instanciées et rendues auditables. C’est parce qu’il s’agit d’un environnement complexe de capteurs, programmes informatiques et règles que la mise au point des véhicules autonomes est un lent processus. L’apprentissage de la conduite, en toutes circonstances de trafic, d’état des routes, de conditions météorologiques implique un travail long et fastidieux où les tests en conditions réelles sont complétés par des simulations sur ordinateur. Il faut traiter un volume considérable de données, simuler de multiples scénarios, pour être en mesure de comprendre pour prendre les bonnes décisions. Waymo affirme avoir déjà fait parcourir à ses véhicules 20 millions de miles.

Toutefois, les progrès partiels sont indiscutables grâce à l’amélioration constante et à la baisse des coûts des capteurs, comme le Lidar, de la puissance de calcul embarquée nécessaire au traitement des données temps réel et de la capacité de dialogue entre le véhicule et les infrastructures au sol. Si 80% des éléments techniques nécessaires sont aujourd’hui disponibles, on constate que les 20% restant pour obtenir une fiabilité et une sécurité indispensables à l’autorisation de circuler sont extrêmement difficiles à rassembler. 

L’inconnue de la rentabilité

Les constructeurs automobiles, aiguillonnés par l’initiative initiale de Google, se sont engagés dans la promotion de l’automobile autonome sans en mesurer les conséquences potentiellement ravageuses pour leur marché.  C’est une ambiguïté majeure de l’automobile autonome. Dans l’esprit de beaucoup, une voiture autonome ne serait qu’une voiture conventionnelle, destinée à tous, à laquelle on aurait greffé des capacités nouvelles. En fait la notion même d’autonomie attaque frontalement un des principes qui ont fait de l’automobile un marché de volume : l’accession individuelle à la propriété et à l’usage d’un véhicule.  Or la voiture autonome qui ne rend plus nécessaire d’associer un humain à la conduite de son propre véhicule rend possible l’utilisation de ce véhicule quand son propriétaire n’en a pas besoin. L’automobile autonome, qui sera plus coûteuse qu’une voiture conventionnelle, a vocation à être partagée et mutualisée. L’intérêt de posséder une voiture autonome, qui ne roulerait que 4% du temps, ne peut être démontré.

C’est pourquoi les gestionnaires de flotte comme Uber ou Didi s’intéressent aux véhicules autonomes pour fournir un service sans chauffeur. BAIC, le plus constructeur chinois, vient ainsi de créer en juin 2020 une joint-venture avec Didi Chuxing pour développer des véhicules de niveau 4 et 5. L’objectif est de rendre le coût d’utilisation d’une voiture autonome dans le cadre d’une logique de Transport as a Service inférieur à celui du coût de possession d’un véhicule à usage personnelMais les obstacles à franchir pour ne plus avoir de chauffeur à bord de ces véhicules sont considérables.

Des choix réalistes

Dans ce vaste débat sur la pertinence des voitures autonomes, il est indispensable de revenir à une sage lucidité. Comme toujours, il faut analyser le rapport bénéfices/risques. Le développement de la voiture autonome est une aventure coûteuse et aléatoire pour les constructeurs pour un bénéfice économique, encore flou pour eux, et des gains pour la société forcément très diffus. La disparition des 1,2 millions de morts des accidents de la route grâce aux véhicules autonomes, souvent invoquée comme enjeu majeur, est une chimère pour les décennies à venir.  La diffusion de cette technologie, qui est peu probable dans les pays les plus avancés au cours de cette décennie, est a fortiori beaucoup plus improbable dans les pays où le coût d’acquisition et de maintenance des véhicules et des réseaux nécessaires est inenvisageable.

La stratégie française de développement du véhicule autonome cherche à équilibre l’approche entre enjeux techniques pour l’industrie, enjeux environnementaux et acceptabilité sociale.  Intégrant l’autonomie dans le cadre plus large du développement des territoires et des services rendus à la communauté, cette stratégie n'est qu'un des éléments d’une politique de mobilité.

Aussi, un plan de travail raisonné devrait se focaliser sur les points suivants :

-       Faire circuler des voitures autonomes sur des infrastructures dédiées,

-       Développer les véhicules de livraison du dernier kilomètre  

-       Mettre en place des navettes autonomes pour les transports de passagers en site propre, notamment les navettes d'une dizaine de passagers, pour lesquelles la France dispose deux industriels performants, Easymile et Navya

-       Exploiter tout de suite toute l’expertise acquise dans ces travaux de recherche dans les voitures conventionnelles pour augmenter le niveau de service rendu au conducteur et la sécurité ADAS (Advanced drive Assistance systems )

-       Continuer à tester sur sites dédiés pour améliorer la fiabilité de l’ensemble véhicule/liaisons au sol, notamment avec le potentiel de la 5G, et faire bénéficier toute l'industrie de la mobilité de ces travaux

On recense dans le monde environ 500 véhicules sur le marché disposant d’équipements permettant des services de délégation de conduite de niveau 1 et 2.  3 seulement atteignent le niveau 3 (source : Marklines, octobre 2016). Il y a donc un travail considérable d’amélioration du parc existant à faire pour réduire le nombre d’accidents et améliorer la fluidité du trafic. 

La voiture sera électrique, connectée et partagée avant d’être autonome


Superstitions vs progrès, un combat sans fin....

La situation, où que l'on porte le regard en cette fin d'année 2020 est peu réjouissante.
 
Il faut admettre que nous sommes confrontés à plusieurs combats simultanés. Contre un virus qui est bien installé, actif et évolutif, COVID-19. Contre une autre pathologie qui gangrène de façon toxique la société française : l'islam radical. Contre une réalité tout aussi toxique, le réchauffement climatique anthropique, et plus encore, les attaques permanentes de l'homme contre son milieu naturel, la biosphère.
 
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Mais dans un combat, pour s'en sortir, il faut être mobilsé et croire en un avenir meilleur. Ce qu'on appelait le progrès. Or c'est cette volonté de faire tendre toutes nos ressources et tous nos efforts vers le progrès de l'homme qui nous a guidé depuis le XVIIIe siècle. En voulant s'affranchir des tyrannies et des superstitions, nous avons construit un itinéraire, souvent chaotique, qui nous a extrait, presque totalement, de la misère et de la servitude. Le travail des hommes a été tendu vers cet objectif, le combat politique aussi. mais tous avaient envie d'un monde meilleur. Or le spectacle que nous offrons à nos prédécesseurs est pathétique, indigne de leur espoirs et d leurs combats. Pour ne parler que de la France, nous sommes déchirés, agressifs, virulents. Nous détestons la démocratie, nos institutions, et les femmes et les hommes qui l'incarnent, représentants du peuple démocratiquement élus, forces de l'ordre, enseignants. Ce n'est plus un combat politique, mais le lynchage, l'obscénité de l'insulte permanente dont le président Macron, plus que tout autre est la cible symbolique. Nous avons nous-mêmes fracturé le bouclier de notre démocratie en instituant un relativisme permanent qui autorise tout ignorant à pérorer sur la toile sans fondement. Nous avons foulé aux pieds l'idée que ceux qui savaient avaient peut-être quelque chose à apprendre à ceux qui ne savaient pas encore. Nous n'avons plus de militants formés mais des fans éphémères de télé-réalité, applaudissant à la dernière saillie verbale de leurs héros du jour. La dignité, la décence ont été bafouées dans l'indifférence quand les effigies du chef de l'Etat ont été pendues et brûlées sur les rond-points, quand on a voulu nous faire croire que l'opinion du peuple n'était qu'une somme de points de vie individuels, non informés, contradictoires, dont on a souvent vu la profondeur lors du grand débat. Nous hurlons à la dictature quand il s'agit, collectivement, démocratiquement, d'éradiquer un virus.  Comment voulons-nous que ce spectacle d'une démocratie déchirée, mutilée, piétinée tous les jours par des politiciens médiocres tout à leur haine de ne pas avoir été élus en 2017 et ressassant sans cesse qu'il faut rejouer le match, soit attractive.
 
Quelle attractivité a ce modèle sur les jeunes désorientés qui pensent trouver dans les pensées bellicistes d'un prophète du désert du VIIe siècle les réponses à la complexité du monde du XXIe siècle? Comment expliquer le monde quand l'analyse se limite à une multitude de points de vue intuitifs et erronés sur tous les sujets, de l'usage de la chloroquine à l'inexistence du réchauffement climatique ? Comment prôner l'égalité hommes-femmes quand ds nouvelles prophétesses féministes militent pour la disparition de l'homme au profit du génie lesbien?
 
Pour vivre ensemble il faut partager un diagnostic et construire une vision, dont chacun pourra discuter l'efficacité des moyens pour y parvenir. Cela se nomme la démocratie qu'il est grand temps de faire vibrer de tous ses feux avant de sombrer dans la noirceur de l'obscurantisme, qu'il soit islamique ou fasciste, ce qui est au fond la même chose. Les racines du mal sont les mêmes : l'ignorance et le simplisme.
 
Concluons avec le plaidoyer vibrant de Condorcet en faveur de l'éducation, dont on voit bien que , menacée, elle porte les menaces du retour des superstitions et du charlatanisme.

"L'égalité d'instruction que l'on peut espérer d'atteindre, mais qui doit suffire, est celle qui exclut toute dépendance, ou forcée, ou volon- taire. Nous montrerons, dans l'état actuel des connaissances humaines, les moyens faciles de parvenir à ce but, même pour ceux qui ne peu- vent donner à l'étude qu'un petit nombre de leurs premières années, et, dans le reste de leur vie, quelques heures de loisir. Nous ferons voir que par un choix heureux, et des connaissances elles-mêmes, et des méthodes de les enseigner, on peut instruire la masse entière d'un peu- ple de tout ce que chaque homme a besoin de savoir pour l'économie domestique, pour l'administration de ses affaires, pour le libre déve- loppement de son industrie et de ses facultés ; pour connaître ses droits, les défendre et les exercer ; pour être instruit de ses devoirs, pour pouvoir les bien remplir ; pour juger ses actions et celles des au- tres, d'après ses propres lumières, et n'être étranger à aucun des senti- ments élevés ou délicats qui honorent la nature humaine ; pour ne point dépendre aveuglément de ceux à qui il est obligé de confier le soin de ses affaires ou l'exercice de ses droits, pour être en état de les choisir et de les surveiller, pour n'être plus la dupe de ces erreurs populaires qui tourmentent la vie de craintes superstitieuses et d'espérances chimériques ; pour se défendre contre les préjugés avec les seules forces de sa raison ; enfin, pour échapper aux prestiges du charlatanisme, qui tendrait des pièges à sa fortune, à sa santé, à la liberté de ses opinions et de sa conscience, sous prétexte de l'enrichir, de le guérir et de le sauver."

Condorcet, Esquisse d’un tableau historique des progrès de l’esprit humain (1793-1794) 202

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Supertisitons vs progre

IA et batteries

Les batteries sont au cœur d’une bataille technique et économique considérable. Selon les prévisions de l’Agence internationale de l’énergie, les ventes de véhicules électriques devraient atteindre, en 2030, 23 millions de véhicules et un stock cumulé de 130 millions de véhicules. Si les prévisions établies il y a dix ans étaient fondées sur des spéculations hasardeuses, et se sont révélées très optimistes, il est plus facile, après une décennie de montée en puissance lente des véhicules électriques, de prévoir leur expansion. En effet, aujourd’hui le marché s’est structuré, l’offre des constructeurs se diversifie et les plans de production incluent tous un nombre élevé de véhicules électriques, à batterie ou hybride rechargeable. Ce qui était encore un terrain vierge et incertain, encore sujet de sarcasmes, est devenu un marché de plus en plus robuste. Tous les constructeurs y sont désormais engagés, poussés par la réglementation qui ne cesse d’exiger une réduction massive des émissions de CO2.

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Or la clef du marché des véhicules électriques, ce sont précisément les batteries. En effet, le prix d’un véhicule électrique à batteries est conditionné essentiellement par le coût des batteries, qui y contribuent pour 30 à 40%. Faire baisser le coût des batteries est donc l’objectif premier des constructeurs et de leurs partenaires fournisseurs de batteries.  La performance d’un VE dépend essentiellement de celle de ses batteries : poids, puissance, autonomie, fréquence de recharge, durée de vie opérationnelle représentent une équation complexe, multifacteurs, qu’il faut optimiser. Or la recherche est très active, tous les laboratoires de recherche comme les producteurs de batteries travaillent d’arrache-pied pour optimiser la composition physico-chimique des batteries.  L’enjeu est un marché de dizaines de milliards $.

Le prix des batteries a constamment baissé depuis 2010. Le prix du kWh était de 1000 $ en 2010. 350 $ en 2015 et 150$ en 2020. La cible à court terme est de 100 $ kWh et de 80 $ kWh en 2025 pour atteindre la parité de prix entre un véhicule thermique et une voiture électrique. Les matières premières constituent plus de la moitié du coût de la batterie, la cathode étant la plus coûteuse, soit 22% du coût total.

C’est dire que tout ce qui peut contribuer à accélérer le processus de recherche est vivement attendu par toutes les équipes qui travaillent sur les batteries dans le monde.

 

2)     L’intelligence artificielle peut-elle également permettre de mettre au point des batteries plus performantes que celles dont nous disposons actuellement ?

 

Cette découverte des chercheurs du Toyota Research  Institute (TRI), du Massachusetts Institute of Technology (MIT), de et de l’Université de Stanford est un des résultats d’un programme de recherche initié par le TRI, le programme « Accelerated Materials Design and Discovery «  doté d’un budget de 35 millions $. Toyota a créé ce laboratoire pour explorer le futur de « l’amplification de l’intelligence ».   Implanté aux États-Unis à Los Altos au cœur de la Silicon Valley, il dispose également d’équipes de recherche à Ann Harbor, dans le Michigan, et à Cambridge, dans le, conjuguant les capacités de recherche des meilleures universités technologiques des États-Unis et l’expertise automobile du Michigan.

 

L’objectif initial du projet de recherche était de trouver comment charger une batterie en 10 minutes. Pour obtenir les données nécessaires, les chercheurs ont chargé et déchargé des batteries jusqu’à leur fin de vie, observant une grande dispersion de la durée de vie entre 150 et 2300 cycles, que les modèles classiques ne permettaient pas d’expliquer, les prévisions étant médiocres et ne donnaient  que 9% de résultats de prévision corrects.

 

Les chercheurs se sont appuyés sur de très grands volumes de données – plusieurs centaines de millions de données d’après le TRI - pour explorer le comportement des batteries en entraînant un modèle à partir de machine learning. Ce sont des phénomènes complexes, car contrairement à l’image que l’on peut en avoir, une batterie pour véhicule électrique est un objet composite qui intègre de nombreux matériaux et éléments techniques. Les batteries sont assemblées en pack à partir de composants unitaires, les cellules. Tous ces éléments - composition de l’anode, de la cathode, de l’électrolyte et du séparateur - contribuent à la performance de la batterie de façon statique et dynamique.

 

Le résultat de la recherche a été de bâtir un modèle de prédiction de vie de batterie précis à 95%. Cette découverte est précieuse car elle permet de prévoir les comportements des composants dès la phase du design de la batterie, sans attendre les résultats de longues campagnes de test. Les données ont été rendues publiques et représentent un acquis fondamental pour les communautés de chercheurs.

 

Si le moteur à combustion interne fait l’objet d’études et d’améliorations continues depuis Gottlieb Daimler en 1884, les batteries pour véhicules électriques ont connu une longue traversée du désert jusque dans les années quatre vingt-dix avant que la généralisation des appareils électroniques portables fassent rapidement progresser l’industrie de l’énergie mobile grâce à l’utilisation du lithium.

 

Pour comprendre les progrès des batteries, et replacer l’intérêt de la découverte des chercheurs du TRI et de leurs collègues dans ce long processus d’amélioration, il est indispensable de remonter aux bases.

 

Les batteries fonctionnent sur un principe très simple connu depuis plus de deux siècles avec l’invention de la pile de Volta en 1800. Il s’agit de transformer de l’énergie chimique en énergie électrique grâce à une réaction d’oxyréduction. Des ions circulent au sein d’un liquide, l’électrolyte, entre une anode (-) et une cathode (+). Pendant la charge, à partir d’une source électrique externe, les ions se déplacent de la cathode vers l’anode. Pendant la décharge, les ions sont libérés par l’oxyréduction et se déplacent alors de l’anode vers la cathode.

Rappelons qu’un atome est électriquement neutre, le nombre de protons est égal au nombre d’électrons, l’électron est chargé négativement et le proton positivement. L’ion est un atome portant une charge électrique car le nombre d’électrons est différent du nombre de protons. Les anions sont des ions chargés négativement, qui ont donc gagné un ou plusieurs électrons,  les cations  ont perdu des  électrons et sont chargés positivement. Le terme « ion » a été proposé par Michael Faraday en 1834 et vient du grec  ioenai qui signifie « aller ».. 

 

Cette découverte a permis de développer de multiples applications d’utilisation de l’énergie portable à commencer par la plus ancienne, l’éclairage. Les chercheurs et les industriels travaillent depuis des décennies à optimiser ce processus, d’abord en l’ayant rendu réversible - ce sont les accumulateurs « rechargeables » -  puisque dans les piles alcalines le processus n’est pas réversible, puis en optimisant chaque paramètre pour améliorer les performances de la batterie.

 

La découverte de l’utilisation du lithium (Li) a révolutionné l’industrie. Le lithium est un métal assez abondant, même s’il n’existe pas à l’état pur et doit être transformé. Il est léger, à fort potentiel électrochimique et donc à haute densité d’énergie. Il possède trois électrons et trois protons et a la faculté de libérer facilement un électron.  Ces propriétés ont permis un développement considérable des batteries dans tous les usages mobiles et stationnaires et le démarrage de l’industrie du véhicule électrique.

 

La production du lithium vient de deux sources, les saumures de lacs salés en partie asséchés (« salars ») et le minerai. La production mondiale 2019 est de 70 000 T, pour les salars et 77 000 t pour le minerai. Cette production est concentrée en Australie, Chili et Argentine, mais de nombreux projets d’exploitation existent dans le monde, y compris en France. On estime les réserves connues à 17 millions de tonnes. Les piles et batteries représentent 65% de l’utilisation de la production mondiale de lithium. Il faut noter que le lithium contenu dans les piles et batteries est parfaitement recyclable., plusieurs usines fonctionnent déjà dans le monde. Une batterie de véhicule électrique contient de 7 à 15 kg de lithium, ce qui est marginal dans le poids des batteries.

 
 

3)     A plus long terme, que doit viser la science sur le sujet des batteries et quel va être le rôle de l’intelligence artificielle ?

 

L’intelligence artificielle est un outil qui permet de traiter des données massives pour comprendre et anticiper des phénomènes complexes. L’IA est bien entendu un auxiliaire précieux des chercheurs pour traiter les données produites par le développement de l’industrie des véhicules électriques et anticiper les problèmes liés à sa croissance rapide. L’IA permet de comprendre les comportements de phénomènes complexes, ce qui  contribue à la conception de matériaux.

L’industrie mondiale des batteries est appelée à se développer de façon, exponentielle, et doit constamment sécuriser ses sources d’approvisionnement en lithium et chercher à améliorer l’efficacité industrielle et environnementale de la production et du recyclage de ce minerai. Il faut noter que l’utilisation du lithium dans les batteries est très exigeante en matière de pureté.

La découverte en 2019 au Mexique du plus grand gisement de lithium du monde, dans le désert de Sonora,  avec 243 millions de tonnes de réserves, a rassuré la profession qui s’apprête à multiplier par trois le production de lithium d’ici 2025.

L’industrie recherche également des alternatives au lithium, notamment les solutions sodium-ion et les laboratoires publient sans cesse des découvertes alimentant des hypothèses plus ou moins solides de remplacement du lithium au-delà de 2030. Dans l’immédiat, le lithium est jugé irremplaçable à grande échelle. L’objectif est donc d’en optimiser l’utilisation.

La recherche porte évidemment sur tous les comportements des batteries lithium-ion dans la durée. Cela fait désormais une décennie que roulent des voitures électriques avec des batteries Li-ion, ce qui donne aux chercheurs une vaste base d’expériences que la seule simulation ne permet pas d’acquérir.

Enfin, les travaux portent sur la composition de la cathode, 43% des coûts en matières des batteries.  Les cathodes ont des formules différentes selon les constructeurs et utilisent, sous forme d’oxydes, du cobalt, du nickel, de l’aluminium, du manganèse, du fer, matières dont les prix de revient et les conditions de production sont très différents. La simulation et l’expérimentation de combinatoires de ces éléments impliquent des travaux de calcul massifs.

Les découvertes de l’équipe de recherche du TIR et de leurs collèges apportent une pièce essentielle dans le développement de l’industrie des batteries : comprendre vite les comportements des batteries. Cela permet d’optimiser le design, la validation de test, la gestion de production et aussi la fin de vie des batteries en aidant au choix des batteries à recycler en gagnant un temps considérable à chaque étape. Pour une industrie dont le cycle de développement se compte en année, c’est une avancée vitale.IA et batteries

 

Publié sur Atlantico le 16 octobre 2020