Vrai ou faux ? L’option pompe à chaleur est très utile sur une voiture électrique en hiver

Peu présente, voire même pas du tout sur les premières voitures électriques commercialisées, la pompe à chaleur est aujourd’hui devenue une technologie incontournable pour celle et ceux qui utilisent leur voiture électrique quotidiennement et pour tous les types de trajets.

Même si certains constructeurs proposent ce système encore en option aujourd’hui (moyenne un peu plus de 1 000 euros environ selon les marques), la pompe à chaleur pour une voiture électrique présente de nombreux avantages qui justifient cet investissement supplémentaire, du moins quand elle n’est pas disponible de série.

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

Si votre domicile est doté d’une pompe à chaleur, grosso modo le dispositif présent sur une voiture électrique est à peu près le même. Du moins pour son mode de fonctionnement. Le dispositif permet globalement de transférer l’énergie thermique d’une source froide vers une source chaude.

En d’autres termes, la pompe à chaleur fait office de chauffage afin d’augmenter la température du milieu de destination. Techniquement, la pompe comprime l’air froid sous haute pression afin de produire la chaleur, et utilise les calories contenues dans l’air froid extérieur en hiver pour générer du chaud à l’intérieur. Il est également possible de faire l’inverse, c’est-à-dire climatiser l’habitacle en utilisant les calories contenues dans l’air chaud extérieur.

Le principe des climatisations et pompe à chaleur consiste à exploiter les changements de température liés à la compression ou la détente d’un gaz. C’est un principe physique de la loi de conservation de l’énergie qui induit qu’en compressant un gaz, il chauffe et quand on le détend, il refroidit.

Pourquoi utiliser une pompe à chaleur ?

Sur une voiture électrique, le fonctionnement du moteur ne permet pas de produire suffisamment de chaleur par rapport à un moteur thermique, pour la simple et bonne raison qu’un moteur électrique est nettement plus simple dans sa conception, avec notamment moins de pièces en mouvement, moins de friction, et par conséquent moins de chaleur produite. Il en va de même pour le processus de combustion du carburant qui est générateur de chaleur également.

Sur une voiture électrique, il y a toujours un circuit de climatisation, comme sur un modèle thermique, mais pas de moteur thermique permettant de chauffer l’eau et donc l’air. Les ingénieurs ont donc deux possibilités techniques : des résistances électriques ou une pompe à chaleur. Les résistances électriques, il y a eu quelques modèles qui en ont été équipés, notamment sur les premières générations de Tesla, mais elles étaient très énergivores et ont été rapidement remplacées par des pompes à chaleur.

Quels sont les avantages d’une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur permet surtout de chauffer efficacement l’habitacle d’une voiture électrique. En effet, une pompe à chaleur permet de réduire la consommation énergétique du chauffage de 3 à 4 fois par rapport à des résistances classiques. Ainsi, ce système trouve toute sa place au sein d’une voiture électrique où l’autonomie est un facteur important et où le chauffage de l’habitacle peut évidemment l’influer.

La pompe à chaleur est aujourd’hui quasi indispensable, notamment dans les pays froids où la consommation énergétique des résistances peut devenir très importante en hiver. Réglée sur 20 degrés par temps froid, une pompe à chaleur consomme en moyenne moins de 500 watts alors qu’un système de chauffage classique consomme environ 4 à 6 fois plus, soit 2 000 à 3 000 watts.

Dit autrement, si vous êtes coincés dans un embouteillage avec votre voiture électrique et une batterie de 50 kWh pleine, vous pourrez tenir 100 heures avec une pompe à chaleur ou 25 heures sans l’option.

Un autre avantage, technique cette fois-ci, c’est la fusion entre le circuit de climatisation et la pompe à chaleur. C’est d’ailleurs grâce à cela que les résistances n’ont pas fait long feu, même si, dans les faits, il y en a parfois quelques-unes d’appoint pour accélérer la chauffe, le circuit de pompe à chaleur ayant besoin d’un peu de temps pour être opérationnel.

Le circuit peut donc générer du froid et du chaud, et c’est plutôt bien adapté pour une voiture électrique à la gestion thermique compliquée. Il faut en effet réguler la température de la batterie, du moteur électrique et de l’habitacle, donc chauffer certaines choses et en refroidir d’autres, et quoi de mieux qu’un système 2 en 1 ?

Et non, nous ne l’avons pas oublié, mais cette gestion de la température permet de plus ou moins optimiser l’autonomie. En effet, une batterie trop froide donne moins de courant, tandis qu’elle ne peut pas se recharger rapidement et dans les meilleures conditions. Et c’est aussi en ça qu’une pompe à chaleur est différente d’un système de préconditionnement.

En quoi la pompe à chaleur est-elle différente du système de préconditionnement ?

Très souvent, on peut lire que le système de préconditionnement de la batterie est liée à la pompe à chaleur. Mais ce n’est pas tout le temps vrai. Pourquoi ? Car de nombreux modèles électriques qui ne sont pas équipés de pompe à chaleur disposent d’un système de préconditionnement.

Le préconditionnement consiste grossièrement à réchauffer la batterie jusqu’à ce qu’elle atteigne une température de fonctionnement appropriée. Cette fonctionnalité peut nécessiter entre 15 et 20 minutes pour les premiers modèles électriques, deux fois moins pour des modèles les plus récents.

Si la batterie n’est pas assez chaude, alors le conducteur pourra faire face à différentes situations contraignantes : puissance du freinage régénératif diminué, puissance du moteur en baisse ou une durée de recharge plus élevée sur les chargeurs rapides. C’est pour cela que Kia vient de mettre à jour son EV6.

Précisons que cette fonctionnalité est surtout réservée aux véhicules électriques équipés d’un système de régulation de la température par liquide. En réchauffant le liquide de refroidissement de la batterie, cette dernière se réchauffe également.

Le contre-exemple est Tesla : la batterie ne se réchauffe pas seulement grâce au liquide entourant les cellules, mais grâce aux moteurs qui « tournent » dans le vide. Ces derniers réclament de l’énergie à la batterie, dépensée « inutilement », permettant aux cellules de se réchauffer en s’activant, en plus d’échauffer le liquide de refroidissement, qui lui aussi réchauffe la batterie.

Préconditionnement de la batterie ou de l’habitacle ?

Il est également possible de préconditionner l’habitacle d’un véhicule, toujours via l’application d’un constructeur par exemple. Le mieux est de faire cette opération lorsque la voiture est branchée pour éviter d’utiliser de la batterie : étant donné que l’habitacle sera déjà chaud au moment où on s’installe dans la voiture, la batterie n’aura besoin que de maintenir la température. Elle sera donc moins sollicitée et cela permettra de préserver quelques précieux kWh lors du trajet.

En préconditionnant l’habitacle, la batterie va être mise à l’épreuve, et elle sera donc elle aussi réchauffée. Mais c’est une fonctionnalité différente du préconditionnement de la batterie en vue d’une charge rapide.

Chez Tesla par exemple, le préconditionnement de la batterie se fait automatiquement lorsque vous renseignez dans le GPS un chargeur rapide en destination. La batterie est alors réchauffée grâce au moteur qui tourne dans le vide, afin d’avoir une température idéale pour pouvoir accepter la charge la plus rapide possible. Dans le cas contraire, la puissance de charge sera plus faible.

Toujours chez Tesla, le préconditionnement de l’habitacle sur les nouveaux modèles dotés de l’octovable (une pompe à chaleur), utilise la chaleur de la batterie pour réchauffer l’habitacle.

Un système encore amené à évoluer ?

Comme a pu l’expliquer Elon Musk a plusieurs reprises, mais aussi plus récemment le patron de Renault, mettre des grosses batteries dans des véhicules électriques ne permettra pas toujours d’aller plus loin, pour la simple et bonne raison que le poids de la batterie jouera aussi sur la consommation en kWh.

L’optimisation de la batterie est donc aussi un élément fondamental, et les constructeurs se penchent de plus en plus sur des technologies permettant d’exploiter toute l’énergie emmagasinée. La pompe à chaleur en est un excellent exemple, et cette technologie est encore amenée à évoluer.

Renault, par exemple, a récemment breveté un nouveau système de pompe à chaleur pour sa Mégane E-Tech. Sa batterie est toujours à température idéale, car celle-ci peut être régulée par la circulation d’eau chaude provenant du moteur électrique par temps froid et abaissée par la circulation d’eau froide provenant d’un refroidisseur par temps chaud.

Mieux encore, les ingénieurs de la firme au losange ont optimisé ce système lorsqu’il faut chauffer l’habitacle alors que les températures sont défavorables au stockage de l’énergie et au maintien de la charge. Selon eux, les pompes à chaleur classiques ne sont pas assez efficientes pour les longs trajets sur voies rapides. La pompe à chaleur développée par Renault récupère plus efficacement la chaleur générée par la batterie et le moteur pour assurer le confort thermique dans l’habitacle en limitant au maximum l’impact sur l’autonomie.

Selon Renault, en dessous de 10°C à l’extérieur, le système de récupération de la chaleur générée par la batterie et le moteur électrique offre plusieurs avantages, dont l’efficience, puisque ce système nécessite deux fois moins d’énergie qu’avec une pompe à chaleur classique. De plus, le gain en autonomie sur autoroute peut atteindre jusqu’à 9 % d’après le constructeur.

Pour aller plus loin
Voiture électrique en hiver : que faire pour limiter l’impact par temps froid ?