Voiture électrique : quels facteurs réduisent l'autonomie en hiver ? Réponse chiffrée !

En hiver, l’autonomie des voitures électriques chute au fur et à mesure du thermomètre. Pour quelles raisons et dans quelles proportions ? Réponses chiffrées !

Lorsque le mercure baisse, une combinaison de facteurs physiques et techniques fait augmenter la consommation des voitures, notamment électriques. Selon les conditions thermiques, de roulage et les technologies embarquées, la perte d’autonomie peut être importante par rapport à la valeur homologuée sur le cycle WLTP ou par rapport à des conditions réelles avec des températures plus douces. Nous avons listé et chiffré l’impact des principaux facteurs !

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Le chauffage : des petits trajets énergivores

Dans une voiture thermique, l’explosion dans les chambres de combustion fait chauffer le moteur. Le liquide de refroidissement, techniquement appelé liquide caloporteur, passe entre les cylindres pour refroidir le bloc et emmagasiner les calories. Lorsque le conducteur active le chauffage, ce liquide est dérouté vers le radiateur d’habitacle, duquel s’échappe l’air chaud à destination de l’habitacle. Pour vulgariser : le chauffage est donc « gratuit ». Dans une voiture électrique, tout change. Le chauffage est produit électriquement à l’aide d’une résistance chauffante (cellule CTP) ou d’une pompe à chaleur.

Comme nous l’avons vu à travers nos différentes mesures des systèmes de chauffage, la consommation explose dès les premières minutes d’utilisation. En valeur absolue, une résistance peut afficher en moyenne une puissance de 4 kW au départ, puis entre 1,5 et 2,0 kW une fois l’habitacle à température. La pompe à chaleur peut utiliser les calories environnantes et prendre le relais assez rapidement. Dès lors, la consommation moyenne est comprise entre 0,5 et 1,0 kW. Mais précisons que cette solution n’est pas aussi efficace qu’un convecteur électrique, et la plupart des systèmes, pour améliorer le confort des passagers, ont toujours recours à une résistance pour chauffer plus rapidement l’habitacle au départ. C’est pour cela que l’on observe peu de gain entre les deux systèmes sur les premières minutes d’utilisation. De plus, comme on l’a remarqué lors de nos mesures avec le Skoda Elroq, la pompe à chaleur peut ne pas entrer en action. Voici un comparatif entre les deux systèmes (pompe à chaleur active avec les Peugeot e-308 et Renault 5 e-Tech).

Difficile de tirer des conclusions définitives en raison des performances propres à chaque système. Remarquons cependant que lorsque la voiture est chaude, la pompe à chaleur permet de limiter la perte d’autonomie après plusieurs heures d’utilisation. Ainsi, quand nous avons calculé une perte d’autonomie mixte de 6 % (-20 km) et 5 % (-17 km) avec une Peugeot e-308 et une Renault 5 e-Tech, nous avons trouvé un écart considérable de 18 % (-80 km) avec un Skoda Elroq réchauffant l’habitacle à la seule force de sa résistance.

La densité de l’air : un impact à haute vitesse

Plus la température de l’air chute, plus la masse volumique de l’air est influente. Cela signifie qu’une voiture devra déployer plus d’énergie pour pouvoir le traverser à vitesse égale. L’effet est de plus en plus prononcé selon la performance aérodynamique de la voiture (SCx) et au fur et à mesure que la vitesse augmente. C’est donc sur autoroute que la densité de l’air a le plus d’impact sur la consommation.

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Mais cet aspect-là requiert de solides connaissances en physique. Surtout que ladite densité sera aussi affectée par l’humidité. Cependant, d’après nos calculs théoriques et des valeurs de base (80 % d’humidité), il faut compter 1,0 kWh de plus à 130 km/h entre un air extérieur à 15 °C et un air à 0 °C. Entre 30 °C et 0 °C, il faut compter près de 1,8 kWh/100 km de plus à la vitesse maximale. À 70 km/h, on note entre 0,2 et 0,5 kWh/100 km de plus. Par rapport à la température moyenne en France (15 °C), la perte d’autonomie est de 15 km en moyenne, sur une charge complète consommée à une vitesse fixe de 130 km/h. Soit un cas inexistant dans le monde réel.

En bref : ça ne sert à rien de se soucier de ce phénomène. D’autant que, même avec des compétences de météorologue, vous ne pourrez rien y changer. Si toutefois l’autonomie est au centre de vos intentions, réduire la vitesse de 10 km/h permet de compenser la densité de l’air accrue. Mais il s’agit là d’une théorie puisque, comme l’ont démontré nos mesures, un autre phénomène vient s’ajouter : la résistance au roulement.

Les pneus : un impact à basse vitesse

Lorsqu’il fait froid, la résistance au roulement augmente elle aussi. Pour commencer, la pression des pneus chute au fur et à mesure que le mercure descend, à raison de 0,1 bar par tranche de 10 °C en moyenne. Bien sûr, plus le véhicule roule longtemps à haute vitesse, plus les pneus montent en température. Mais l’évolution est logiquement moins importante en hiver qu’en été sur un sol surchauffé par le soleil. De plus, les frottements plus importants entre la gomme et le bitume froids augmentent la résistance au roulement, et donc la consommation. Là encore, il n’existe pas de règle fixe en raison des variables, mais des généralités. D’après nos mesures, une pression inférieure a plus d’impact à basse vitesse qu’à haute vitesse, la montée en température naturelle à cette vitesse faisant augmenter un peu la pression.

Notons l’effet des pneus 3PMSF, qu’il s’agisse de gommes hiver ou de pneus été avec homologation hiver (toute saison 3PMSF autorisés par la loi Montagne). Difficile d’entrer dans le détail, les performances étant disparates d’une référence à l’autre. Cependant, l’étiquetage européen en matière de consommation de carburant est un bon indicateur, même si la norme ne se focalise pour le moment que sur la surconsommation moyenne pour des voitures thermiques (écarts absolus exprimés en l/100 km). D’après nos observations préliminaires, nous estimons la surconsommation mixte à hauteur de 0,9 kWh/100 km d’une tranche à l’autre, et de 1,8 kWh/100 km en passant de la catégorie A à C. Pour faire simple, vous pouvez envisager une surconsommation de 1 kWh/100 km par tranche supplémentaire jusqu’à la catégorie C. Au-delà, l’augmentation est plus importante, et ne concerne généralement que des pneus premier prix peu recommandables, hormis pour le portefeuille (et encore…).

La batterie : une régulation thermique plus importante

Lorsque la batterie est froide, l’électrolyte à l’intérieur des cellules devient plus dense, ce qui fait augmenter la résistance interne. À froid, la tension de la batterie est inférieure à la tension nominale obtenue à la température idéale de fonctionnement. Deux phénomènes se produisent : la baisse de la tension réduit la capacité totale disponible, et la batterie doit consommer plus de courant pour atteindre le niveau de puissance nécessaire à l’avancement. Pour vulgariser, on peut imaginer l’électrolyte comme de l’huile moteur : moins visqueuse, elle demande plus d’effort à la mécanique, qui devra pomper le carburant dans un réservoir contracté par le froid. On insiste, c’est une image.

Les effets sont plus ou moins marqués selon les technologies, la chimie des batteries ou les conditions extérieures. Parfois, nous n’avons pas observé de différences pénalisantes malgré une voiture stationnée une nuit dans le froid. Mais dans d’autres cas, la perte de capacité est plus importante. Nous avons observé 4 kWh de moins avec une Renault 5 e-Tech, voire 6 kWh avec un Skoda Elroq par des températures négatives : la baisse de tension avec une batterie à 2 °C était telle que le mode Tortue s’est activé dès 8 % de charge.

À l’instar des pneus, la température de la batterie augmente au fil de son utilisation, notamment sur des routes exigeantes ou sur autoroute. En revanche, sur les petits trajets du quotidien, les cellules ne montent pas en température, comme l’ont démontré nos études. Autrement dit, la capacité est réduite et imposera de passer à la borne un peu plus souvent si vous ne rechargez pas la voiture quotidiennement. Reste que dans un cas comme dans un autre, la perte d’autonomie n’est pas vraiment pénalisante au quotidien.

Une batterie trop froide peut aussi entraîner une surconsommation inévitable en hiver. Pour délivrer les meilleures performances, certaines batteries disposent d’un système de régulation thermique réchauffant un peu plus vite les cellules en roulant. Le système existe, mais nous n’en avons jamais observé ni chiffré ce type d’activité. A contrario, le préconditionnement avant une recharge rapide est davantage utilisé en hiver. Mais la consommation du système n’est pas aussi importante que l’on croit : on compte en moyenne une consommation de 1,6 kWh pour un gain de 10 °C dans la batterie. Autre point de vue avec nos mesures réalisées lors de notre Supertest 0 °C du Skoda Elroq : sur un trajet autoroutier de 500 km par 0 °C, l’utilisation du préconditionnement avant les deux pauses recharge se traduit par une surconsommation de 0,8 kWh/100 km à la fin du trajet. Soit à peine 10 km d’autonomie totale en moins. Notons ici que le préconditionnement permet d’accélérer le temps de recharge rapide, mais là encore, les gains ne sont pas aussi significatifs sur le 10-80 %. Voici un exemple d’un cycle de préconditionnement avec le Skoda Elroq.

Autonomie en hiver : quelles pertes réelles ?

Comme nous l’avons vu, les résistances à l’avancement accrues et la production électrique du chauffage font logiquement augmenter les consommations. Cependant, les pertes d’autonomie ne s’additionnent pas forcément, ce qui limite donc l’impact de la température sur le rayon d’action total. À basse vitesse, le chauffage et la résistance au roulement sont prépondérants. À haute vitesse, c’est davantage la densité de l’air qui fait augmenter la consommation, alors que le chauffage a une incidence moins importante au fil des kilomètres.

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La perte d’autonomie dépend donc du type d’utilisation et des méthodes de préchauffage (habitacle froid ou préchauffé avant le départ). Pour faire le point, une étude des consommations sur un cycle mixte, couvrant tous les types d’utilisation, s’impose. C’est notre méthode de mesure lors de nos Supertests 0 °C. Mais précisons ici que toutes nos mesures et comparaisons ont été réalisées avec des pneus été, et que les différences seront un peu plus importantes avec des pneus hiver.

Entre la favorable norme WLTP (cycle mixte sans climatisation par 23 °C) et notre cycle mixte réel par 0 °C et avec une voiture froide, on constate une perte d’autonomie moyenne de 31 %, soit une perte de près de 160 km en moyenne. Lorsque l’habitacle et les composants de la voiture sont chauds, l’écart moyen passe à 26 % (-130 km).

En revanche, la perte d’autonomie est plus modérée si l’on considère un cycle mixte réel avec des températures plus fraîches. Ainsi, en analysant nos résultats obtenus sur le même parcours mais par une température extérieure de 14 °C et le chauffage en route, l’écart moyen chute à 17 % à froid (-70 km), et à 10 % avec la voiture chaude (-45 km). La surconsommation moyenne est divisée par deux par rapport à la valeur nette WLTP. Mais notons que cela est vrai pour des voitures dotées d’une pompe à chaleur, dont la consommation décroît au fur et à mesure de la durée d’utilisation. Dans le cas contraire, comme nous l’avons remarqué avec notre Supertest du Skoda Elroq qui réchauffait l’habitacle à la seule force de son convecteur électrique, les écarts sont plus importants : nous avons calculé un écart de 18 % (-80 km) même dans le cas le plus favorable !

Enfin, sur un long trajet autoroutier, la perte d’autonomie peut être effrayante si l’on compare à la norme WLTP. C’est normal : les vitesses d’évolution, la température et l’absence de chauffage lors de l’homologation sont très favorables. Par rapport à la norme, on note une perte de 47 %, soit 240 km d’autonomie en moins. En revanche, par rapport à nos mesures réelles dans des conditions de roulage identiques mais avec une température plus clémente, on note un écart de seulement 13 %, soit 40 km. C’est la distance moyenne sur autoroute entre deux aires de service, et donc deux stations de recharge. À noter que la surconsommation moyenne que nous constatons dans nos conditions est de 3 kWh/100 km en moyenne sur un long trajet autoroutier.

Autonomie en hiver : un impact à relativiser

Si toutes les voitures sont impactées par les lois de la physique en hiver, la voiture électrique présente des écarts plus importants en raison d’un protocole d’homologation qui ne reflète pas la réalité (climatisation coupée, ce qui ne correspond pas à l’usage réel), mais aussi en raison de la production électrique des calories pour réchauffer l’habitacle et certains composants de la chaîne électromécanique. Dès lors, la perte d’autonomie réelle par rapport à la norme WLTP surprend. Mais, par rapport à la température annuelle moyenne en France (14 °C) et dans des conditions d’utilisation plus représentatives de la réalité, les écarts sont bien moins importants, et donc moins pénalisants en hiver.

Rappelons que cet article n’a qu’un but informatif pour comprendre et chiffrer l’impact de l’hiver sur la consommation d’une voiture électrique, et en aucun cas d’effrayer les utilisateurs. Preuve en est avec les pays nordiques, où les voitures électriques s’octroient la quasi-totalité des parts de marché. Si le froid était un problème pour les voitures électriques, les ventes ne seraient pas aussi importantes.