Avant Tesla : hybrides et pourquoi le RAV4 EV a abandonné si tôt l'électrique ?

Avant Tesla, la voiture électrique est née deux fois et a reculé deux fois : l'obligation zéro émission de la Californie a donné naissance à des pionniers entièrement électriques comme la Toyota RAV4 EV et la Honda EV Plus tandis que l'essor de la technologie hybride et le regroupement des brevets de batteries nickel-metal-hydride (NiMH) entre une seule main ont mis fin à cette vague électrique précoce au début des années 2000. La route ne s'est rouverte qu'en 2008 avec la Tesla Roadster à ions lithium. Cette page explique, avec des données techniques, comment s'est déroulée cette période charnière et pourquoi la voiture électrique a été une nouvelle fois reportée.

La règle qui a fait naître l'électrique : l'obligation ZEV de la Californie

Si les voitures entièrement électriques sont revenues sur la table dans les années 1990, ce n'était pas dû à la demande du marché, mais à la pression réglementaire. Le California Air Resources Board (CARB), avec son règlement sur les véhicules à faibles émissions adopté en 1990, a exigé que 10 % des ventes de véhicules neufs soient à zéro émission. Le calendrier était concret : à partir de 1998, 2 % des ventes de nouveaux véhicules légers des grands constructeurs dans l'État devaient être à émission zéro.

Les constructeurs ont dû développer de véritables produits pour atteindre ce quota. La GM EV1, la Toyota RAV4 EV et la Honda EV Plus sont les produits de cette période. Leurs points communs sont frappants : les trois étaient limitées à la Californie, les trois étaient proposées principalement en location et la vie des trois s'est achevée au début des années 2000. Autrement dit, la voiture électrique est née non pas comme un produit grand public, mais comme le fruit d'une réglementation - ce qui a déterminé tout ce qui a suivi.

Toyota RAV4 EV : l'exemple le plus concret de l'électrique précoce

La RAV4 EV est le véhicule de cette période qui, avec le recul, reste le plus significatif ; car elle intégrait une réelle utilisabilité quotidienne dans une carrosserie de SUV compact. Le tableau technique parle clairement : le pack contenait 24 cellules Panasonic NiMH de 12V 95Ah pour une capacité totale d'environ 27 kWh. L'autonomie EPA était de 95 milles (153 km), la vitesse maximale était limitée entre 126 et 137 km/h, et le 0 à 97 km/h prenait environ 18 secondes. Avec le système de charge inductive Magne Charge, la charge complète de l'unité de 6 kW prenait environ 5 heures.

La durabilité était également impressionnante. Certaines RAV4 EV ont parcouru plus de 240 000 km (150 000 milles) avec leur pack de batterie d'origine ; Toyota a testé le véhicule pendant deux ans au Japon sur 480 000 km avant de l'introduire aux États-Unis. Le fait qu'environ 500 véhicules de première génération soient encore en circulation sur les routes californiennes à mi-2012 montre que la chimie NiMH était techniquement suffisante pour un véhicule électrique - le problème ne résidait pas dans l'ingénierie, mais dans l'économie et la structure des brevets, comme nous le verrons ci-dessous.

Chiffres de production et modèle de location

Les premières livraisons de flotte 1997'de mis à disposition en location ; en 2001, la location de flotte à véhicule unique a été ouverte aux petites entreprises et, en mars 2002, suite à un changement de politique d'entreprise, la vente au public a commencé. Mais l'ouverture au public est restée symbolique : seulement 328 exemplaires ont été vendus ou loués au public - il y avait des listes d'attente, pourtant le programme a été arrêté. Certains des derniers 328 véhicules ont été complétés à la main avec des pièces de rechange en raison d'un manque de pièces ; les livraisons se sont poursuivies jusqu'en septembre 2003. Le total de 1997-2003 est d'environ 1.900 exemplaires : environ 1.500 aux États-Unis (1.484 en Californie), 400 au Japon.

La structure des prix explique aussi la difficulté du programme : le prix affiché était de 42.000 USD ; avec les subventions ZIP californiennes de 9.000 USD (réduites à 5.000 en 2003) et le crédit d'impôt fédéral de 4.000 USD, le coût effectif descendait à environ 29.000–33.000 USD. Toyota a avancé qu'il fallait des dizaines de milliers de commandes pour maintenir ou relancer la production. Toyota a commencé à reprendre et à détruire les véhicules dont la durée de location arrivait à terme ; en 2005, un accord conclu avec DontCrush.com (devenu plus tard Plug In America) a mis fin aux destructions. La fin du programme a été annoncée un jour après que le CARB a supprimé la majeure partie de son obligation ZEV en 2003, la remplaçant par les catégories Partial Zero Emission Vehicle (PZEV) et SULEV. Ce calendrier prouve sans aucun doute que la raison était la réglementation.

Honda EV Plus : la version courte du même scénario

Honda a essayé l'EV Plus sur la scène de Kiralifornia entre 1997 et 1999 et a loué environ 300 véhicules aux États-Unis, et 330 au total. La production a été arrêtée en 1999 - juste après l'annonce de l'Insight, le premier véhicule hybride de Honda. À la fin des locations, presque tous les véhicules ont été repris par Honda et la plupart ont été recyclés ; quelques-uns ont été donnés à des universités. L'histoire côté Honda est plus courte mais le schéma est le même : un essai limité à la location, un rideau fermé avec l'arrivée de l'hybride. Honda a commencé à louer son véhicule à pile à combustible FCX en 2002 ; l'intérêt de l'entreprise pour l'électrification n'a donc pas cessé, mais le VE entièrement à batterie a une fois de plus été mis de côté pendant cette décennie.

L'obstacle de la batterie NiMH : allégation ou réalité ?

Dans la liste des causes de la mort de la première vague électrique, la ligne la plus controversée est le blocage par brevets des grandes batteries NiMH automobiles. La chaîne des événements se déroule ainsi : les droits de brevet mondiaux de la batterie NiMH EV-95 - achetés à GM - sont passés sous le contrôle de Chevron avec la fusion de Chevron et Texaco. L'unité de Chevron a obtenu 30.000.000 USD de dommages-intérêts contre Toyota et Panasonic ; la grande chaîne de production de batteries NiMH a été fermée et démantelée. Le procès s'est conclu sans être rendu public en raison d'une décision de confidentialité imposée aux parties par la Cour internationale d'arbitrage de la CCI. Les brevets sont restés aux mains de Chevron jusqu'à la fin de 2014 et il a été allégué que seules de petites batteries NiMH inadaptées au véhicule électrique étaient autorisées pendant cette période.

Il faut ici faire une distinction. La sentence d'arbitrage confidentielle de 30 millions de dollars et le démantèlement de la ligne de production sont des faits enregistrés et concrets ; en revanche, l'affirmation selon laquelle Chevron aurait mené une stratégie de répression délibérée reste une interprétation provenant de milieux militants. Le Dr Stan Ovshinsky, inventeur du NiMH, s'était opposé à GM en effectuant un trajet de 200 miles avec une EV1 équipée d'une batterie NiMH, voulant démontrer que le NiMH était pratique pour un véhicule électrique. De son côté, Toyota avance des raisons pratiques pour l'arrêt : un seuil de commandes de dizaines de milliers d'unités et l'obsolescence du RAV4 à carrosserie de 1996. Les deux explications ne s'excluent pas mutuellement - le retrait réglementaire a tué la demande, tandis que la consolidation des brevets a rendu difficile l'entrée d'autres fabricants sur la scène.

Prius et hybride : une voie médiane, mais dans quelle direction ?

L'investissement de Toyota dans l'hybride n'était pas un hasard mais un choix d'ingénierie délibéré. Selon le récit historique de l'entreprise, le projet a été retardé en partie par un obstacle : à l'époque, il n'existait pas de batterie secondaire, c'est-à-dire rechargeable, capable de répondre aux exigences de performance d'un véhicule hybride. Le développement de la Prius impliquait de sérieux défis techniques tels que la conception d'une chaîne cinématique hybride efficace et la gestion de la batterie. Le résultat fut un produit présenté en 1997 qui transforma l'industrie automobile - mais une électrification sans prise de recharge.

Le processus de développement de la RAV4 EV reste dans l'ombre de ce choix. Lors des évaluations de prototypes dans les années 1990, la version NiMH offrant une autonomie supérieure fut préférée, tandis que son efficacité énergétique était inférieure à celle de la version plomb-acide (PbA). Toyota a choisi le NiMH en affirmant qu'il n'était pas pratique de développer deux types de batteries dans un programme à volume limité ; cette décision entraîna des coûts et un prix de vente plus élevés. Les défenseurs des VE soutenaient exactement l'inverse : le choix du NiMH a bloqué la voie aux véhicules électriques à faible coût basés sur le PbA des années 1990. Le récit selon lequel les clients étaient orientés vers la Prius plutôt que vers un VE chez les concessionnaires est souvent répété comme l'un des fondements de la thèse selon laquelle l'hybride a retardé le VE. Le fait mesurable est le suivant : la révolution hybride a accumulé à l'échelle de la production de série l'expérience en gestion de batterie et en chaîne cinématique électrique nécessaires au VE - mais au cours de la même décennie, elle a retiré le tout électrique des rayons des concessionnaires.

Comment le lithium-ion a ouvert la serrure : la route vers la Tesla Roadster

La porte fermée sur le NiMH s'est ouverte ailleurs pour le lithium-ion. Tesla Roadster (2008) fut la première automobile tout électrique de production en série homologuée pour route produite avec des cellules lithium-ion ; son autonomie atteignit 392 km- soit plus de deux fois et demie les 153 km de la RAV4 EV. Le lithium-ion a rapidement évincé le nickel et le plomb des véhicules électriques ; alors que les brevets NiMH détenus par Chevron arrivaient à expiration fin 2014, la scène avait déjà changé.

Le choix de batterie de la Roadster illustre aussi la logique de l'époque : au lieu de grandes cellules au format spécifique, des cellules lithium-ion cylindriques 18650 devenues bon marché dans le secteur de l'électronique de puissance choisies ; le premier pack fut prototypé dans un garage en assemblant des batteries d'ordinateur. Autrement dit, le secret de Tesla n'était pas d'inventer une nouvelle chimie, mais de transporter l'économie d'échelle de l'électronique grand public vers l'automobile. Toyota, de son côté, est revenu bien plus tard et de manière mesurée : la RAV4 EV de deuxième génération, développée entre 2012 et 2014 en collaboration avec Tesla et Panasonic, ne fut vendue qu'en Californie, avec une limite de production de 2 600 exemplaires, et s'acheva en septembre 2014 avec 2 489 exemplaires vendus jusqu'en avril 2015.

Conclusion : le même décennie, préparateur et retardateur

Vu avec l'œil d'un ingénieur, la période de transition précédant Tesla livre deux vérités simultanées. Premièrement, la Prius et sa famille hybride ont mûri, sur des millions de véhicules, l'expérience de la gestion de batterie, de la régénération et de la chaîne de traction électrique, préparant ainsi le terrain du Tesla Roadster. Deuxièmement, le véhicule entièrement électrique - y compris la RAV4 EV, pourtant un produit abouti - a dû attendre encore une décennie en raison de l'assouplissement de la réglementation, d'un modèle commercial fondé sur la location et de la concentration des brevets NiMH entre une seule main. Les véhicules de la première vague n'ont pas échoué sur le plan technique ; c'est la structure commerciale et juridique qui a échoué. Le Roadster en fut la preuve : même physique, autre batterie, autre modèle économique - et le second printemps de l'automobile électrique.

Sources

• Toyota RAV4 EV - Wikipédia
• Toyota RAV4 EV - Actualités des véhicules électriques
• Entrave par brevets des batteries automobiles NiMH de grande capacité - Wikipédia
• La revanche des batteries NiMH ? - Plug In America
• Honda EV Plus - Wikipédia
• Chapitre III : Technologies et produits uniques - Honda
• Point 1. Développement de la Prius et stratégie hybride - Toyota Global
• Réglementation sur les véhicules à zéro émission - CARB
• Le mandat californien sur les véhicules à zéro émission - eScholarship
• Comment la Toyota Prius a transformé l'industrie automobile - IEEE Spectrum
• Tesla Roadster (première génération) - Wikipédia
• Tesla Roadster - ScienceDirect Topics
• Toyota contre les voitures électriques - Green Car Reports