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Le véhicule électrique est-il la panacée ?

créé en septembre 2000 - dernière modification : juillet 2012

site de l'auteur : www.manicore.com - contacter l'auteur : jean-marc@manicore.com

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Sainte voiture électrique ! Il n'est désormais plus un discours public qui fasse l'économie d'un petit couplet sur cette merveille du 21è siècle qui va nous tirer du pétrin carbonique, aussi sûr que 2 et 2 font 4. Véhicule "propre" ici, véhicule "du futur" là, tout responsable politique qui se targue d'écologie fait nécessairement les yeux doux à cette Chimène des temps modernes. Alors, l'électron démocratique va nous sauver la vie, ou que nenni ?

Comme d'habitude, la réalité est plus complexe que ce qu'une conclusion simple autoriserait... Quels sont les avantages qui sont couramment associés à la voiture électrique ?

pas de bruit de moteur,

pas de pollution locale,

et tant que nous y sommes, pas de pollution du tout, puisque le terme de "véhicule propre" ou "zéro émission" est souvent employé pour désigner ce genre de véhicule.

Comme toujours, il y a du vrai dans tout cela, mais aussi, hélas, très souvent beaucoup de choses inexactes.

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Pas de bruit ?

Pour commencer, l'absence de bruit de moteur est parfaitement réel, mais :

le bruit des véhicules est pour l'essentiel du bruit de roulement dès que l'on dépasse 50 à 60 km/h, le bruit du moteur devenant alors secondaire,

utiliser un véhicule électrique uniquement à petite vitesse suppose que l'on ne s'en serve qu'en ville, là où présisément les voitures nombreuses - électriques ou pas - engendrent d'autres problèmes, comme par exemple la congestion, la nécessité de disposer d'espaces importants pour la voirie (ce qui pénalise les transports en commun et "fait peur" aux vélos, même si la voiture est électrique !) et les parkings, etc, qui ne ne seraient pas résolus avec la voiture électrique.

A petite vitesse, et pour un trafic peu dense, il y a donc un bénéfice réel en ce qui concerne le bruit. Mais l'ironie de l'histoire est qu'il faut parfois faire du bruit exprès, sinon les piétons ne font pas attention et se font écraser ! Les nouveaux trams parisiens sont équipés de cloches exactement pour cette raison, avec pour conséquence que les riverains des lignes s'énervent un peu parfois... nous vivons dans un monde compliqué.

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Pas de pollution locale ?

L'absence de pollution locale, ensuite, est réelle au lieu d'utilisation de la voiture. Mais cette voiture, il a fallu la fabriquer ! Et sa fabrication a engendré des pollutions locales "ailleurs", exactement comme pour la fabrication d'une voiture "normale" :

Comme pour une voiture ordinaire, il faut extraire de la croûte terrestre du minerai de fer, de cuivre, de manganèse, de nickel, d'or et de platine, et d'autres métaux divers, et tout cela engendre des pollutions locales, parfois très importantes,

Comme pour une voiture ordinaire, il faut désormais fabriquer des composants électroniques, avec des procédés qui engendrent aussi de la pollution locale,

Comme pour une voiture ordinaire, il faut produire du plastique, donc extraire du pétrole, et cela peut avoir des conséquences locales parfaitement significatives,

Il faut fabriquer la batterie, ce qui suppose souvent de manipuler des substances chimiques ou des oxydes métalliques qui ne sont pas spécialement désirables pour garder un organisme en bonne santé (Metalleurop, qui a occasionné une importante pollution du sol au lieu d'implantation de l'usine, produisait du plomb pour batteries ; la fabrication de batteries Li-ion en grande série engendrerait tout autant des problèmes de pollution locale),

Et enfin, comme pour une voiture ordinaire, il faut "éliminer" (sans nécessairement avoir bu Contrex) le véhicule dit "en fin de vie" (ce qui inclut sa batterie).

Incidemment (enfin façon de parler), la fabrication d'un véhicule électrique a aussi engendré de la pollution globale :

Comme pour une voiture ordinaire, il a fallu consommer des combustibles fossiles pour produire les matériaux de base (charbon pour l'acier, pétrole pour les plastiques, gaz pour le verre, un peu de tout pour la peinture...) et utiliser de l'électricité (produite aux 2/3 avec des combustibles fossiles dans le monde) - et parfois de la chaleur - pour assembler les composants de la future voiture,

Comme pour une voiture ordinaire, il a fallu assembler les morceaux, avec donc du transport intermédiaire qui pour le moment est fait avec des camions !

Si nous considérons que les émissions pour fabriquer une voiture électrique sont du même ordre de grandeur que pour une voiture à pétrole, soit 1,5 tonne équivalent carbone (5,4 tonnes équivalent CO2) par tonne de voiture produite, et qu'un véhicule fera en moyenne 200.000 km au cours de sa vie, alors chaque km parcouru en véhicule électrique engendre de l'ordre de 40 grammes "incompressibles" de CO2 (liés à la fabrication du véhicule donc). Dès à présent, nous ne sommes donc plus totalement propres !

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Pas de pollution globale ?

Enfin il y a un dernier petit point qu'il vaut mieux ne pas oublier quand on parle de véhicule électrique : l'électricité ne sort pas du mur ! En fait, comme il n'y a pas de source naturelle d'électricité, cette dernière est aussi propre que la manière de la produire. Actuellement, la production électrique mondiale est faite :

pour environ 40% avec du charbon (cette proportion monte à 50% pour les USA ou l'Allemagne, et plus encore en Pologne ou en Australie), qui est la plus sale des énergies que nous utilisons,

pour environ 20% avec du gaz,

pour environ 5% avec des produits pétroliers (fioul lourd le plus souvent)

pour environ 15% avec du nucléaire,

pour environ 15% avec des barrages,

et... pour moins de 2% avec de l'éolien (et moins de 0,2% avec du photovoltaïque),

Le résultat des courses, c'est que la production électrique mondiale crache plus de CO2 que la totalité des moyens de transport.

Répartition des émissions mondiales de gaz à effet de serre avec un double découpage par gaz et usage. On remarque que les centrales électriques à charbon émettent plus de gaz à effet de serre que l'agriculture, ou que les transports (98% du transport fonctionne au pétrole). Si l'on y rajoute les centrales à gaz, la production électrique est à l'origine de quasiment un quart de nos émissions de gaz à effet de serre. Dire "c'est électrique donc c'est sans pollution" est donc une conclusion qui se discute !

Compilation de l'auteur sur sources diverses

Le graphique ci-dessous donne, pays par pays, les émissions de CO2 par kWh produit, sans tenir compte de la production de la centrale ni des émissions de production du combustible (ce qui augmente de 10 à 20% les émissions par kWh électrique pour les combustibles fossiles, et représente de l'ordre de 10 grammes de CO2 par kWh électrique pour nucléaire et hydroélectricité).

 

Emissions de CO2 par kWh pour une sélection de pays du monde en 2006. Source Agence Internationale de l'Energie, 2008.

De ce fait, si l'electricité est majoritairement produite avec du charbon, du pétrole ou du gaz naturel, ce qui est le cas presque partout sauf en France, en Suisse, en Norvège, en Suède et au Brésil (cf. graphique ci-dessous), alors les émissions de CO2 (gaz à effet de serre) sur l'ensemble du cycle sont du même ordre que ce qui est engendré en consommant directement du pétrole.

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Quel bilan au final pour une voiture ?

A ce stade de la comparaison voiture "ordinaire" et voiture électrique, nous pouvons déjà dire que l'avantage "évident" à l'électricité se discute avec les technologies actuelles. Pour pouvoir faire une comparaison stricte, il faut en tout état de cause :

tenir compte des émissions de fabrication (et éventuellement de démantèlement) dans les deux cas de figure,

raisonner avec des véhicules de poids et performances égales (ce qui en pratique sera souvent difficile), car souvent on compare des véhicules électriques avec des véhicules à essence qui sont en moyenne plus lourds et plus puissants,

ne pas comparer des données "sur papier" pour des véhicules non encore utilisés en série avec des données "en utilisation réelle" pour les véhicules à essence, car chacun sait que les "données constructeur" en ce qui concerne la consommation et les émissions de CO2 sont sous-évaluées de 30 à 50% par rapport à la réalité (à tel point que les chiffres des constructeurs devraient être considérés comme de la publicité mensongère !),

ne pas oublier de tenir compte des consommations accessoires (chauffage du véhicule, effectué avec de la chaleur fatale du moteur pour les véhicules à essence, mais qui devra provenir soit de la batterie, soit d'un petit système de chauffage.... à pétrole dans le cas des véhicules électriques, et évidemment cela dégradera les performances ; désembuage des vitres, éclairage de la route, sans oublier les mille et un petits moteurs électriques accessoires qui actionnent les lève-vitre, essuie-glaces, réglage des rétroviseurs, et j'en passe),

regarder comment évolue le bilan en fonction de la manière dont l'électricité est produite ; dans le monde 40% l'est avec du charbon et cette proportion monte à 50% pour les USA ou l'Allemagne, et plus encore en Pologne ou en Australie.

Et s'il est une chose certaine, c'est que de mettre la main sur des analyses comparatives de ce type qui seraient complètes et en libre accès est tout sauf facile !

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Quel bilan au final pour plein de voitures ?

Dans le passage du véhicule à pétrole qui pue et qui pollue au véhicule électrique qui est l'ami des papillons, reste à voir un dernier point de détail : quelle capacité additionnelle de production électrique il faudrait founir pour électrifier le parc actuel de véhicules terrestres qui ne le sont pas déjà (ceux qui le sont déjà sont les trains, les trams et les trolleys, pour l'essentiel). Pour cela nous allons faire un petit calcul pour la France :

La consommation actuelle des transports est de 54 Millions de tonnes équivalent pétrole (1 tonne équivalent pétrole = 11.600 kWh ; voir définitions ici), soit, à énergie finale constante, environ 600 TWh (1 Twh = 1 milliard de kWh).

Dans cet ensemble, environ 5 Mtep vont au transport aérien et maritime, donc les transports terrestres consomment environ 50 Mtep, soit environ 550 TWh. Dans cet ensemble, les véhicules particuliers représentent une grosse moitié.

Un moteur thermique a un rendement de l'ordre de 20% en moyenne sur carburant consommé (cela signifie que l'énergie mécanique qui sort du moteur est égale à 20% de l'énergie libérée par la combustion du carburant, le reste partant sous forme de chaleur), alors que le moteur électrique a un rendement de 80% sur électricité utilisée (c'est la même signification), mais...

Le stockage fait perdre 20% environ de l'électricité produite, alors que le stockage de l'essence consomme zéro en première approximation,

les pertes de distribution de l'électricité sont de 8% (de la centrale à la prise basse tension) pour l'électricité, mais plutôt de l'ordre de 2% à 3% pour les carburants,

et pour un véhicule électrique il faut utiliser la batterie pour alimenter les auxiliaires (chauffage en hiver, phares, essuie-glace et désembuage, etc) alors que pour un moteur thermique c'est donné presque gratuitement (notamment le chauffage, qui sur un véhicule électrique en hiver peut quasiment doubler la consommation),

bref le rendement de la chaîne électrique est de 0,8 (rendement du moteur) * 0,8 (rendement du stockage) * 0,92 (rendement de la distribution) * 0,8 (utilisation des auxiliaires) ≈ 50% au total, contre 0,2 (rendement du moteur) * 1 (rendement du stockage) * 0,98 (rendement rendement de la distribution) = 0,2 pour le moteur thermique en première approximation.

la chaine électrique est donc 2,5 fois plus efficace que la chaîne "carburants", et il faudrait donc un peu plus de 200 TWh électriques pour électrifier les véhicules routiers actuels à performances identiques. C'est en gros la moitié de la consommation électrique française (qui est de 450 TWh en gros).

Si on entend produire cette électricité avec du nucléaire, il faut - sans tenir compte de l'optimisation possible des réacteurs existants, notamment avec la charge de nuit, dont je ne sais pas ce que cela peut représenter - rajouter environ 18 EPR (sur la base de 8000 heures annuelles de production à pleine puissance par an et 1,6 GW de puissance installée par EPR), pour un coût d'investissement d'environ 110 milliards d'euros (en 2012) et une durée de vie d'environ 60 ans. A cela il faut ajouter le "renforcement du réseau", parce que passer de 550 TWh transportés à 750 TWh ne se fait pas à réseau constant. Pour donner des bases de comparaison, le PIB français est de l'ordre de 1900 milliards d'euros en 2011, et, sur la base de 100 dollars le baril et 1,3 dollar par euro, l'importation de pétrole pour les carburants routiers nous coûte environ 30 milliards d'euros par an,

Si on entend produire cette électricité avec des éoliennes, il faut installer environ 110 GW de puissance (sur la base de 2000 heures annuelles de production à pleine puissance par an), pour un coût d'environ 110 milliards d'euros (en 2012) à terre, et une durée de vie de 20 à 30 ans. A cela il faut aussi ajouter le "renforcement du réseau", et éventuellement des capacités de stockage intermédiaire si les capacités de stockage des batteries des véhicules ne sont pas suffisantes pour absorber les variations de production de l'éolien. Sinon il faut augmenter ce coût d'un facteur 2 ou plus pour la partie de l'électricité qui a besoin d'être stockée ailleurs que dans les batteries des voitures. Par exemple, installer un kW de station de pompage, une espèce de double barrage qui sert de système de stockage, coûte de 1500 à 3000 euros par kW installé, soit plus que l'éolienne elle-même.

Si on entend produire cette électricité avec des panneaux solaires photovoltaïques, il faut installer environ 220 GW de puissance (sur la base de 1000 heures annuelles de production à pleine puissance par an), pour un coût d'environ 1000 milliards d'euros (en 2012), et une durée de vie de 20 à 30 ans. A cela il faut aussi ajouter le "renforcement du réseau" et des capacités de stockage intermédiaire si nécessaire.

Si on entend produire cette électricité avec des centrales à gaz, sachant que le rendement de ces installations est de l'ordre de 50%, alors il faut importer 450 TWh de gaz pour ces centrales, soit juste 20% de moins... que le pétrole économisé !! (et un coût d'importation de l'ordre de la moitié du coût du pétrole importé en 2012). Ces centrales émettront du CO2, certes moins qu'avec du pétrole, mais la décote ne sera "que" de 40%, ce qui ne sera pas suffisant pour diviser les émissions par 4 à 5. Par ailleurs il faudrait installer 30 GW de centrales à gaz (sur la base de 8000 heures de production par an), pour un coût d'environ 15 milliards d'euros (et une durée de vie de 40 ans). Comme c'est le plus bas des coûts d'investissement possibles dans tous ceux que nous avons listés ici, cela engendre une conclusion évidente : si "on" fait à la fois la voiture électrique et la "libéralisation des marchés de l'électricité" en Europe, le plus probable est que la capacité de production supplémentaire sera construite avec des centrales à gaz.

A ce moment, outre que cela engendre toujours des émissions de CO2, d'ici quelques années à une décennie, le pic de disponibilité du gaz en Europe se chargera de contrarier le merveilleux plan de diffusion du véhicule électrique que chacun avait en tête ! Rappelons que le gaz européen vient à 60% de Mer du Nord, qui a passé son pic de production, et à 20% de Russie, qui ne devrait pas beaucoup augmenter ses exportations vers l'Europe (les "réserves de croissance" en Russie sont situées en Sibérie orientale, et elles iront probablement... aux Chinois).

Si on entend produire cette électricité avec des centrales à charbon, sachant que le rendement de ces installations est de l'ordre de 40%, alors il faudrait importer 550 TWh de charbon - environ 70 millions de tonnes de charbon - par an pour ces centrales, et un coût d'importation de l'ordre de 6 milliards d'euros par an. Il faudrait alors installer 30 GW de centrales à charbon (sur la base de 8000 heures de production par an), pour un coût d'environ 45 milliards d'euros (et une durée de vie de 40 ans). Et en pareil cas les émissions de CO2 dues à la mobilité augmenteraient de 50% !

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Alors, bonne ou mauvaise idée ?

En conclusion, le véhicule électrique est une idée aussi bonne que le contexte dans lequel il prend place : électrifier le parc de véhicules si celui-ci doit être divisé par 2, utilisé 4 fois moins, avec des véhicules 3 fois moins lourds, et alimentés avec de l'électricité produite de manière relativement propre, pas trop chère, et surtout pilotable (ce qui met le nucléaire et l'hydroélectricité en tête, et peut-être demain le solaire à concentration avant l'éolien) est assurément une solution à étudier.

Un des avantages pourrait être que cela permettrait de transférer des émissions diffuses (celles des pots d'échappement) vers des émissions concentrées pour les centrales fossiles résiduelles (en pratique des centrales à charbon, parce qu'il ne restera que ca bientôt !), en permettant au passage la mise en place de capture et séquestration... mais il faut que cela fasse partie du plan !

Mais penser que nous pouvons procéder à l'électrification rapide de véhicules qui conserveraient les mêmes caractéristiques de nombre, de masse et de puissance, en conservant une mobilité en voiture équivalente à celle que nous avons maintenant (13.000 km par an et par voiture pour les véhicules particuliers), et sans augmenter les émissions de CO2 (parce que cela passerait au moins pour partie par une augmentation des centrales à charbon) est probablement se bercer d'illusions.

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Et l'air comprimé ?

Tout le raisonnement effectué ci-dessus pour l'électricité est exactement le même pour l'air comprimé : comme on ne trouve pas de réservoir d'air comprimé dans la nature, il faut donc comprimer l'air... avec de l'électricité, et donc disserter sur combien de véhicules, avec quelles performances, comment on produit lélectricité qui comprime l'air, etc. Le véhicule à air comprimé est donc une "sous-espèce" de véhicule électrique. Si nous sommes prêts à nous contenter de véhicules de 200 kg plafonnant à 50 km/h et disposant de 80 km d'autonomie (ordre de grandeur des performances des voitures dont il est souvent question dans la presse), on peut y arriver en restant au pétrole dans un premier temps : par rapport à nos chars modernes - même une "petite" voiture pèse plus d'une tonne - cela divisera leur consommation par 5 à 8 !

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