La signature de l’accord de la conférence de Paris 2015 conduit à s’engager sur la neutralité carbone d’ici 2050. Dans cette perspective, le parlement français a voté une loi interdisant les moteurs thermiques dès 2040.
Pour apprécier ce défi, il convient de quantifier l’énergie mise en jeu et les moyens à mettre en œuvre pour accompagner la transformation du parc automobile français constitué de 37,3 millions de véhicules (voitures & véhicules utilitaires légers) dont le kilométrage annuel moyen est de 13 100 km.
Solutions de mobilité automobile
Deux axes de développement sont mis en avant et maintenant connus de tous :
Les véhicules électriques basés sur des batteries lithium, un variateur de fréquence et un moteur asynchrone dont le rendement global incluant le chargement de la batterie est de 69 %.
Les véhicules à hydrogène constitués d’une pile à combustible, d’un variateur de fréquence et d’un moteur asynchrone auxquels doit s’ajouter l’énergie consommée pour comprimer le gaz à 700 bar conduit à un rendement global de 23% comparable au rendement actuel des moteurs thermiques. De nouvelles technologie d’électrolyseur haute température et de pile à combustible en cours de développement permettraient d’atteindre un rendement global de 38%.
Consommation énergétique annuelle du parc automobile français
L’énergie totale actuellement consommée par le parc automobile est de 320 TWh provoquant l’émission de 79 Mt de CO2 soit respectivement 11% de la consommation énergétique totale et 18% de l’émission totale de CO2.
Pour un véhicule à propulsion électrique, la consommation moyenne est de l’ordre de 18 KWh/100 km. Ainsi, au regard des valeurs de rendement évoquées et sur la base de la même taille du parc automobile, la demande énergétique électrique serait de 88 TWh pour une mobilité entièrement électrique et de 157 TWh pour une mobilité hydrogène haute performance.
Les sources de production électrique décarbonées sont le nucléaire, l’éolien terrestre et offshore et le photovoltaïque ayant des facteurs de charge respectivement de 74%, 25%, 38% et de 14%. La production électrique supplémentaire requerra l’équivalent soit de 8,5 tranches EPR de 1 600 MW, ou de 13 560 éolienne terrestre de 3 MW, ou de 2 200 éoliennes offshores de 12 MW ou de 300 km2 de panneaux solaires pour une mobilité tout électrique et à minima 2 fois plus pour la solution hydrogène.
Impact sur les émissions de CO2
Contrairement à l’image vertueuse que l’on se fait de ces nouvelles technologies, elles sont également émettrices de CO². Pour se faire une idée plus précise, il convient d’analyser le cycle de vie complet des véhicules dont la fabrication.
Pour un véhicule électrique, l’élaboration des batteries Lithium-Ion est très énergivore et induit, dans l’état de l’art actuel, l’émission de 170 kg de CO² par KWh.
Ainsi pour un véhicule électrique de taille moyenne avec une autonomie annoncée de 400 km, la taille de la batterie installée est typiquement de 55 KWh conduisant à un bilan carbone de 9,35T qui s’ajoute aux 3T liés à la fabrication du véhicule soit un bilan carbone total de 12,35T. Cette valeur est à comparer aux 3T et 3,5 T d’émission de CO² pour la fabrication d’un véhicule thermique et d’un véhicule à hydrogène.
A cela s’additionne les émissions de CO² liées à la consommation énergétique du véhicule. Pour le réseau électrique français peu carboné (60 g CO²/KWh produit), les émissions de CO² des véhicules électriques et à hydrogène sont de 11 et 27 g/km à comparer à la valeur moyenne de 164 g/km émise par un véhicule thermique du parc automobile français.
Au final pour la durée de vie des véhicules (160 000 km pour l’électrique et 200 000 km pour le thermique et l’hydrogène), la technologie électrique permet une réduction d’émissions de CO² de 50% et l’hydrogène de 75%.
Ces réductions sont directement dépendantes du mixte énergétique de la production électrique. A titre de comparaison, l’usage d’un véhicule électrique en Allemagne amène à ce jour à une réduction d’émission de CO² de seulement 25% et le véhicule à hydrogène n’apporte aucun bénéfice.
Evolution et transformation des infrastructures
Bien que la solution tout électrique ait un meilleur rendement, les 2 technologies sont complémentaires.
En effet l’énergie électrique est difficilement stockable si ce n’est par le biais de batteries. L’hydrogène est stocké dans des réservoirs tampons dont sa production peut être privilégiée pendant les périodes creuses de demande d’électricité et en adéquation avec la production électrique renouvelable qui est par nature intermittente. Ainsi les infrastructures ne seront pas dimensionnées au pic maximum de la demande électrique.
L’exercice montre l’ordre de grandeur d’augmentation de production d’énergie électrique à atteindre et les investissements colossaux à engager dans les trois prochaines décennies.
Enfin la stratégie sur la mobilité sera nécessairement à l’échelle du continent pour garantir une continuité des moyens de transport sur l’ensemble des pays.
Xavier Coudray – Ciblexperts, Lyon
Bio Express de Xavier Coudray
• Diplôme d’ingénieur ENSSEIHT en mécanique des fluides et énergétique.
• Master Sup’Aéro systèmes propulsifs.
• Expérience en ingénierie des moteurs d’avions, turbine à gaz, turbine à vapeur, compresseurs et machines électriques.
• Date d’arrivée chez Ciblexperts : Septembre 2018.
• Expert Responsabilité Civile chez Ciblexperts Lyon : j’interviens principalement sur les sinistres industriels dans le domaine mécanique et notamment sur les machines tournantes.
• A titre personnel, goût prononcé pour l’histoire industrielle et l’évolution des technologies.
