Voitures électriques à batterie ou à pile hydrogène, gaz naturel, éthanol et autres biocarburants : le cabinet de conseil Carbone 4 a comparé les émissions sur le cycle de vie des véhicules afin de déterminer les meilleures solutions pour lutter contre le réchauffement climatique dû aux transports.
Évolution entre 2020 et 2030
Pour effectuer ses simulations, le cabinet de conseil indépendant spécialisé dans la stratégie bas carbone et l’adaptation au changement climatique a intégré les progrès technologiques qui vont modifier la donne à plusieurs niveaux. Tout d’abord afin de disposer d’une énergie plus propre.
Par exemple en incorporant davantage de biocarburants dans l’essence (SPE20, exploitation de la paille de blé) et le gazole (B10, arrivée des déchets-résidus), en bénéficiant d’un mix énergétique plus vert pour la recharge des batteries des véhicules électriques et l’électrolyse de l’hydrogène, en diversifiant les produits à méthaniser pour obtenir du biogaz et en ajouter une part grandissante dans le GNV.
Carbone 4 part également du principe que l’hybridation se généralisera, y compris sur les citadines fonctionnant au gaz naturel. Il en découlera des consommations sensiblement en baisse pour toutes les motorisations thermiques.
1 – Le bioGNV
Aussi bien pour les citadines de segment B que les berlines de catégorie D, le bioGNV apparaît comme l’énergie la plus susceptible de réduire les gaz à effet de serre.
Aujourd’hui obtenu à 96 % de la méthanisation des déchets agricoles et de l’élevage, il s’appuiera progressivement sur une part de plus en plus importante de boues des stations d’épuration (15 % en 2050) et d’autres biodéchets (15 % également). Bien qu’il soit déjà possible dans un bon nombre de stations dédiées d’obtenir du bioGNV, c’est encore aujourd’hui le GNV classique qui est le plus utilisé par les automobilistes. Ce dernier contient toutefois déjà une légère proportion de biogaz, avec une projection d’incorporation de plus en plus élevée.
Dans la situation la plus vertueuse, les émissions pourraient chuter de 225 gCO2e/kWh (GNV) à 40 g (bioGNV pur).
Sur les citadines…
Grâce à l’hybridation, la consommation des citadines baisserait de 4,4 à 3,3 kg de gaz naturel aux 100 km, et celle des berlines de 5,8 à 4,3 kg.
Actuellement, l’empreinte carbone des voitures particulières de segment B fonctionnant au bioGNV est la plus basse : 71 g CO2e/km, contre 81 g pour l’électrique avec le mix énergétique du réseau pourtant avantageux dans l’Hexagone (112 g selon le mix européen, 150 g en Pologne), 170 g pour le GNV, 172 g pour l’éthanol, 180 g pour les hybrides rechargeables, et 222 g pour les moteurs essence. Pas de valeur pour le gazole très en retrait sur cette catégorie de VP, ni sur l’hydrogène qui ne s’y intéresse pas encore.
La projection vers 2030 montre que l’écart s’accentuerait entre les modèles alimentés au bioGNV dont l’empreinte carbone s’améliorerait, et les électriques dont les progrès technologiques seraient gommés par des batteries de plus forte capacité à l’impact CO2 alourdi.
… comme sur les berlines
Les berlines alimentées au biogaz ressortent également comme les moins émissives (76 gCO2e/km), bien que talonnées par les électriques à batterie (80 g) et celles embarquant une PAC et recevant exclusivement de l’hydrogène vert (86 g). À défaut, l’empreinte carbone de ces dernières grimperait à 112 g.
En bas du tableau, le gazole (271 g), les hybrides rechargeables (216 g) et le GNV (210 g) sont bien plus émissifs.
Dix ans après, le bioGNV resterait la meilleure solution pour minimiser le poids carbone de ses déplacements en berline, sans toutefois creuser l’écart avec l’hydrogène vert qui se placerait en alternative plus que satisfaisante.
2 et 3 – Les électriques à batteries et celles à piles à combustible
Grâce à un mix énergétique peu carboné en France, les citadines et les berlines électriques à batterie ou à hydrogène ressortent également des calculs de Carbone 4 comme d’excellentes solutions pour réduire les gaz à effet de serre émis en se déplaçant avec des voitures particulières.
Pour les autres pays d’Europe, la situation est différente. Les véhicules électriques classiques restent mieux classés que les modèles essence ou diesel, même lorsque ces derniers sont équipés d’un système d’hybridation rechargeable.
Ce n’est plus le cas avec les déclinaisons fonctionnant avec une pile à combustible. À moins de les ravitailler en énergie dans une station fournissant de l’hydrogène vert, leur impact CO2 est déplorable, très supérieur à celui des blocs diesel. Ce dernier est crédité de 271 g CO2e/km, contre 312 g en moyenne pour l’hydrogène en Europe, et 426 g en Allemagne.
Par ailleurs, le cabinet de conseil dissuade d’exploiter le biogaz pour créer de l’hydrogène, contrariant ainsi quelques projets de ce type. La raison ? Une hausse importante pour la France des émissions de CO2 : 109 g CO2e/km pour de l’hydrogène obtenu de biogaz en alimentation d’une berline de segment D, contre 86 g pour de l’hydrogène vert par électrolyse, et 76 g en roulant au bioGNV. Autant faire fonctionner directement les véhicules avec ce produit !
Tout miser sur le bioGNV ?
À la lecture des premières pages de cette étude, il serait tentant d’envisager le bioGNV comme énergie alternative unique ou majoritaire avec les voitures particulières. Une projection que ne fait surtout pas Carbone 4.
En se référant à la stratégie nationale bas carbone, les 40 TWh de gaz renouvelable pour les transports serait consommés par 12 % de poids lourds convertis au gaz naturel, soit 130 000 camions, autocars et autobus. En alignant les chiffres sur les ambitions européennes, ce sont 25 % de ces véhicules qui pourraient fonctionner avec ce produit.
Au final, le cabinet de conseil semble en substance s’accorder sur les autres études : privilégier le bioGNV pour les véhicules lourds, décarboner les voitures particulières avec des modèles électriques, et, si l’on veut faire de l’hydrogène une solution efficace, il est impératif de l’associer à une électrolyse exploitant des sources renouvelables.
Quid des biocarburants ?
Carbone 4 estime que l’incorporation de biocarburants dans l’essence et le gazole ne permet qu’une diminution anecdotique de l’empreinte carbone. Même en les utilisant purs, par exemple avec du HVO100 ou du bioéthanol, le gain ne serait que de 20-25 % en comptant le changement d’affectation des terres agricoles.
Face à ces produits, le choix du bioGNV, de l’électricité et de l’hydrogène compte d’autres bénéfices : externalisation positive grâce aux émissions évitées sur les filières agricoles et le traitement des déchets pour le biogaz, aide au pilotage des réseaux électriques (V2G) privilégié par le développement de la mobilité électrique à batterie, et gestion de l’intermittence des énergies renouvelables avec l’hydrogène. Ces 2 dernières solutions permettent en outre de lutter efficacement contre la pollution de l’air et le bruit.
Sans trop forcer sur cet exercice, l’étude ouvre la réflexion à la recherche d’une certaine sobriété (allégement du poids des véhicules, durée d’utilisation plus longue, batteries moins encombrantes, etc.). Les projections apparaissent prometteuses.
Source : Etude Carbone 4
Bien que le travail effectué par Carbone 4 soit très conséquent autant qu’intéressant, quelques comparaisons sont parfois discutables.
Par exemple, l’opposition du bioGNV et de l’hydrogène vert à l’électricité en provenance du réseau. Avec une voiture électrique, il est aussi possible de rouler avec une énergie obtenue de sources renouvelables. Certes, la différence en gCO2e/km ne sera pas énorme. Mais quand il n’existe que 4 grammes de différence entre le biogaz et l’électricité, on se demande forcément si le VE ne l’emporterait pas au final sur les modèles alimentés au biogaz ou, si tout simplement, nous ne serions pas en situation d’égalité.
Lorsque les comparaisons passent au niveau européen, il est important de conserver à l’esprit que l’hydrogène vert est aussi une réalité hors de l’Hexagone.
Par ailleurs, quelques études pointent la distribution du gaz naturel pour un bilan carbone qui serait plus lourd du fait de fuites à différents niveaux de la chaîne. D’où une certaine réserve de ma part lorsque le classement se joue à une poignée de grammes d’équivalent CO2 par kilomètre.
Les émissions concernant les hybrides rechargeables semblent élevées. Elles sont, il est vrai, difficiles à fixer, tant elles dépendent de l’utilisation de ces véhicules. Ce que les auteurs signalent d’ailleurs.
Ce qui est intéressant dans l’étude de Carbone 4, c’est de distinguer non pas une, mais plusieurs énergies pour lutter contre le dérèglement climatique. L’avenir est effectivement à la pluralité dans le domaine.
Autre chose aussi, le travail de projection affiche clairement que les ambitions de transports à zéro carbone ne pourront faire l’impasse sur une certaine sobriété. À ce sujet, les auteurs de l’étude se sont montrés très prudents. Ce qui se comprend très bien. Il faut sans doute imaginer pousser le curseur bien davantage.
L’étude présente aussi la situation des utilitaires, des autobus et des tracteurs routiers 40 tonnes. À retrouver dans le document dont le lien figure en fin d’article.
Commentaires
Cette page indique que Tesla pourrait atteindre des valeurs autour de 61 gCO2 / kWh pour la fabrication des batteries, l'étude Carbone 4 considère 80 en 2030.
https://www.carbonbrief.org/factcheck-how-electric-vehicles-help-to-tackle-climate-change
Ceci sans considérer l'effet de possibles percées technologiques (évidemment non prévisibles dans un tel contexte), tel que le sodium ion (en préindustrialisation, n'utilise ni cobalt, ni lithium), le potassium-ion, ou metal-air, qui demanderait nettement moins de matériaux à capacité égales.
De plus on reste sur l'habituel 150 000 km de cycle de vie, alors que LG et un constructeur Chinois ont annoncé plus de 1 million de miles de durée de vie sur les batteries à court terme (et des possesseurs de Tesla ont déjà des chiffres élevés avec les batteries actuelles). Plus on raccourcit la distance, plus on favorise les véhicules thermiques, plus on l'allonge et plus les émissions initiales de la batterie sont rentabilisées (moins d'émission au km).
On pourrait envisager qu'un conducteur achète une batterie quand il est jeune et la repasse de véhicule en véhicule quand ceux ci-vieillissent. Mais il est vrai que cela suppose aussi une bonne tenue dans le temps de la batterie, pas seulement en kilométrage.
Concernant les particules émises par les pneus, dépendant donc essentiellement de la masse,
poids moyen d'un véhicule en France : 1240 kg
Poids de la Twingo ZE : 1111 kg
Poids de la Dacia Spring : 921 kg
A noter que la batterie de la Twingo ZE a pratiquement la même capacité que celle de la Zoe originelle de 2013, mais pèse 165 kg au lieu des 290 d'origine. En huit ans entre les deux mises sur le marché, on a perdu 43% du poids de la batterie. Et si je compare la Dacia avec les 1450 kg de la Zoe, 36% de poids en moins sur l'ensemble du véhicule, avec une batterie de capacité plus élevée.
Ajoutant à cela qu'il y a très peu de particules émises par les freins puisque c'est essentiellement le moteur qui assure la fonction, et que la troisième source, à savoir la combustion du moteur, disparait complètement, le score est forcément meilleur, d'autant que les émissions de ces deux sources, bien que moins volumineuses, sont de nature plus dangereuse.
On ne peut poser des conclusions définitives sur le véhicule électrique en se basant sur l'état de l'art actuel, l'exemple de la batterie montre qu'il évolue très vite, ce qui justifie d'ailleurs de prendre des véhicules récents comme exemple. Bien entendu, si on se lance dans mes mêmes erreurs qu'en thermique (course à la puissance, au couple, à la taille et au surpoids, abandon de toute notion d'aérodynamisme), on aura les mêmes mauvais résultats.
Le problème du GNV et du Bio GNV capable de le remplacer, c'est l'existence de stations :
j'ai habité Lille, les déchets étaient transformés en bio gaz vendu à GDF, et aucune station GNV, il fallait aller en Belgique pour en trouver.
J'habite maintenant Dinan, en 2015 j'ai lu un article sur l'arrivée d'une station publique GNV, avec bio GNV en 2019/2020. Nous sommes en 2020, la station devrait être mise en place au premier trimestre 2021 ... soit 5 ans après la date annoncée !
Mais je conserve ma Twingo GNV, pour le jour au j'aurais le temps de méthaniser des déchets et alimenter mon véhicule :)
Personnellement je trouve que le biogaz est une bonne solution, en particulier parce qu'il est possible de facilement l'adapter à l'existant, et en particulier aux véhicules n'existant pas en VE (véhicules spécifiques, professionnels, camions ...)
il est possible de produire le carburant de manière locale : chaque habitant produit des déchets, donc chaque agglo pourrait avoir son unité de production de biogaz, idem avec la gestion des eaux usées, des effluants agricoles permettant de produire du biogaz.
Et ça permettrait d'attendre l'électrification complète du parc automobile en ayant déjà une baisse importante de la consommation d'énergie fossile et de fortement diminuer les importations de pétrole, ce qui ne peut qu'améliorer note balance commerciale.
Ce genre d'étude est intéressante mais elle ne présente qu'une partie du sujet sur l'impact des différentes solutions sur l'environnement.
L'OCDE vient de publier un rapport sur les émissions de particules:
http://www.oecd.org/fr/environnement/des-mesures-doivent-etre-prises-pour-reduire-les-emissions-de-particules-dues-a-l-usure-des-pieces-automobiles-et-des-revetements-de-chaussee.htm
Les véhicules électriques qui se positionnent bien en CO2 (plus ou mois selon la source de production) ne sont pas nécessairement les plus vertueuses sur les particules.
"On estime que les véhicules électriques légers d’une autonomie d’environ 100 milles (161 km) rejettent entre 11 et 13 % de PM2.5 de moins que les véhicules thermiques de même catégorie. En revanche, les véhicules électriques plus lourds, équipés de batteries leur permettant de rouler 300 milles (483 km) sans rechargement, affichent des émissions de PM2.5 de 3 à 8 % plus élevées que les véhicules classiques d’après les estimations."
Quand on prend tout en compte il n'y a pas de solution miracle répondant à tous les besoins.Et les lois de la physique sont les mêmes quelque soit l'énergie utilisée: plus un véhicule est lourd, plus il consommera d’énergie pour rouler et devra dissiper de l'énergie pour s’arrêter (et la récupération d'énergie n'est pas réservée qu'à l'électrique).
"d'après les estimations", moi j'aimerais bien des mesures réelles non-contructeur, qui amèneraient des VE à emmettre plus de particules au total, uniquement grâce à leur pneus, alors qu'en plus celles-ci n'emmetent pas / peu de PF de frein, ne rejettent absolument rien dans les bouchons, ne voient pas leur perf environnementales dégradées avec le temps etc...
Ayant possédé une Zoé et maintenant un NIRO je ne constate aucune différence de bouffage de pneus vis à vis de mes anciens véhicules, j'ai pu refourguer ma LLD avec les pneus d'origine d'ailleurs.
J'aimerais des études, fiables, avec des datas, pas des estimations.
Maintenant admettons 3% de plus, 1) ça reste à la marge 2) on a ni NOX, ni imbrûlés, ni aromatiques, ni particules métalliques.
pas de quoi faire pencher la balance même en admettant que les estimations soient fiables.
@a031511
Bonjour,
Le rapport en question statue sur les émissions «hors échappement».
Traduction du début du préambule de ce rapport :
«Les émissions de particules non d'échappement provenant du trafic routier sont constituées de particules en suspension (PM) générées par l'usure des freins, des embrayages, des pneus et des revêtements routiers, ainsi que par la suspension de la poussière de la route.»
Les conditions du rapport sont donc fixées clairement.
Et là, le VE a déjà marqué un point.
Dire simplement :
«On estime que les véhicules électriques légers d’une autonomie d’environ 100 milles (161 km) rejettent entre 11 et 13 % de PM2.5 de moins que les véhicules thermiques de même catégorie. En revanche, les véhicules électriques plus lourds, équipés de batteries leur permettant de rouler 300 milles (483 km) sans rechargement, affichent des émissions de PM2.5 de 3 à 8 % plus élevées que les véhicules classiques d’après les estimations.»
... sans préciser ces conditions du rapport laisse sous-entendre que le VE est globalement moins vertueux que le VT (en terme de particules).
Mais le VE n'a pas d'échappement et n'émet donc pas de particules d'échappement. Le VT, si.
Dans la partie synthèse le rapport dit précisément ceci :
«On estime que les véhicules électriques émettent de 5 à 19% en moins de PM10 de sources autres que les gaz d'échappement par kilomètre que les véhicules à moteur à combustion interne (ICEV) dans toutes les catégories de véhicules. Cependant, les VE n'émettent pas nécessairement moins de PM2,5 que les ICEV. Bien que les VE légers émettent environ 11 à 13% de PM2,5 en moins que les équivalents ICEV, les VE plus lourds émettent environ 3 à 8% de PM2,5 en plus que les ICEV.»
«... PM10 de source autre que les gaz d'échappement...». Il ne faut pas l'occulter.
Juste un petit reproche à ce rapport : dire que «les VE plus lourds émettent environ 3 à 8% de PM2,5 en plus que les ICEV.», c'est un peu sommaire.
J'aurais aimé que le rapport précise les poids respectifs des VE et ICEV dont ils ont comparé les émissions. On serait peut-être surpris... en bien pour les VE (?), d'autant que avec 3 à 8% d'écart on commence à être «à la marge».
Cordialement.
du coups ça embrouille tout, la conclusion finale est elle
- le VE "lourds" emmettent plus de PM 2.5 "toutes sources confondues" qu'un VT de même catégorie "toutes sources de PF confondues aussi ( ce qui impliquerait que les pneus seuls annulent la totalité du gain du VE, ce dont je doute)
OU
- le VE "lourds" emmetent 3 à 8% de plus de PF 2.5 de pneu que les thermiques équivalente (ce qui n'est pas forcément pénalisant pour l'addition totale)
je n'arrive pas à distinguer l'ambiguité.
En définitive le biogaz se heurte au même problème que les biocarburants : le gisement disponible. Tout comme pour le bioéthanol ou le biodiesel les surfaces agricoles ne permettront jamais de pouvoir alimenter tout le parc automobile, loin de là.
De plus il reste quand même des émissions à l'échappement notamment des NOx. De plus la production de biogaz par méthanisation n'est pas exempte non plus de pollution, CO2, souffre et hydrogène sulfuré (hautement toxique) notamment. Sans compter le risque d'explosion. Et pour les réservoirs des véhicules c'est le même combat que pour l'hydrogène. Leur forme est difficile à intégrer dans le châssis compact d'une citadine par exemple.
Donc cela restera une solution marginale et plutôt pour les poids-lourds, enfin une partie, 24% dans le meilleur des cas, au prix d'une concurrence avec l'agro-alimentaire et une utilisation massive de l'électricité (Power-to-Gaz dont le rendement énergétique est très faible).
Et pour finir l'étude se montre assez pessimiste sur les perspectives d'évolution des batteries et de l'efficience des VEB, partant du principe qu'elles ne vont peu ou pas s'améliorer d'ici 2030 ou même 2050. Or il existe des raisons de penser que celles-ci vont beaucoup progresser dans les années qui viennent. Par exemple la société Française Nawa conçoit déjà des super-condensateurs capables de récupérer 80% de l'énergie de freinage contre à peine 30% avec les technologies actuelles. De plus avec l'amélioration des procédés la fabrication des batteries sera de moins en moins énergivore et polluante. Avec le procédé des électrodes en nanotubes de carbone comme celui mis au point par Nawa il sera bientôt envisageable d'avoir des densités énergétiques de l'ordre de 500 Wh/kg et des temps de charge de seulement quelques minutes tout en éliminant le cobalt et autres métaux précieux des électrodes. Les VEB sont sans doute les véhicules qui ont le plus de marge de progression et le plus de potentiel de réduction des GES et de la pollution globale, et du coup le plus d'avenir.