La voiture électrique est-elle écologique ? Le point sur son bilan carbone, son coût et ses perspectives.

La voiture électrique présente une image très verte dans les médias, mais son intérêt écologique apparaît de plus en plus discutable face à l'analyse des énergéticiens.

Deux publications parues en juin 2011, un rapport du Centre d'Analyse Stratégique (CAS) mandaté par le cabinet du premier ministre français et un rapport britannique du Low Carbon Vehicle Partnership nuancent très fortement l'intérêt économique et écologique des véhicules électriques.

Grâce à la technologie émergente des smart grids, la voiture pourrait-elle devenir un prolongement énergétique de l'habitat voir chauffer l'eau de votre douche ? Maison.com fait le point.

La Voiture électrique face à son bilan carbone et son coût économique et écologique

Véhicules électriques et gaz à effet de serre

Les voitures électriques n’émettent pas de CO2 au moment de leur utilisation, ce qui leur a donné une image de véhicule écologique, décarbonée ou “zéro émission”.

Or, si la fabrication d'une automobile moyenne à moteur thermique génère de l’ordre de 5,6 tonnes de CO2 (dont les ¾ pour l’acier), celle d’une voiture électrique a un coût CO2 de l’ordre de 12,6 tonnes dès lors que l’on doit prendre en compte la fabrication des batteries et leur remplacement périodique. Si l’on considère qu’une voiture électrique peut parcourir une distance de 300.000 km en moyenne, le bilan carbone, sans tenir compte de l’électricité à produire pour recharger les batteries, est déjà de l’ordre de 40 g CO2/km

De plus, le mix énergétique nécessaire à la production de l'électricité pour les déplacements en voiture électrique, induit un bilan carbone loin d'être neutre, notamment durant les périodes de pic de consommation. Selon l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie, « du puits à la roue » (prenant ainsi en compte les émissions de gaz à effet de serre liées à la fabrication et au fonctionnement), le bilan carbone serait de 126 g CO2/km pour le véhicule électrique alors qu’en moyenne, les véhicules thermiques vendus en 2010 en France génèrent 130 g CO2/km. Mêmes conclusions pour l’étude britannique commandée par le Low Carbon Vehicle Partnership et également publiée en juin 2011 qui conclut qu’une voiture électrique de taille moyenne produira sur sa durée de vie 23.1 tonnes de CO2 contre 24 tonnes pour une voiture conventionnelle à moteur à explosion.

Pire, en rechargeant son véhicule durant les heures de pointe du matin et du soir ou bien dans les pays où l’électricité est fortement carbonée, une voiture électrique typique qui consommerait 300 Wh au km génèrerait entre 160 et 250 g de CO2 au km. Dans de telles conditions, une telle voiture électrique n’a rien à envier aux 4x4, SUV et autres voitures sportives.

Renault avait choisi « zéro émission » comme slogan pour ses véhicules électriques, mais le Royaume-Uni lui en a interdit l'usage dans sa publicité, pour cause de « notion abusive ».

Le coût réel du véhicule pour l’usager

Au niveau de l’usager, la consommation d’une voiture électrique étant de l’ordre de 200 Wh au km (300 selon l’association Agir pour l’Environnement qui prend en compte les accessoires) reviendrait, donc au prix actuel de l’électricité, à 2,6 à 4 centimes d'€ / km. Mais à ce faible coût, il faut ajouter la location de batterie (car le prix de remplacement des batteries serait prohibitif), dont le prix généralement constaté est de 100€/mois.
Si l’on exclue les véhicules hybrides rechargeables, un véhicule électrique du fait de sa faible autonomie, sera probablement le second véhicule d’une famille, et donc à faible kilométrage annuel. Ainsi le coût de la location des batteries ramené au km parcouru sera de l’ordre de 0,12 à 0,15 €.

Mais si les véhicules électriques devaient se généraliser, les coûts d’investissement dans la production électrique se répercuteraient fatalement sur le prix de l’électricité et l’électricité française étant l’une des moins chères d’Europe, le potentiel de hausse est énorme !

Le coût au kilométrage d’un tel véhicule électrique serait donc de l’ordre de 0.17 €/km (voire 0.2€/km en considérant un alignement du prix français de l’électricité sur ses voisins), soit plus de deux fois plus cher qu’une petite voiture économe essence ou diesel.

Le coût du véhicule pour la communauté

Quelle capacité additionnelle de production électrique faudrait-il fournir pour alimenter le parc actuel voitures si elles devaient toutes devenir électriques ?

Dans son blog, l’énergéticien Jean-Marc Jancovici a effectué le calcul et en conclut qu’il faudrait annuellement de l'ordre de 200 TWh électriques pour électrifier les véhicules routiers actuels à performances identiques. Cela revient à augmenter de 50% la production actuelle d’électricité en France par exemple avec la construction de :

  • 18 nouveaux réacteurs nucléaires EPR (pour un coût d'investissement de l’ordre de 600 à 100 milliards d'euros selon les sources) … mais à l’ère d’après Fukushima, qui voudra de ces réacteurs dans son arrière cour ?
  • ou bien 50000 éoliennes de 2 MW, soit au moins une éolienne pour chaque ville et village de France pour un coût d’environ 130 milliards d'euros
  • ou encore 200 GWc, soit une surface de 133000 ha de panneaux solaires photovoltaïques.

A 150 Wc le m², cela revient à réserver près de 4 hectares de surface de terre pour chaque ville et village de France.

Le coût serait d'environ 1000 milliards d'euros, en supposant que la capacité de stockage de l’énergie puisse être intégralement assurée par les batteries des véhicules connectés au réseau.
 

Les risques

Les risques liés aux batteries sont réels. Quand il s’agit d’un smartphone ou d’un ordinateur portable qui brûle, les conséquences sont maîtrisées, mais qu’en est-il des batteries d’une voiture ?

En prenant connaissance de deux études, l’une de l’Utac (Union technique de l’automobile, du motocycle et du cycle), l’autre de l’Ineris (Institut national de l’environnement industriel et des risques), révélant les dangers que certaines batteries de véhicules électriques peuvent présenter, notamment en cas d’incendie, le conseil général des Hauts de Seine a suspendu l’achat de voitures électriques début juillet 2011.

Les espoirs

Les batteries réservoir public

Le premier espoir vient justement de la capacité d’utiliser les batteries des véhicules comme réservoir d’énergie en prenant l’hypothèse que le véhicule soit branché sur le secteur dès qu’il ne roule pas. De la sorte, un véhicule électrique aurait un intérêt « citoyen » car il serait à même de participer à la fourniture d’électricité lors des pics de consommation, limitant ainsi le recours aux centrales thermiques fortement émettrices de CO2.

Le « smart grid » ou réseau intelligent consiste en effet à utiliser les technologies numériques de manière à réguler à la fois la production et la consommation d'électricité de façon à limiter les pertes et à utiliser en priorité les moyens décarbonés de production.

Le terme est devenu très à la mode depuis le discours de Barack Obama en 2009. http://green.blogs.nytimes.com/2009/01/08/obama-speech-pushes-clean-energy/

Dans le concept de smart grid, les flux d’énergie sont bidirectionnels et à l’instar de la production photovoltaïque par les usagers, les voitures connectées au réseau pourront donc fournir leur énergie stockée au réseau si besoin est.

Mais fournir leur énergie veut dire « décharger leurs batteries ». Or les pics de consommation se situent surtout le matin, avant les déplacements "domicile-travail" et le soir après les "déplacements domicile-travail".

Vu la faible autonomie des véhicules électriques, ils sont justement destinés comme seconds véhicules pour parcourir en priorité les trajets "domicile-travail".

Or ces pics de consommation interviennent aux plus mauvais moments : avant le trajet du matin au moment où la batterie doit être suffisamment chargée pour parcourir le trajet et le soir où la batterie sera relativement déchargée.

Ces pics de consommation sont d’autant plus importants par temps froid lorsque les capacités des batteries sont les plus faibles à cause de la température extérieure.

L’espoir de la connexion au « smart grid » des véhicules électriques est donc fortement à nuancer.

La taille de guêpe

Autre espoir, celui de profiter du passage au véhicule électrique pour fortement rapetisser et alléger les voitures.

Effet, d’après le site d’information www.hkw-aero.fr qui présente des excellentes présentations de synthèse sur l’énergie et les transports, la masse des véhicules est responsable d’environ 70% de la consommation d’énergie sur cycle mixte ville route.

Et malgré la progression des moteurs depuis les années 90, la consommation des voitures n’a pas baissé car nos véhicules ont pris une spirale divergente : plus d’accessoires, plus de poids, donc plus de puissance nécessaire qui engendre des pièces mécaniques plus solides donc plus lourdes, donc encore plus de poids qui nécessite encore plus de puissance …

Dans les présentations « les voitures du futur », le professeur Michel Kieffer explique de l’ordre de 2 à 3 litres au cent avec les techniques actuelles des moteurs à combustion interne. Et si ce site donne des résultats relativement corrects pour la voiture électrique, c’est qu’il n’avait pas pris en compte les données d’énergie grise pour les batteries.

La voiture chaudière …

lorsque la voiture se connecte à la maison.

Si l’on considère que les deux tiers aux trois quarts de l’énergie du moteur thermique partent en chaleur, pourquoi ne pas imaginer faire de la cogénération lors du rechargement de son véhicule mixte (moteur à combustion et électrique) ?

Il suffirait de faire tourner le moteur thermique de la voiture dans son garage afin de recharger la batterie et en même temps de détourner les gaz d’échappement pour en récupérer la chaleur.

Imaginons un véhicule parcourant 20 km par jour et consommant 1 litre de carburant pour ce faire. Si l’on arrivait à récupérer toute la chaleur générée, cela suffirait à produire l’eau chaude sanitaire d’une famille de quatre personnes.

Mais cette hypothèse ne va pas dans le sens de l’allégement des véhicules et de l’arrivée sur le marché des chauffe-eaux performants avec la RT2012 qui rend cette hypothèse de moins en moins attrayante, d’autant que cela nécessite un équipement externe au véhicule qui devra être lui-même entretenu.

La voiture électrique sans batterie

La batterie d’une voiture électrique représente les deux tiers du coût d’utilisation au km et une part significative de son bilan carbone.

En stockant l’énergie sous une autre forme que l’électricité, on pourrait s’affranchir des contraintes des métaux rares, du poids, du prix et du recyclage des batteries.

Le moyen le plus simple avec le moins de pièces en mouvement est l’air comprimé.

Un réservoir de 300 litres d’air porté à une pression de 300 bars embarque une énergie de 13 kWh. Avec un rendement moteur de 40 %, on obtient 5,2 kWh utiles, soit un demi litre d’essence.

Mais là où le bât blesse, c’est que la compression de l’air a également un faible rendement (environ 50 % pour un compresseur multi-étages).

Par conséquent, avec des véhicules légers et une électricité 100% renouvelable, les véhicules à air comprimé pourront présenter un certain intérêt à moyen terme, mais dans l’état actuel de la production d’électricité, le bilan global « centrale électrique + air comprimé » est bien plus défavorable que celui d’un moteur à combustion interne.

Conclusion

Toutes les études sérieuses convergent vers la même conclusion : l’amélioration du rendement des voitures en utilisant les techniques des voitures hybrides ou électriques, sont des pistes à ne pas négliger mais elles restent chères et de second ordre par rapport à l’allègement et à l’aérodynamique (pour les routières).

La recherche d’autres énergies de propulsion doit impérativement être précédée, pour cause de rareté, d’une réduction drastique des besoins en énergie.

Autrement dit, ces études retrouvent l’intérêt de la bonne vieille démarche Négawatt.

Si les hypothèses de Michel Kieffer de consommation de l’ordre de 2 à 3 litres au cent sont exactes avec des véhicules de 500kgs et 20 à 30CV, l’intérêt de la voiture électrique pourrait se voir repoussé aux calendes grecques.

Mais indépendamment des monospaces, SUV ( ?) et autres buffets normands que nous proposent les constructeurs, sommes-nous consommateurs prêts à abandonner le « toujours plus de puissance » tout en prenant du recul face aux discours lénifiants de l’éco-marketing dès lors que le prix des carburants demeure acceptable ?

L’une des recommandations du C.A.S. est de mettre en place « des contraintes de circulation favorables à la motricité électrique », car « de telles mesures pourraient bénéficier au transport collectif, ainsi qu’à une nouvelle sorte de motricité électrique. Ainsi la Chine, en interdisant les deux-roues à moteur thermique qui polluaient les centres urbains, a favorisé l’éclosion des deux-roues électriques qui sont actuellement près de 150 millions dans ce pays. »

Avec une consommation 20 fois inférieure à celle d’une voiture et un coût d’entretien réduit (même si le coût de remplacement périodique des batteries est deux fois plus élevé que celui de l’électricité consommée), le vélo à assistance électrique est indubitablement le véhicule électrique amené à se développer le plus dans un proche avenir.

Pour en savoir plus

« La voiture sans pétrole » paru en 2006, François Roby, collection Bulles de science

Contenu CO2 du KWh (ecoco2.com)

A quoi ressemble le marché du véhicule électrique (gnesg.com)

Importance of measuring whole life carbon emissions (lowcvp.org.uk)

Electric cars may not be so green after all (theaustralian.com.au)

La voiture electrique un pari qui risque de couter cher (lecercle.lesechos.fr)

Smarts grids (Wikipédia)

Voiture et Smart Grids (smartgrids-cre.fr)

Integrer les vehicules electriques et les ENR dans l'intelligence du réseau électrique (econov.eu)

Comment rémunérer un véhicule électrique/hybride connecté au réseau (transportsdufutur.typepad.fr)

Contenu CO2 de l'électricité (Wikipédia)

La voiture de demain, Carburants et électricité (strategie.gouv.fr)

Cogénération (propulsion-alternative.wikibis.com)

Les prix de l'électricité en Europe (lupus1.wordpress.com)

http://www.hkw-aero.fr/energies.html

Guy Nègre et la voiture à air comprimé (Wikipédia)

La voiture électrique, une fausse bonne solution (Luc Floissac, Le Monde)

Article publié le 1 août 2011

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  • En sous entendant une entraide pour l'énergie et pas des guerres pour l'énergie...
    Nous avons sur Terre, 15 100 000 kilomètres carrés de désert chaud, plus des petits déserts chaud de moins de 50 000 km2
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_principaux_déserts_par_superficie
    Ces grands et petits déserts reçoivent toutes variantes confondues d'environ 1093,6 x 8 x 3600 x 15,1 x106 x 106 x 365 = 17,3 x 1022 Joules par an
    (soit environ 500 fois le besoin énergétique annuel de l'homme )

    Certes, pour capter cette énergie abondante, il y a des rendements bien inférieur à un, il y a des pertes de transport entre les déserts tropicaux et les villes nordiques...
    Si l'on équipait 15% des déserts avec 75% de perte de conversion, puis à nouveau 75% de perte dans le transport, puis un rendement d'utilisation de 25%... l'énergie solaire thermique seule, pourrait être suffisante pour nos besoins actuels, sans géothermie, sans éolien, sans hydrolienne, sans hydraulique, sans usine marée motrice, énergies douces qui pourraient compléter les besoins, sans CO2. (et bien sûr sans pétrole, ni charbon, ni gaz, ni nucléaire)

    Certes, il faut s'assurer, par exemple, qu'un générateur à vapeur solaire ne coûte pas plus d'énergie à fabriquer, à transporter, à entretenir que l'énergie qu'il va effectivement donner pendant sa durée de vie... une étude et une vérification citoyenne sérieuse doit s'appliquer à tous les systèmes proposés. Il ne faut pas confondre rentabilité économique et rentabilité énergétique. Rien à faire que cela créer des emplois s'il n'y a pas auparavant une rentabilité énergétique certaine !

    (Il y a du pétrole qui peut coûter énergétiquement 1,3 litres de pétrole pour extraire un litre de ce pétrole profond... ce n'est pas rentable énergétiquement... mais si l'on attribue des subventions en amont comme en aval avec de l'argent public, ce pétrole peut devenir économiquement très rentable(!) pour celui qui l'extrait comme pour celui qui le vend... mais l'opération sera déficitaire énergétiquement... )

    Comme la filière du charbon, du gaz ou du pétrole, l'aménagement de telles installations solaires ne peut pas se faire instantanément, et utiliserait les énergies polluantes mourantes.
    Michel Dindorf
  • Oups ! Je précise que je parlais de l'énergie solaire thermique !
    MD
  • Bonjour

    Concernant le rendement de la compression de l'air, pourquoi ne pas envisager une station de remplissage individuelle qui permettrait de produire de l'air comprimé ( 50%) et de la chaleur pour la production d'ECS (50%) ?
    L'énergie consommée serait convertie en totalité. Si le rendement du véhicule se limite à 40%, on a globalement 30% de perte ( 60% de 50%). Qui dit mieux ? Surtout si l'électricité est d'origine renouvelable.
    Si en plus on utilise une pompe à chaleur, on peut refroidir l'air et on facilite sa compression.
  • Effectivement, quand on a une unité de compression dans son garage on peut récupérer la chaleur de la compression pour le chauffage de la maison et de l'eau, et on peut utiliser le froid de la décompression en roulant dans sa voiture à air comprimé, comme clim gratuite. Ainsi il y a très peu de pertes. En plus, à l'EPFL de Lausanne, Sylvain Lemofouet a développé un compresseur à pistons liquides qui atteint une efficacité de bien plus que 50 %. Sa startup Enairys installe un premier appareil sur le site photovoltaïque de Mont-Soleil. Je dispose de photovoltaïque sur mon toit et d'un garage, et je suis impatient de pouvoir me déplacer en Airpod à l'air comprimé par le soleil. Voyez mon site www.aircars.tk pour ceux qi veulent se tenir au courant des dernières nouvelles au niveau des voitures à air comprimé. Merci
  • Des chiffres bizarres :

    Il est tout à fait exact qu'il serait très difficile de fournir toute l'électricité nécessaire si tout le monde roulait à l'électricité, que les batteries posent de sérieux problèmes; et que dans la plupart des pays où l'électricité est produite avec du gaz, du charbon, ou du fuel il vaut mieux mettre directement le fuel ou le gaz dans le véhicule (voire transformer le charbon solide en liquide).
    En France et dans d'autres pays où l'on émet peu de CO2 en produisant l'électricité (nucléaire, hydraulique, éolien) , la situation est différente. Et certains chiffres sont erronés dans l'article :

    - le contenu en CO2 du kwh électrique français est en moyenne de 80g, il varie de 40g à 200g environ selon les heures. Une voiture qui consomme 300Wh par km (estimation un peu élevée) émettrait donc en moyenne 0.3*80=24g de CO2/km, ou en pointe 0.3*200=60g de CO2/km, on est loin des véhicules à essence qui peinent à descendre en dessous de 100g.
    Dans l'article, le 126g CO2/km contient la fabrication du véhicule électrique alors que le 130g CO2/km du véhicule à essence n'en tient pas compte….

    - Sur le coût de l'électricité, cet article est complètement faux: le kwh électrique coûte, en France, 0.11€ en heures pleines. Un véhicule qui consomme 300Wh/km, soit 0.3kwh/km, revient donc à 0.3*0.11 = 0.033€/km, soit 3.3€ au 100km (moitié moins s'il est chargé en heures creuses) ; à comparer à un véhicule essence/diesel qui consomme au moins 5l/100 à 1.3€ , soit un minimum de 6.5€ au 100km.

    Bref, le véhicule électrique n'a rien de miraculeux mais, associé à des éoliennes, du nucléaire, de la géothermie profonde, des centrales solaires dans le désert… , il sera quand même bien utile quand le pétrole va manquer et que son prix va exploser, c'est à dire dans moins de 10 ans;

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