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Les choix énergétiques dans le transport passés au crible

 

Le document Etude économique, énergétique et environnementale pour le transport routier français, publiée conjointement par l'ADEME et l'IFP-Energies Nouvelles, fait le point des choix énergétiques disponibles en 2018. Un document plein de bon sens, qui suscite de nombreuses interrogations, notamment vis-à-vis de la pertinence de certains choix faits par le législateur français.

 

L'IFP-Energies Nouvelles et l'ADEME ont donc publié en avril 2018 le rapport du Projet E4T. Ce dernier s'intéresse à l'ensemble de l'industrie automobile, et laisse une large part aux voitures particulières. Mais les véhicules industriels et utilitaires y ont leur place.

 

Présentée fin janvier 2019 à Paris devant médias spécialisés, industriels et collectivités, l'étude se présente comme une synthèse de l'état de l'art en matière d'énergies dans les transports, avec une mise en perspective d'ici 2030. Il est d’ores-et-déjà appelée à être renouvelée, et à intégrer d'autres énergies (GNV) et critères d'évaluation (comme l'impact environnemental global « du berceau au tombeau » et les effets sur l'emploi en France de la transition énergétique) l'édition 2018 est riche d'enseignements. Quels sont-ils ?

 

 

En premier lieu : « la rentabilité économique de ces solutions [électriques] reste limitée actuellement (ou le devient grâce aux aides à l’achat(1)) mais devrait le devenir d’ici 2030 avec la réduction annoncée du coût des batteries. Enfin, la tendance actuelle à l’accroissement de la taille de batteries pour augmenter l’autonomie sur les véhicules électriques, est préjudiciable pour l’impact GES de la filière électrique. Ce point devra faire l’objet d’une attention particulière à l’avenir ».

 

Ceci explique l'intérêt de constructeurs (Safra, Solaris Bus et Van Hool) pour la pile à combustible ou, plus simplement, en faveur de l'électrique In-Motion-Charging (défendu par Hess, Iveco Bus, Solaris Bus ou Van Hool).

 

Même si elle ne comprend pas l'ensemble des impacts sur la production de gaz à effet de serre (GES), l'étude s'intéresse aux coûts d'exploitation intégrant la production d'énergie et celle du véhicule(2).

 

D'ici à 2030, les auteurs attendent une amélioration du rendement du moteur Diesel de 6 à 10%. Le rendement thermique des moteurs de poids-lourds grands routiers dépasserait alors le seuil des 50% ! Pour les batteries, ils envisagent « une multiplication par deux des densités de puissance ou d'énergie des organes électriques (moteur électrique et batterie) ». Ce qui nous donnerait une densité des cellules passant de 150Wh/kg aujourd'hui à 300Wh/kg en 2030 (hors poids des systèmes de refroidissement et composants du BMS(3)).

 

Le prix des batteries Lithium-Ion passerait de 350/400$/kWh aujourd'hui à une fourchette comprise entre 110 et 175$/kWh en 2030 (hors prise en compte du prix des matières premières). Ils s'attendent également à une amélioration des facteurs de résistance au roulement des pneumatiques de l'ordre de -20% d'ici 2030, ce qui ne peut qu'influer très favorablement sur l'autonomie des véhicules électriques !

 

Là où l'étude paraît très optimiste c'est lorsqu'elle modélise le coût des batteries : l'échelle de temps paraît plus longue que les perspectives actuellement annoncées aux exploitants d'autobus : La durée de vie des véhicules a été fixée à 12 ans pour les autres segments, à raison 16 200 km/an pour les véhicules utilitaires, 31 000 km/an pour les poids lourds de livraison, 40 000 km/an pour les bus, et enfin 62 500 km/an pour les poids lourds « long routier ».

 

Sauf précision spécifique, on ne considèrera qu’une seule batterie par véhicule sur la durée de vie proposée. (...) Concernant le mix énergétique, il a été choisi « de se focaliser sur la France et son mix spécifique, très fortement décarbonné grâce notamment à l’utilisation d’énergie nucléaire ».

 

 

L'hybride pour les utilitaires et dérivés

 

En détail, pour les véhicules utilitaires, les solutions d'hybridation (hybride léger « Mild-Hybrid » sous 48V, ou hybride rechagreable PHEV) ont les faveurs des auteurs :

« Du fait des faibles performances aérodynamiques du véhicule utilitaire, la consommation d’énergie à la roue augmente très fortement lorsque la vitesse du véhicule croit. (…) La consommation électrique, très élevée en cycle autoroutier (plus de 60 kWh/100km), réduit l’autonomie du véhicule ou réduit la charge utile (d’environ 300 kg) par rapport à un véhicule conventionnel, deux points cruciaux pour les professionnels. Néanmoins, les progrès conséquents attendus sur les batteries et les systèmes électriques pourraient permettre de proposer des solutions intéressantes en 2030. Une solution PHEV semble, de ce point de vue, beaucoup plus pertinente. Une solution MHEV pourrait aussi être très pertinente pour réduire la consommation de ce type de véhicule en usage urbain (division par deux, par rapport à un véhicule conventionnel, sur certaines conditions embouteillées en 2030 avec un MHEV forte puissance) ».

 

En usage urbain, à raison de 16 200km annuels, le scénario retient l'électrique comme une alternative réaliste en 2030 (avec un coût estimé de 36,4 centimes d'euro/km, soit le plus bas du panel étudié à cet horizon temporel).

 

 

Et revoilà l'hybride pour les bus !

 

Surprise : l'étude E4T met également en avant l'hybridation pour les autobus ! Un paradoxe, sachant que cette solution est condamnée par la Loi de transition énergétique pour la croissance verte d'août 2015, en particulier en raison de la définition très restrictive qui est faite d'un autobus hybride (rélégué au rang de Diesel Euro VI, donc doté d'une vignette Crit'Air 2, et non reconnu comme véhicules à faibles émissions).

 

Pourtant l'ADEME et l'IFP-Energies Nouvelles sont élogieuses à propos de cette option technique jugée comme une transition pertinente pour les 10 ans à venir :

« Les deux architectures hybrides classiquement utilisées sur ce type de segment (parallèle et série) ont été analysées sur plusieurs cycles d’usage. Compte tenu des profils de sollicitation (nombreux arrêts et redémarrages), l’hybridation apporte des gains en consommation substantiels par rapport à une motorisation conventionnelle, de l’ordre de 40%. Les deux architectures hybrides, comparables à l’heure actuelle, se différencieront dans les années à venir grâce aux progrès sur les systèmes électriques qui donneront un avantage à l’architecture hybride série. Cette architecture hybride série est aussi une transition intéressante vers le tout électrique, qui semble être la solution privilégiée par les grandes agglomérations et les pouvoirs publics, quand celle-ci sera devenue économiquement viable. (…) pour un kilométrage annuel de l’ordre de 40 000 km sur une durée de possession de 12 ans 1 , le bus tout électrique n’est pas aujourd’hui une solution économiquement intéressante, d’autant plus si l’on considère l’infrastructure de recharge associée ».

 

 

Son TCO(4) est notamment pénalisé par le coût d’investissement (lié au coût actuel de la batterie) et le coût de maintenance du bus. Le bus tout électrique est d’autant plus onéreux si l’on considère une batterie permettant de réaliser l’ensemble de la journée sans recharge intermédiaire (cas du bus électrique à autonomie augmentée).

 

Le TCO des solutions hybrides est aujourd’hui plus intéressant que celui de la référence conventionnelle, avec une image écologique qui permet actuellement de déployer massivement ce type de solution.

 

En revanche, en 2030, le bus tout électrique devrait approcher voire dépasser les niveaux de rentabilité des solutions hybrides, d’autant plus si l’on arrive à limiter la taille de la batterie par l’utilisation de recharges intermédiaires.

 

Les auteurs estiment que le coût de la prise de charge (avec génie électrique, borne, etc) devrait baisser de 50% d'ici à 2030, mais l'hypothèse de valeur apparaît très sous-évaluée : le prix de la prise est aujourd'hui coté à 50 000€, soit bien de deçà d'exemple récents (tels la RATP). 

 

L'ADEME et l'IFP-Energie Nouvelle estiment les gains en autonomie (en pur batteries) de l'ordre de 30% pour 2030. L'usage urbain est, évidemment, reconnu comme le profil type d'utilisation favorable à la traction électrique. Avec toutefois un bémol qui conforte la conviction profonde des ingénieurs du monde entier : l'avenir sera au mix énergétique voire à un panachage de solutions au sein d'une même technologie et, en aucun cas, à une solution unique :

« Les solutions tout électriques sont des solutions pertinentes (…) pour réduire la pollution locale, d’autant plus si elles sont très utilisées (comme sur les bus) de façon à amortir l’impact de la fabrication de la batterie (sur les GES) par l’usage. La course à l’augmentation de l’autonomie est un point de vigilance, du point de vue des émissions de GES qu’elle engendre mais aussi du point de vue de la rentabilité de la solution, ce qui pourrait freiner à terme son déploiement. Pour le déplacement des personnes, les solutions les plus pertinentes pour réduire les GES restent les transports en commun équipés d’une motorisation électrique ou hybride. Les solutions de véhicules légers PHEV arrivent juste après et devancent les solutions individuelles tout électrique et les transports en commun à motorisation Diesel ».

 

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(1) Aides à l'achat qui ne concernent en France que les automobiles et en aucun cas autocars et autobus.

(2) Analyse suivant les standards ISO 10040, ISO 14044, via le logiciel ACV SimaPro avec base de données Ecoinvent v.3.1.

(3) BMS : Battery Management System système de pilotage et de supervision de la batterie.

(4)  TCO : Total Cost of Ownership ou coût total de possession.

 

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17/11/2019

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