Impact énergétique et climatique des véhicules électriques

Comparaison avec les véhicules thermiques, une étude « ouverte » de Xavier Marichal (SONTERRA sprl) et Jean Snoeck (XRGY Consulting)

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Résumé

Au sein des préoccupations environnementales actuelles, le transport routier fait l’objet d’une attention sans cesse croissante et des motorisations alternatives sont proposées pour en réduire les nuisances associées. C’est dans ce contexte que la voiture électrique est souvent présentée comme un véhicule « vert » préservant l’environnement. Il s’agit là d’une affirmation abusive qui néglige la demande en énergie primaire et les émissions « externalisées » vers les centrales électriques, ainsi que le surcoût énergétique inhérent à la mise en œuvre de matériaux plus légers que l’acier et à la fabrication des batteries.

La présente étude a pour objet de comparer l’impact tant énergétique que climatique (émissions de CO2) de différents types de véhicules en analysant leur cycle de vie complet, depuis leur fabrication jusqu’à leur fin de service en incluant leur usage (c’est-à-dire l’approvisionnement en carburant). La fin de vie des véhicules (démontage, recyclage…) a été volontairement omise par manque de données.

Cette approche a été appliquée à différents véhicules – diesel, essence ou électrique ---, selon le schéma ci-après:

  1. La demande en carburant, dite énergie-réservoir de chaque véhicule pour parcourir des kilomètres ;
  2. La manière dont cette énergie-réservoir est fournie, à partir d’énergie-puits (extraction pétrolière ou gazière, centrales électriques…) ;
  3. L’énergie grise, i.e. l’énergie de fabrication dudit véhicule incluant la production des matériaux constitutifs.

Figure 1 : Schéma de principe des besoins en énergie d'un véhicule thermique ou électrique
Figure 1 : Schéma de principe des besoins en énergie d'un véhicule thermique ou électrique

Il en résulte pour les vingt véhicules analysés (7 véhicules électriques, 8 roulant au diesel, 4 à l’essence, 1 au CNG) des courbes d’impact climatique très différentes selon la masse et la consommation de chaque véhicule, mais aussi selon :

  • le mix de production électrique utilisé pour recharger les véhicules électriques et sa nature plus ou moins carbonée et donc émettrice de gaz à effet de serre mesurés en CO2e ;
  • la durée de vie des batteries des véhicules électriques, selon qu’elles nécessitent ou pas un remplacement régulier, car chaque remplacement est associé à de forts impacts climatiques lors de la production de la nouvelle batterie.

La présente synthèse esquisse les résultats complets avec deux diagrammes présentant l’impact climatique des différents véhicules sur une période de 10 ans, parcourant au total 150 000 km (15 000 par an). Les traits pointillés représentent les différents véhicules électriques, tandis que les véhicules thermiques sont représentés en traits pleins. La Figure 2 présente le résultat pour un mix de production électrique peu carboné (83 g CO2e par kWh produit) tel qu’il pourrait être fourni par une forte proportion d’énergie renouvelables. Elle se base aussi sur l’hypothèse que la batterie des véhicules électriques est capable de fonctionner pendant 10 ans et 150 000 km.

Figure 2 : Impact climatique des différents véhicules sur 10 ans (15.000 km par an), selon un mix de production électrique peu carboné
Figure 2 : Impact climatique des différents véhicules sur 10 ans (15.000 km par an), selon un mix de production électrique peu carboné

On y constate que la plupart des véhicules électriques deviennent « meilleurs » (i.e. rejettent au total moins de CO2e) que les véhicules thermiques au bout de quelques années, lorsque leur impact plus élevé de fabrication (énergie grise) est progressivement « compensé » par leur plus faible impact d’usage (les kilomètres parcourus). Au plus le véhicule électrique est léger, au plus vite devient il « meilleur ». Ainsi, la Nissan Leaf (électrique) est, elle, moins impactante que la Toyota Yaris après 2 ans et demi et 37 500 km parcourus. La plus lourde Tesla Model S ne devient en revanche moins impactant que la Yaris qu’après 135 000 km (9 ans).

La Figure 3 modifie deux hypothèses de travail et considère le cas où :

  • le mix de production électrique est très carboné, typiquement constitué d’une forte proportion de centrales au charbon (649 g CO2e par kWh produit) ;
  • les batteries des véhicules électriques nécessitent d’être remplacées au bout de 5 ans / 75 000 km, entraînant un impact complémentaire d’énergie grise liée à la production de chaque nouvelle batterie.

On constate dans ce cas que, hormis la très légère et unipersonnelle Renault Twizy, aucun véhicule électrique ne fait « mieux » que les véhicules thermiques.

Figure 3 : Impact climatique des différents véhicules sur 10 ans (15.000 km par an) avec changement de batterie des véhicules électriques après 5 ans / 75 000 km, selon un mix de production électrique très carboné
Figure 3 : Impact climatique des différents véhicules sur 10 ans (15.000 km par an) avec changement de batterie des véhicules électriques après 5 ans / 75 000 km, selon un mix de production électrique très carboné

Alors, le véhicule électrique est-il meilleur que le véhicule thermique ? Non, pas dans l’absolu.

Oui, si plusieurs points de veille sont adressés, dont :

  • Un véhicule utilisé pour un grand nombre de kilomètres, et pas remplacé (trop) vite ;
  • Des batteries électriques garanties pour un grand nombre de kilomètres et/ou d’années ;
  • Une recharge des dites batteries à partir d’un mix de production électrique peu carboné ;
  • Et un véhicule le plus léger possible, adapté à la charge utile qu’il va réellement transporter.

Conclusions mises en exergue par l’analyse :

Si le véhicule électrique est une solution d’avenir, ne serait-ce qu’en raison de la fin prévue des combustibles fossiles, cela n’en fait pas un meilleur véhicule de facto. Ses avantages indéniables en termes de pollution sonore et de concentration des pollutions atmosphériques (dont les particules fines) à l’endroit de la production de l’électricité (ce qui permet de les traiter et de préserver la qualité de l’air dans les zones urbaines densément peuplées) font partie de leur attractivité. De même, dans le cadre d’une politique énergétique cohérente de développement des ressources renouvelables, le véhicule électrique pourrait également offrir une importante capacité de stockage distribuée. Mais nouveauté et innovation technologique ne suffisent pas à rendre le véhicule électrique meilleur dans l’absolu. Sa fabrication est notamment fortement consommatrice de ressources, métalliques en particulier. Et la présente étude visait à établir un bilan comparatif entre les véhicules électriques et thermiques d’un point de vue de leur impact climatique, c’est-à-dire leur contribution au changement climatique. En effet, cet argument est régulièrement cité comme le plus important pour inciter les citoyens et le monde politique à opter pour le véhicule électrique. Or, comme la présente analyse le démontre, le résultat à cet égard n’est pas si tranché que cela.

De tous les résultats présentés dans la présente étude, quatre facteurs d’influence ressortent très clairement et devraient, à défaut de contraintes légales, être rappelés à tout citoyen se posant la question du choix de son prochain véhicule :

  1. Qu’il soit thermique ou électrique, la masse du véhicule est un des facteurs influant le plus sur son impact énergétique et climatique. Quand il s’agit de transporter un individu de 80 kg, utiliser un véhicule de 900 kilos ou de 2,5 tonnes n’a évidemment pas le même impact. Ce facteur est d’autant plus critique dans le cas du véhicule électrique que sa masse est fortement influencée par la présence d’une batterie de grande capacité (nécessaire pour garantir une certaine autonomie).
  2. L’origine de l’électricité utilisée pour recharger le véhicule électrique joue un rôle critique. Le véhicule électrique sans plan de transition énergétique volontaire et maîtrisé ne résout absolument pas le problème climatique. Au contraire, il est même susceptible de l’aggraver.
  3. Dans un véhicule électrique, l’énergie grise nécessaire à la fabrication du véhicule est prépondérante dans l’impact climatique du véhicule. En particulier, la durée de vie de la batterie et la nécessité – ou pas – de la remplacer régulièrement a une influence cruciale. Or, les constructeurs sont avares de commentaires et d’études à ce sujet. Il s’agit pourtant là d’un véritable sujet de société, car il serait plus que dommageable que les batteries de véhicules électriques ne s’avèrent pas plus efficaces (en termes de nombre de recharges) que celles de nos smartphones. L’incertitude quant à la durée de vie des batteries et à la nécessité de leur renouvellement dégrade encore singulièrement le bilan des véhicules électriques.
  4. Finalement, la durée d’usage du véhicule joue un rôle critique dans le bilan complet, et est d’autant plus importante pour le véhicule électrique que celui-ci a une énergie grise (cf. point 3) plus importante. A l’heure où les moteurs monoblocs peuvent entrainer sans souci un véhicule sur plus de 500 000 km, il serait judicieux que des incitants existent pour que chacun conserve son véhicule le plus d’années possibles. En effet, là où l’impact climatique d’un de la fabrication d’un véhicule thermique est équivalent à environ 25 000 km parcourus par ce même véhicule, l’impact de la fabrication d’un véhicule électrique est équivalent à plus de 150 000 km parcourus (avec le mix de production belge 2017) ! Avant d’acheter, ou de changer, de véhicule électrique, il serait judicieux d’opérer un choix pour du long terme.

Pas convaincu·e ? Persuadé·e que l’analyse comporte des erreurs ?

Envie de comprendre la méthode et les hypothèses nous amenant à ces conclusions ?

Tout le détail est dans le document accessible publiquement ici, avec sa feuille de calcul, et toute critique constructive est la bienvenue sur energie-vehicule@sonterra.eu.

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