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La voiture électrique permet-elle d’économiser de l’énergie ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 29 décembre 2009

 

Comme le montre le mix-mondial de production électrique, faire rouler des véhicules à l’électricité est un bon moyen de réduire la consommation de pétrole. Mais est-ce un bon moyen pour réduire la consommation d’énergie ?

 

Cette question est-elle pertinente ?

Dans la mesure où l’on s’intéresse au sens large à la « mobilité durable » (avec de nombreux guillemets …) oui cette question n’est pas dénuée de sens. Derrière le pétrole, la majorité de la consommation énergétique mondiale reste fossile et c’est le charbon qui tire aujourd’hui la production à la hausse (en Chine principalement mais pas seulement, plus proche de nous citons la Pologne) …

Production mondiale de Charbon par zones géographique - Source : Agence Internationale de l’Energie, 2008

Bref une solution de véhicule prétendument écologique qui doublerait la consommation d’énergie primaire pour un même service rendu serait problématique … Cette question paraît donc pertinente.

Mais savons-nous y répondre pertinemment ? Cela est moins sûr ! Comme pour les émissions de CO2 liées au transport électrique, on trouve dans la littérature (et sur internet) de nombreux calculs de coin de table qui n’hésitent pas à faire des comparaisons de rendements avec des résultats à deux chiffres après la virgule … Force est de constater qu’une telle précision n’est pas très sérieuse.

Une évaluation au premier ordre du rendement global d’un véhicule électrique demande de poser un certain nombre d’hypothèses qui sont aujourd’hui mal maîtrisées : rendement du transport de l’électricité, rendement de charge / décharge de la batterie en condition réelle d’utilisation (temps d’immobilisation important, variation importante de température), rendement réel des machines électriques sous les contraintes d’encombrement, de coût et d’utilisation transitoire spécifiques à l’automobile …

Dans ces conditions bien malin est celui qui peut affirmer avec certitude que le véhicule électrique a un meilleur rendement (ou un plus mauvais) que le véhicule thermique avant de pouvoir le mesurer réellement sur un parc automobile existant. Le simple problème du rendement du transport de l’électricité n’est pas que technique mais dépend des conditions socio-économique dans lesquelles l’électricité est produite et commercialisée.

Ceci étant dit tentons tout de même une évaluation grossière … que nous tempèrerons rapidement.

 

Un calcul à la louche !

Repartons du véhicule type mondial. Ce véhicule type demande une énergie de 160 Wh à la roue pour effectuer 1 km et émet pour cela 225 grammes de CO2. Qu’en serait-il pour un véhicule électrique, toutes choses égales par ailleurs ?

En considérant des rendements moyens de 80% pour la batterie (avec l’électronique de puissance) et de 80% également pour la machine électrique (transmission comprise) nous avons un rendement du véhicule qui est autour de 64%. L’énergie électrique nécessaire pour fournir 160 Wh à la roue est donc d’environ 250 Wh. A comparer au 18% de rendement et au 900 Wh du véhicule thermique, le véhicule électrique montre ici une nette domination !

Oui mais voilà sur la chaine amont ça se gâte. Nous parlons ici en énergie finale or cette énergie doit être « produite » à partir d’une source primaire puis mise à disposition du consommateur final. Pour le pétrole ces étapes correspondent au raffinage du brut puis au transport sous forme liquide, le tout ayant un très bon rendement de l’ordre de 90%. Pour l’électricité c’est autre chose … elle doit être produite à partir de centrales dont les rendements sont plutôt de l’ordre de 30% (centrales thermiques et nucléaires). Le transport est également beaucoup plus compliqué que pour le pétrole et génère des pertes supplémentaires mais laissons cela de cotés pour l’instant.

Avec les hypothèses considérées, notre véhicule électrique nécessiterait 850 Wh (850 * 0,3 * 0,64 ~= 160) pour faire 1 kilomètre contre 1000 Wh (1000 * 0,9 * 0,18 ~= 160) pour le véhicule thermique.

Rendement énergétique « du puits à la roue » en ordre de grandeur - Illustration de l’auteur

L’avantage du pétrole réside dans sa qualité intrinsèque (ce n’est ni plus ni moins que du soleil en bouteille) qui le rend très peu coûteux énergétiquement à rendre disponible (raffinage, transport, etc.). C’est son utilisation dans les moteurs à combustion interne (via la thermodynamique) qui crée beaucoup de pertes. Pour l’électricité c’est tout l’inverse, c’est l’étape de fabrication qui génère le plus de pertes (toujours la thermodynamique !) alors que l’utilisation est aisée.

Une fois ces considérations faites, il paraît raisonnable de penser que les rendements énergétiques « du puits à la roue » des véhicules thermiques et électriques sont sensiblement identiques, toutes choses égales par ailleurs. L’électrification d’un parc automobile ne jouera donc qu’un rôle probablement très marginal sur l’évolution de la consommation énergétique primaire … la voiture électrique permet-elle au global d’économiser de l’énergie ? Probablement pas.

Venons-en maintenaint a une somme de détails qui ont leur importance dans cette discussion.

 

Après la louche, la petite cuillère …

Je tiens ici à faires quelques remarques pour prendre un peu de recul sur le simple calcul précédent. Tout d’abord il faut se méfier des raisonnements du type : « à masse et performance comparables » ou « toutes choses égales par ailleurs » et ne pas oublier qu’un véhicule électrique commence par embarquer 250 kg de batterie … donc par accroître le besoin énergétique de base du véhicule. On peut mégoter sur les « bonnes hypothèses » de rendements à considérer (pour la batterie, le chargeur, etc.) mais fondamentalement c’est une solution qui augmente physiquement le besoin énergétique …. Cela est d’autant plus vrai que la densité énergétique d’une batterie (donc sa capacité réelle) décroit en vieillissant (il suffit de voir comment se comporte les batteries des téléphones et ordinateurs portables).

Un autre type d’arguments dont il faut se méfier est celui qui consiste à dire que les véhicules électriques sont par nature plus petits (car adaptés à une utilisation urbaine) et entraineront donc le marché automobile vers des véhicules moins gourmands énergétiquement. Imposer par la loi des voitures thermiques plus petites et plus légères est le moyen le plus simple et le moins coûteux d’arriver au même résultat et il n’y a pas besoin de longs calculs pour cela …. Une chose est de discuter de la taille des véhicules, une autre est de discuter de leur système de traction.

L’un des arguments également utilisé en faveur du véhicule électrique est la récupération d’énergie au freinage. Aujourd’hui lors d’un freinage, l’énergie cinétique du véhicule est perdue, dissipée sous forme de chaleur dans les freins. Grace au moteur électrique cette énergie peut être utilisée pour recharger la batterie ce qui permet d’augmenter le rendement global du véhicule. Tout cela est vrai mais il faut bien réaliser que cela est également faisable sur un véhicule thermique ou hydride qui possède également un moteur électrique (dans sa version la plus simple on appelle cela un alternateur !). Cela existe d’ailleurs déjà sur bon nombre de véhicules. Cet argument n’est donc pas exclusif aux véhicules électriques.

Enfin il faut également admettre que le chauffage est aujourd’hui « gratuit » sur un véhicule thermique. On utilise pour le faire l’énergie « perdue » sous forme de chaleur du moteur thermique. Sur un véhicule électrique c’est un poste de consommation énergétique supplémentaire qui pénalise d’autant le rendement.

Bref sur cette question il est sage de rester humble, seul l’usage fera foi. Au delà de ces questions de rendement, le meilleur argument en faveur de l’électrification du parc automobile reste la dépendance énergétique au pétrole. L’électricité est déjà de fait un vecteur énergétique sans pétrole et qui en plus reste multi-adressage c'est-à-dire réalisable à partir de nombreuses sources primaires.