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La voiture électrique : un défi technologique et industriel

Le gouvernement en français en lançant son plan climat en juillet 2017, afin d’accélérer la lutte contre le réchauffement climatique, a fixé un objectif ambitieux : l’arrêt, en 2040, de la commercialisation des véhicules à moteur thermique.

Cet objectif ne peut être atteint que si des moyens techniques et financiers importants sont mobilisés. Il semble, selon les données disponibles pour 2018, que le marché de la voiture électrique décolle au niveau mondial mais ce « décollage » ne doit pas cacher une réalité complexe. Faisons le point.

Partons d’abord des constats que vient de faire l’AIE dans deux rapports récents. Le trafic routier est à l’origine de 24% des émissions mondiales de CO2, et en France il représente 28% des émissions de gaz à effet de serre et la diminution de ces émissions à l’échelle de la planète passe par un développement de la mobilité électrique accompagné par la « décarbonation » de la production électrique.

Le premier constat, encourageant, est le net ralentissement des émissions de CO2 par le secteur du transport : leur croissance n’a été « que » de 0,6% l’an dernier (au lieu de 1,6% par an ces dernières années.

Les émissions des véhicules routiers (automobiles, bus, camions) n’ont que faiblement augmenté (elles représentent les trois quarts des émissions totales du secteur des transports), tandis que celles de l’aviation et du transport maritime continuaient à croitre plus fortement.

L’AIE attribue ce tassement des émissions de CO2 par le transport routier à une électrification des automobiles, à une meilleure utilisation des biocarburants et à une baisse de 2,8% de l’intensité énergétique du secteur.

Une progression très nette des ventes de voitures électriques

Le marché a, en effet, décollé : 2 millions de voitures particulières électriques ont été vendues dans le monde en 2018 (une progression de 64%) avec un parc mondial de 5,1 millions de véhicules.

En France la progression a été plus faible (25% soit 45 000 unités dont 14 500 hybrides rechargeables). On observe que la Chine représentait environ 55% du marché mondial l’an dernier et qu’en Norvège les ventes de voitures électriques avoisinaient 46 % des ventes totales.

Les parcs mondiaux de voitures électriques se répartissent en trois blocs : la Chine avec 2,3 millions de véhicules, l’UE avec 1,2 million et les Etats-Unis avec 1,1 million. Les ventes de véhicules légers utilitaires ont décollé plus lentement (250 000 unités en 2018) et celles de camions restent marginales (1000 à 2000 véhicules).

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Ces ventes totales décollent certes mais elles ne représentent que 2,5% des ventes d’automobiles dans le monde, ce qui conduit l’AIE à actualiser ses scénarios énergétiques.

A l’horizon 2030 son scénario « Nouvelles politiques » qui tient compte des politiques énergétiques récentes (mais qui ne permet pas d’atteindre l’objectif de l’accord de Paris de limiter à 2°C le réchauffement climatique) visait un marché mondial de 23 millions de voitures en 2030, et il propose un scénario alternatif plus dynamique « EV 30 » dans lequel, en 2030, ce marché mondial représenterait le tiers des ventes totales soit 43 millions de véhicules (avec un parc de 250 millions).

Cet objectif requiert un effort technico-financier considérable.

Dans ce contexte, quelle est la situation de la France ?

Le « plan climat » du gouvernement a fixé, en juillet 2017, l’objectif ambitieux d’arrêter, en 2040, la commercialisation des véhicules thermiques.

L’Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques (OPECST) a publié un intéressant rapport sur cette question.

Ses conclusions sont basées sur 3 scénarios technologiques contrastés proposés par le CEA et  l’IFP Energies nouvelles pour les progrès des techniques, à l’horizon 2040, dans le domaine des batteries et des piles à combustible (avec une taxe carbone de 141 euros /tonne CO2).

Deux d’entre eux sont volontaristes : – le scénario « Pro-Batterie » part de l’hypothèse d’un progrès rapide des batteries au lithium, leur densité s’élevant à 300 Wh/ kg (150 Wh /kg en 2018), et leur coût chutant à 50 €/ kWh (230 €/kWh en 2018) – le scénario « Pro-hydrogène » suppose que ce sont les coûts des réservoirs de stockage d’hydrogène (sous haute pression) et les piles à combustible qui chutent le plus rapidement.

Les trois scénarios aboutissent à un même résultat : la disparition totale des véhicules thermiques non-hybrides en 2040, associée à une baisse très forte des émissions de CO2 (près d’un facteur cinq) et à une amélioration très nette de la qualité de l’air notamment dans les villes.

Sur ces bases, l’OPECST conclut que l’objectif d’éliminer totalement la motorisation purement thermique des véhicules particuliers peut être atteint en 2040 mais que cette transformation sera coûteuse, de l’ordre de 500 Mds € sur 20 ans, estime-t-il, elle suppose le maintien par l’Etat d’un bonus pour l’achat d’un véhicule (6000€ aujourd’hui), la construction d’un réseau de bornes de recharge électrique (publiques et privées, cf. photo Usine Nouvelle) et d’hydrogène (un coût entre 30,7 et 108 Mds €).

Il ne fait aucune hypothèse quantitative sur l’avenir du parc automobile. ENEDIS a fait des scénarios à l’horizon 2035 : un parc qui serait compris entre 3,2 et 9, 6 millions de véhicules avec une consommation d’électricité dans une fourchette de 8 à 25 TWh compatible avec les capacités de production actuelle (environ 550 TWh).

La batterie et la recharge, clés du développement

Le développement de la voiture électrique (et à plus long terme celui des poids lourds) dépend largement des progrès d’une part des batteries (ou des piles à hydrogène) et d’autre part des systèmes de recharge. L’expansion du parc de voitures électriques a lancé une  course aux batteries électriques, la batterie lithium-ion étant actuellement le cheval de bataille des constructeurs (Renault équipe son récent modèle de Zoé avec une batterie qui lui donne une autonomie de 400 km).

Les constructeurs ont trois objectifs : –  augmenter la densité énergétique des batteries – augmenter leur durée de vie en supportant un plus grand nombre de cycles de charge-décharge – diminuer leur prix.

Les constructeurs doivent également tenir compte des conditions de sécurité (éviter un incendie). La disponibilité, à long terme, des matériaux constituant les électrodes (notamment le lithium et le cobalt), est autre paramètre important dont il faut tenir compte. Les progrès ont été lents sur ces trois fronts (photo de la voiture électrique « la jamais contente » en 1900, france.pittoresque.com ).

D’autres filières sont envisagées : remplacer le lithium (le plus léger des métaux) par un autre métal, le magnésium, le sodium et le zinc notamment. Des couples Lithium-air (on produit et on dissocie des oxydes de lithium dans la batterie) ou zinc-air sont également testés, la densité énergétique du premier serait trois à quatre fois celle de la batterie lithium-ion et il aurait le grand avantage d’éviter d’utiliser du cobalt pour la cathode (celle-ci est en graphite, dopé avec un sel de lithium, qui piège l’oxygène), les travaux sur ces batteries sont encore au stade de la R&D mais semblent prometteurs.

 

La suite de l’article est à lire ici sur le blog de Pierre Papon

commentaires

COMMENTAIRES

  • Ivan Saillard

    bonjour, merci pour cette synthèse très efficace. Vous n’évoquez pas les perspectives ouvertes par les technologies dites “vehicle to grid” consistant à tirer parti des batteries des véhicules en charge sur le réseau électrique comme source d’injection ponctuelle sur ce dernier. Y croyez-vous et quel est leur état d’avancement selon vous ?

    Répondre
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