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Association des Centraliens de Lyon

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14 octobre 2019

Le véhicule électrique est-il vraiment moins dommageable pour le climat que son homologue thermique ?

Un des avantages des véhicules électriques (VE) est de ne générer aucune émission à l’échappement, évitant ainsi les effets locaux de la pollution. Mais qu’en est-il de l’empreinte carbone, qui est une pollution globale, pour laquelle il convient de tenir compte des émissions de GES en logique de cycle de vie. Selon ce critère, en France, un véhicule électrique neuf est-il réellement moins polluant qu’un véhicule thermique neuf. Éléments de réponse avec Clément Ramos (ECL 2009) et Aurélien Schuller du cabinet de conseil Carbone 4, spécialisé sur la transition énergétique et l’adaptation au changement climatique.


Dans un premier temps, considérons les émissions liées à l’utilisation des véhicules : pour le véhicule électrique, il s’agit des émissions pour la production et le transport de l’électricité, et pour le véhicule thermique de la combustion du carburant (en incluant aussi l’amont de la filière pétrolière). En France, l’électricité étant très peu carbonée, c’est un avantage très net pour les véhicules électriques sur cette phase de roulage seul.

En effet, alors que les véhicules thermiques (VT) neufs émettent actuellement de 150 à 200 gCO2 / km (en tenant compte à la fois des émissions à l’échappement et de l’amont pétrolier), les VE affichent des émissions autour de 5 à 10 gCO2 / km. Cette valeur, déjà faible, est appelée à diminuer à court et moyen terme, du fait de la sortie totale du charbon du mix électrique français. En-dehors de la France, pour que les émissions du roulage d’un VE deviennent significatives, il faut des mix électriques fortement fossiles, comme ceux de l’Allemagne ou de la Pologne. Ainsi le seuil symbolique des 100 gCO2 / km en roulage est atteint pour un mix autour de 600 gCO2 / kWh, ce qui est au-dessus des valeurs moyennes pour l’Union Européenne (env. 320 gCO2 / kWh5), l’OCDE (env. 420 gCO2 / kWh) ou encore la moyenne mondiale (env. 520 gCO2 / kWh).

Dans la logique de cycle de vie, il faut considérer les émissions liées à la fabrication au sens large : véhicules bien sûr, mais aussi les centrales électriques, et surtout les batteries des véhicules électriques.

D’abord l’amortissement du véhicule hors-batterie : il est de l’ordre de quelques dizaines de grammes de CO2 / km (crédits de recyclage inclus), tant pour les véhicules thermiques qu’électriques ; la différence entre les deux empreintes carbone est faible, de l’ordre du gCO2 / km, ce qui est négligeable à ce stade. Par ailleurs la prise en compte du cycle de vie des centrales électriques (construction comme démantèlement) double le facteur d’émissions du mix électrique français et porte donc les émissions de roulage des VE à environ 15 gCO2 / km. Ce poste n’est donc pas de nature à remettre en cause l’avantage de l’électrique face au thermique sur la phase d’utilisation des véhicules.

Pour la fabrication des batteries, considérons des chimies de batteries Lithium-ion, de type NMC. Ce sont elles qui équipent la majorité des véhicules électriques européens, et elles sont susceptibles de continuer à être utilisées en grande majorité à moyen terme. Les évaluations d’empreinte carbone des batteries NMC sur leur cycle de vie sont très variables, entre 100 et 200 kgCO2 / kWh selon les technologies et les pays de fabrication. Les récentes annonces et les futures développements de la filière en Europe sont de nature à amoindrir cette empreinte carbone, pourvu que les capacités industrielles soient implantées dans des pays à mix électrique décarboné et que les effets d’échelle soient au rendez-vous.

Pour poursuivre notre évaluation, retenons une valeur de 170 kgCO2 / kWh, ce qui est conservateur. En tenant compte du recyclage des matériaux de la batterie en fin de vie (ce qui est déjà une obligation en Europe, qui va probablement être renforcée à mesure que la filière se structure), environ 40% des impacts de fabrication peuvent être compensés par la récupération de métaux après recyclage (ce qui évite l’extraction de métaux vierges).

Ainsi, avec cette logique de crédits de recyclage, l’impact total de la batterie sur sa durée de vie pourrait être comptabilisé comme environ 100 kgCO2 / kWh. Donc sur une durée de vie de véhicule (~200 000 kms parcourus), c’est de l’ordre de 0,5 à 1 gCO2 / km / kWh qu’il faut amortir simplement pour la batterie, ce qui est loin d’être négligeable étant données les capacités usuelles à bord des VE, allant de 20 à 100 kWh* en France.

* Par exemple les deux modèles les plus vendus en France, la Renault Zoé et de la Nissan Leaf, étaient dotées dans leurs précédentes versions de 41 et 40 kWh de capacité respectivement ; la nouvelle Zoé est passée à 52 kWh, la nouvelle Leaf quant à elle à 62 kWh ; les modèles Tesla quant à eux oscillent entre près de 60 et 100 kWh.  les modèles Tesla quant à eux oscillent entre près de 60 et 100 kWh.

« Il y a un facteur 2,5 entre l’impact carbone d’une citadine thermique et son équivalent électrique. »

Avec cette logique d’analyse en cycle de vie (ACV), comparons l’empreinte carbone des VT et VE neufs sur deux segments distincts en France, à l’heure actuelle :

1. Pour une citadine de type B (Renault Zoé ou Renault Clio) et des parcours plutôt urbains et péri-urbains, considérons 40 kWh de batterie, ce qui correspond à près de 230 km d’autonomie réelle (consommation de l’ordre de 0,17 kWh / km). Ainsi le VE émettra environ 80 gCO2 / km au cours de sa durée de vie (près de 200 000 km) dont 65 gCO2pour amortir la fabrication de la voiture et de la batterie. En comparaison, un VT de taille équivalente émettra 210 gCO2 / km dont seulement 30 gCO2 pour sa fabrication, le reste étant dû à son roulage. Il y a donc un facteur d’environ 2,5 entre l’impact carbone d’une citadine thermique et son équivalent électrique. Une autre façon d’illustrer ce résultat est de considérer au bout de combien de kilomètres parcourus la « dette carbone » (impact de fabrication de la batterie) serait « remboursée » par les économies d’émissions lors de l’utilisation du véhicule : dans notre exemple, l’impact de la batterie est compensé au bout de 40 000 km ;

2. Pour une berline et des parcours plus fréquents sur nationales et autoroutes, prenons l’exemple d’une autonomie de 500 km d’autonomie réelle avec près de 100 kWh de batterie (consommation de l’ordre de 0,2 kWh / km). Un tel VE émettrait, sur un kilométrage total d’environ 250 000 km, de l’ordre de 110 gCO2 / km (95 gCO2 pour la fabrication) contre 185 gCO2/ km pour son équivalent thermique. L’écart entre les empreintes carbone est alors de près de 40% pour ce segment de véhicule, et la dette carbone est remboursée après environ 115 000 km.

« L’écart entre les empreintes carbone est alors de près de 40% pour les berlines »

 


L’analyse peut être reproduite en se pro­jetant dans un futur proche, 2030 par exemple, en tenant compte d’un certain nombre d’évolutions attendues, que ce soit sur la production des batteries, le mix électrique ou l’amélioration de l’efficaci­té des VT. La figure ci-dessous résume les résultats et l’on peut constater que si les chiffres bougent dans l’absolu, les écarts sont globalement conservés (même si lé­gèrement accentués en faveur des VE). A noter que les rectangles blancs repré­sentent le crédit de recyclage des batte­ries.

« La moyenne du mix électrique européen (environ 340 gCO2 / kWh) permet de garder l’avantage pour l’élec­trique mais l’écart des émissions avec le thermique est seulement de l’ordre de 10 à 40%. »

En se plaçant désormais hors de France, un mix électrique carboné à hauteur de 550 g CO2 / kWh comme en Allemagne suffit à rendre les berlines électriques un peu plus émissives que leurs équivalentes thermiques. En allant plus loin, pour un mix électrique comme celui de la Pologne (proche de 850 g CO2 / kWh), les citadines comme les berlines électriques sont plus émissives que leurs analogues thermiques. À noter que la moyenne en Europe (environ 340 g CO2 / kWh) permet de garder l’avantage pour l’électrique mais l’écart des émissions avec le thermique est seulement de l’ordre de 10 à 40%.

« Une limite raisonnable pourrait être de l’ordre de 50 kWh de capacité de batteries, ce qui autoriserait en pratique des parcours de 300 à 400 km. »

Notons que cette évaluation d’empreinte carbone s’effectue dans le cadre de parcours annuels moyens tels qu’on les connaît aujourd’hui. Mais un facteur susceptible d’avoir un impact très significatif pour réduire l’empreinte carbone des VE est l’amortissement sur un nombre de kilomètres plus important que les usages actuels : en effet, le coût à l’utilisation (coût carbone comme coût économique) des VE étant très faible, c’est une incitation forte à l’utilisation accrue du véhicule. La durée de vie de la batterie électrique étant plutôt limitée de manière calendaire (~10 ans) que par son nombre de cycles de charge, le VE est ainsi particulièrement – et paradoxalement – adapté aux usages les plus intensifs en termes de kilométrage (utilitaires, taxis, autopartage, flotte d’entreprises, etc.).


Retrouvez en ligne l’intégralité de l’étude menée par le cabinet de conseil Carbone 4 « la France amorce le virage vers le véhicule électrique »


Sources pour les émissions de l’électricité : il s’agit ici des émissions en cycle de vie pour le production d’électricité (reconstruite par Carbone 4 d’après des données AIE, DEFRA et IPCC), ce qui explique la différence avec les valeurs citées plus haut qui ne comprennent que les émissions dans les centrales thermiques à flammes.

 

 

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