mercredi 30 janvier 2019

VE6 Comparaison VE / VT polyvalent


Le VE : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
« Dans un monde inondé d’informations sans pertinence, le pouvoir appartient à la clarté. »  Yuval Noah Harari



VE6 - Comparaison VE / VT polyvalent


6.1. Configurations envisagées

La comparaison porte sur 4 véhicules typiques :
  • VT Essence de 1 300 kg (toutes les masse sont des « PTC »)
  • VT Diesel de 1 400 kg
  • VT Hybride à essence de 1 500 kg
  • VE Electrique de 1 800 kg, équipé d’une batterie de 60 KWh, chargé par de l’énergie électrique de 7 origines possibles :
    • Electrothermique au charbon
    • Electrothermique au fioul
    • Electrothermique au gaz conventionnel
    • Electrothermique au gaz à cycle combiné
    • Electronucléaire pure
    • Issue du mix moyen français de l’année 2017
    • Issue du mix moyen allemand
On aboutit donc à 10 configurations, dont 3 VT plus 1 VE rechargé selon 7 filières.


6.2. Hypothèses de modélisation adoptées

6.2.1. Energie mécanique requise aux 100 km : Nous y intégrons :
  • Travail de la force de roulement,
  • Travail de la force aérodynamique
  • Toute l’énergie cinétique créée pour les VT essence et diesel
  • Un tiers de cette énergie pour le VT hybride et le VE qui en récupèrent les deux tiers.
  • Aucune énergie potentielle
6.2.2. Rendement du « carburant » électrique


Ce rendement qui reste toujours bon prend en compte deux facteurs :
  • La batterie : toute l’énergie électrique y rentre et en sort avec un rendement estimé à 80%
  • Le moteur : son rendement baisse un peu quand le couple croît, mais ce dernier n’est pas toujours au maximum. On adopte 95%
  • Rendement global : 80% x 95% = 76%
6.2.3. Rendement du carburant thermique

La détermination du rendement qui est médiocre (principe de Carnot) est complexe. Nos hypothèses sont résumées ci-dessous :

Rendements moteur VT
Polyvalent
10 à 130 km/h
Urbain 10 à 70 km/h
Détermination
Diesel
34%
25%
Tableau ci-dessous
Essence
29%
22%
Coeff. diesel x 0,85
Hybride essence
37%
27%
Empirique

6.1.1.2.                       Calcul des énergies requises

Méthodologie :

Les paramètres déterminent les énergies, puis le « carburant » requis, mécanique ou électrique

 

Pour chaque masse, nous avons établi un tableau de 13 lignes, de V=10 Km/h à V=130 Km/h par incrément de 10 km/h. Quatre tableaux ont ainsi été établis pour 1300 Kg, 1400 Kg ci-dessous à titre de spécimen, 1500 Kg et 1800 Kg.


Les colonnes donnent les énergies mécaniques, rendements et énergie « carburant » requises par les véhicules :
  • VT D, VT E, et leur moyennes générales et urbaines
  • Rendements et rendements moyen général et urbain
  • Les moyennes pondérées sont calculées sur des plages de vitesse :
    • Polyvalent 10 à 130 Km/h
    • Urbain : 10 à 70 Km/h
  • Les deux colonnes de droite donnent les énergies en base 100 à 130 KM/h.
6.1.2.                  Tableau de calcul du CO2 en usage polyvalent

Les énergies requises aux niveaux « Carburant » et « Mécanique » étant ainsi déterminées, la méthodologie de calcul du CO2 émis figure ci-dessous. On notera que le rendement de Carnot, toujours mauvais, intervient dans les deux cas :

  • Au niveau du moteur thermique du VT 
  • Au niveau de la centrale électrothermique pour le VE
  • Sauf dans le cas de l’énergie électrique hydraulique, éolienne et PV qui ne passent pas par l’énergie thermique, mais qui sont très minoritaires.


Codes couleur :
  • Fond vert : Entrées
  • Chiffres noirs : VT
  • Chiffres bleus : VE
  • Lignes rouges : résultats intermédiaires essentiels
  • Deux dernières lignes en gras : résultat final en termes de CO2.
6.1.3. Résultats et graphes en usage polyvalent

Les consommation moyennes calculées selon ce tableau (7,2 l d’essence ou 5,5 l de gazole aux 100 km) sont largement supérieures aux consommations NEDC, mais elles seront reconnues par les utilisateurs comme étant conformes à l’utilisation réelle, ce qui valide les hypothèses adoptées.

Les émissions  de CO2 de chaque configuration résultant de ce tableau en fonction du kilométrage parcouru, figurent ci-dessous ;
o   en cumul (tonnes)
o   et par kilomètre (gr/Km





Les écarts considérables d’émissions des VT par rapport aux chiffres NEDEC qui sont autour de 110 gr/km, s’expliquent aisément par la prise en compte :
  • De la réalité des consommations, soit +40 gr/km, pour un total de 150 g/km
  • Des émissions amont, évaluée à 20% (selon VE4), soit 30 gr/km, aboutissant à 180 gr/km, asymptote des courbes pour les kilométrages élevés
  • De la TC de fabrication, fixe, donc inversement proportionnelle au kilométrage, et donc extrêmement élevée en début d’utilisation
Le dossier « CO2 Monde » des Echos du 4 décembre donne une moyenne de 259 gr/Km pour un VT essence, cohérente avec ce graphe


6.1.4.              Conclusions sur les TC en usage polyvalent

Courbes en pointillés : véhicules tirant toute leur énergie du carburant.
  • VT à essence, meilleur jusqu’à 40 000 km
  • VT diesel, meilleur  de 40 000 km à 90 000 km
  • VT hybride, pénalisé par sa TC de fabrication plus élevée (batterie, double motorisation), meilleur au-delà de  90 000 km
Courbes en traits pleins, relatives au même VE selon l’origine de son énergie électrique de recharge
  • Française ou nucléaire ou renouvelable, le gain en CO2 est massif au-delà de 45 000 km.
  • Issue du charbon, le VE émet deux fois plus que le VT.
  • Issue des autres filières fossiles, 3 courbes proches) : seule la mieux placée (gaz à cycle combiné) permet au VE de faire mieux que le VT :
    • A essence au-delà de 110 000 km,
    • Diesel au-delà de 150 000 km
    • Hybride à essence au-delà de  200 000 km.
  • Issue du mix allemand, le VE émet plus que le VT, même pour des kilométrages élevés !
Finalement, la seule configuration qui réduit significativement les émissions de CO2 est celle qui réunit :
  • Le VE
  • Et les seules filières renouvelables et nucléaire
6.1.5. Et si on changeait de point de vue ?

« Carburant » requis selon la vitesse, base 130 km/h

Revenons sur les 2 colonnes de droite du tableau des énergies requises de 6.1.1.2., qui donne les besoins en carburant du VE et du VT D, avec base 100% conventionnelle à 130 km/h.



Partant de 130 km/h (au sens du tableau en 6.1.1.2. ci-dessus, comportant de la création et du gaspillage d’énergie cinétique), le carburant requis par le VE :
  • Décroît avec la puissance mécanique requise grâce à un rendement maintenu, voire amélioré à faible vitesse et à la récupération des 2/3 de l’énergie cinétique
  • Grâce à un faible impact énergie cinétique à vitesse basse, dont les 2/3 sont récupérés.
Pour le VT, au contraire, le carburant requis :
  • Décroît d’abord avec la force aérodynamique, 
  • passe par un minimum vers 80 km/h, 
  • puis ré-augmente à plus du 100% en raison du mauvais rendement moteur thermique à puissance très réduite ajouté au plein impact du gaspillage de l’énergie cinétique.
Tous les utilisateurs de VT le savent fort bien : on consomme plus dans les embouteillages que sur autoroute !

Conclusion évidente : le VE est mieux adapté à la ville qu’à la route. Nous reprenons donc la présente comparaison VE vs. VT en usage urbain dans le message suivant.