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jeudi 24 décembre 2020

Polémique sur les hybrides rechargeables

 

Résumé

Un Véhicule Hybride Rechargeable (VHR) est une variante du Véhicule Hybride (VH) dont la batterie, de capacité accrue, peut être rechargée :

  • soit à partir du carburant du moteur thermique entraînant un  alternateur, comme un VH.
  • soit à partir du réseau 230 V par un chargeur, comme un VE.

Il peut ainsi fonctionner :

  • soit comme un Véhicule Electrique (VE) pur,
  • soit comme un Véhicule Thermique (VT) pur (sauf les Toyota)
  • soit encore, le plus souvent, comme un Véhicule Hybride (VH).

L’essai normalisé WLTP d’émissions de CO2 et de consommation, limité à 30 minutes, dont 17 de trafic urbain et 13 de trafic routier, se trouve biaisé : le VHR utilise simultanément ses deux sources d’énergie, ce qui lui permet d’afficher des consommations de carburant, et donc d’émissions de CO2 très basses, grâce à l’utilisation de l’énergie électrique stockée dans la batterie qui se trouve ainsi  presque déchargée en fin d’essai. Ainsi, à titre d’exemple, la berline BMW 330e ci-dessous affiche :

  • Consommation mixte 1,3 à 1,6 litres/100 km
  • Emission de CO2 : 30 à 36 g/km (Norme UE à 95 g/km)

L’acquéreur de ce VHR risque fort d’oublier que ce résultat magnifique, qu’il n’y a pas lieu de mettre en doute, n’a été obtenu qu'après une recharge complète de la batterie, pendant un essai de 30 minutes au cours duquel le VHR n’aura parcouru que 24 km ! Et quelle ne sera pas la déception de cet acquéreur de constater que s’il fait 2 trajets de 30 km par jour, sa consommation revient presque au niveau des VT, voire pire qu’un VT s’il oublie la recharge nocturne, ou s’il fait un trajet au long cours, car son VHR est pénalisée par sa masse plus élevée ! C'est de cette confusion qu'est née la polémique...

Il serait donc nécessaire de modifier la norme WLTP pour les VHR en faisant passer sa phase 4, dite « haute vitesse » de 6 minutes à 36 minutes, pour un totale de 60 minutes et 70 kilomètres (au lieu de 30 minutes et 24 km), ce qui conduirait à afficher des consommations plus réalistes. Les acquéreurs seraient ainsi mieux informés, et les constructeurs ne seraient plus suspectés d’informations trompeuses, quoique conformes à la norme WLTP actuelle.

Message

Rappelons la segmentation énergétique des véhicules de tourisme :

    • Les Véhicules Thermiques (VT), à essence ou diesel, équipés ou non de « start and stop » tirent 100% de leur énergie du carburant. Ils sont dits « conventionnels ». 
    • Les Véhicules Hybrides non rechargeables (VH) font de même. Ils ne peuvent donc absolument pas être considérés comme des véhicules électriques en dépit de publicités ambigües. Leur motorisation comporte une petite batterie (0,5 à 3 KWh), et une (cas le plus fréquent) ou plusieurs (Toyota) machines électriques dont le rôle complexe est en gros le suivant :
      • En mode alternateur, de recharger la batterie si besoin est, ou de récupérer une partie de l’énergie cinétique du véhicule avec une puissance limitée au ralentissement, ne couvrant pas le freinage d’urgence.
      • En mode moteur,
        • d’ajouter son couple de crête à celui du moteur thermique pendant un temps bref, ce qui permet de réduire (« downsizing ») le moteur thermique surabondant, réduction qui améliore son rendement dans les conditions usuelles.
        • d’assurer seul des déplacements sur des trajets très courts à faible vitesse, en ville,
        • sur la plupart des VH, de remplacer le démarreur du moteur thermique.
        • dans les Toyota, de supprimer la boîte de vitesses mécanique, remplacée par un générateur à vitesse de rotation élevée alimentant un moteur de même puissance à couple élevé, selon un rapport continument variable qui permet d’optimiser le point de fonctionnement du moteur thermique dans le plan « couple vs. vitesse de rotation », et accessoirement d’assurer la marche arrière.
      • Les hybrides non rechargeables disposent ainsi d’un système électrique permettant une transmission optimisée et un petit stockage sous forme électrique de l’énergie mécanique fournie par le moteur thermique à partir du carburant. Ce système permet une réduction significative de la consommation (et donc des émissions de CO2 qui leur sont proportionnelles) en usage urbain et périurbain. 
  • Les Véhicules Electriques (VE) sont dépourvus de moteur thermique. Ils sont munis d’un ou plusieurs moteurs électriques alimentés par des batteries embarquées qui ne peuvent être rechargées qu’à l’arrêt. En raison de leur coût et de leur masse qui peuvent dépasser 30 à 40% du VE complet, la capacité des batteries est limitée (20 à 100 KWh), ce qui a pour effet de limiter aussi leur autonomie, conduisant à une utilisation principalement urbaine et périurbaine. Mais ce sont les seuls à être totalement dépourvus d’émissions locales de CO2.
  • Les Véhicules hybrides rechargeables (VHR) ont une architecture très proche des VH. Ils n’en diffèrent que par la présence d’une batterie de capacité plus élevée, de l’ordre de 5 à 10 KWh, et d’un chargeur permettant la recharge de la batterie à l’arrêt partir du réseau 230 V ou de stations dédiées. Ils sont donc vraiment hybrides, puisqu’ils ont deux modes de fonctionnement distincts, utilisant le carburant ou de l’électricité. Selon la capacité de leur réservoir, ils peuvent avoir la même autonomie qu’un VT. Selon la taille de leur batterie, ils peuvent être utilisés en mode VE « zéro émission » en ville. Ils semblent avoir toutes les qualités, en dépit d’une masse et un prix élevés. Pourquoi ont-ils déçu certains utilisateurs ? Pour le comprendre, il faut se pencher de plus près sur la norme WLTP.

La norme WLTP

Pour les véhicules de classe 3 (plus de 34 KW/tonne, c’est-à-dire la plupart), cette norme est résumée dans le cycle ci-dessous qui comporte 4 phases représentatives des conduites urbaines, suburbaines, sur route et sur autoroute, et ce en moyenne sur la vie du véhicule.

L’ensemble aboutit à une vitesse moyenne de 54 km/h, plausible sur la vie d’un véhicule qui roule en ville et s’arrêt aux feux rouges et dans les encombrements. L’autonomie d’un véhicule selon le cycle WLTP correspond à des trajets quotidiens moyens simulés par ce cycle. Lorsque le « plein » de carburant ou de batterie peut être fait tous les soirs, rapidement (carburant) ou en temps masqué (recharge nocturne d’une batterie), l’autonomie a peu d’importance dès l’instant ou elle excède nettement le trajet quotidien.

Mais pour être significative aux yeux des utilisateurs, l’autonomie d’un véhicule doit en réalité être appréciée sur de longs trajets à 110 ou 130 km/h, qu’un VT ou VH, dont l’autonomie est de 500 à 1 000 km, peut parcourir sans arrêt, ou, au pire, au prix d’un arrêt de quelques minutes pour refaire le plein de carburant. Au contraire, un VE nécessitera un ou plusieurs arrêts de l’ordre d’une heure à une station de recharge pouvant n’être ni localisée à la distance optimum, ni disponible dès l'arrivée.

L’autonomie au long cours des VE et VHR

Elle devrait donc faire l’objet d’une norme représentative des grands voyages qui pourrait se baser sur le cycle WLTP actuel modifié par une pondération majorée de la partie « très haute vitesse » qui devrait ainsi passer de 6 minutes à au moins 36 minutes pour un essai total de 60 minutes au lieu de 30. En d’autres termes, la pondération de la partie à haute vitesse serait multipliée par 6 pour abouir à la modélisation correcte d'un long trajet.

 Ce faisant, les VE, et VHR en mode électrique, seraient ramenés à la réalité :

  • Force aérodynamique prépondérante, au lieu de négligeable ou basse
  • Moindre intérêt de la récupération d’énergie cinétique
  • Force de roulement élevée en pourcentage du poids des batteries
  • Mode électrique des VHR limité à quelques dizaines de kilomètres.
  • Et donc impossibilité de privilégier le mode électrique pour afficher une moindre consommation de carburant.

On s’apercevrait alors que l’autonomie pratique des VE au long cours n’est guère supérieure à la moitié de leur autonomie WLTP qui figure actuellement sur les documentations de fabricants. Une Renault Zoé, excellent VE qui affiche 395 km d’autonomie WLTP, circulant aux vitesses licites maximum, par mauvais temps (froid, vent de SW), et voulant conserver 10% de marge de sécurité, ne pourra pas franchir les 210 km séparant Paris du Mans… Il devra recharger au-delà de Chartres. La raison principale est que la force aérodynamique à vaincre, négligeable en utilisation urbaine, devient très prépondérante à 130 km/h, et même à 110 km/h. Il pourrait peut-être faire le trajet à 70 km/h, mais il perdra ainsi une heure, soit le temps d’une recharge !

La consommation WLTP des VHR

Les VHR, souvent de grosses berlines, affichent des émissions de CO2 très basses, souvent de l’ordre du tiers des leurs homologues VT, et des consommations évidemment dans le même rapport.

Nous avons pris pour exemple le VHR BMW 330 e, dont ci-dessous photo et caractéristiques affichées par le constructeur, mais nos remarques valent pour tous les VHR qui sont presque tous de gros véhicules, souvent plus gros que cet exemple.



Le constructeur BMW affiche les caractéristiques suivantes :

 

Ajoutons sa masse, près de 2 tonnes, pour une berline de taille moyenne supérieure.

Ces résultats, qui ne sont pas mensongers, peuvent faire illusion auprès d’acquéreurs non avertis qui imaginent qu’en mode thermique les consommations seront très basses, et qu’en plus elles seront nulles en mode électrique, le tout avec une très large autonomie...

En réalité, conformément à la norme, l’essai WLTP est fait en mode mixte : pendant les 30 minutes de test, le VHR, dont la batterie est initialement chargée, va utiliser au l’énergie  électrique préalablement stockée, ne recourant au mode thermique que dans les conditions les plus favorables, principalement en haute et très haute vitesse, pour ne pas vider la batterie avant la fin du test.

Il faut donc comprendre qu’au cours de l’essai WLTP, le véhicule a utilisé les quantités indiquées de carburant, ET a simultanément vidé sa batterie, ce qui explique ses merveilleuses performances thermiques !

Dans les conditions réelles d’utilisation, qui peuvent être très variables au gré des circonstances, un VHR :

  • En mode thermique pur, consomme autant que n’importe quel autre VT équivalent, et même un peu plus car il est plus lourd que lui en raison de la masse du moteur électrique et de la batterie
  • En mode électrique pur, il se comporte comme un VE, avec une autonomie largement réduite en raison de sa batterie très limitée, mais il n’est pas plus lourd que le VE équivalent, car sa petite batterie compense, et au delà, la présence du moteur thermique.
  • En mode mixte, a priori préférable, il se comporte comme un VH, avec une meilleure autonomie électrique, mais aussi avec une masse plus élevée due à sa batterie plus importante.
  • Au long cours, il consommera un peu plus de carburant qu’un VH car il est plus lourd, sauf à faire des recharges fréquentes pour privilégier le mode électrique.
     Le VHR convient donc à des utilisateurs effectuant beaucoup de petits trajets urbains quotidiens             couverts par le mode électrique seul, avec recharge chaque nuit, mais voulant conserver une longue         autonomie occasionnelle qui sera obtenue en mode thermique. Sur un tel programme, il consommera      moins qu’un VH grâce au mode électrique en ville, mais sera un peu pénalisé par sa masse plus             élevée au long cours.

Pour informer correctement les clients, il suffirait de modifier la norme WLTP comme indiqué ci-dessus : l’augmentation massive des émissions et de la consommation affichées par un test WLTP porté à une heure, lèverait toute ambiguïté : il n’y a pas de miracle sur sa consommation et ses émissions de CO2.

 

Ceci aurait aussi pour effet heureux de marquer la fin des bonus abusifs pour ces VHR qui n’ont ni la propreté, ni les inconvénients des VE, et de les remettre au niveau des VH dont ils ne sont qu’une variante à capacité de batterie augmentée.

dimanche 3 février 2019

VE 9-3 Distorsion € Normes UE émissions UE


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





Les distorsions « soft » : Infox


VE9.3 - Distorsion € due aux Norme UE d'émissions
L’UE fixe un plafond aux émissions par constructeur, applicable dès 2021 : L’émission moyenne doit être inférieure à 95 g/km NEDC (qui devient 115 g/km WLTP). Cette moyenne est calculée sur les ventes effectives, et non sur l’offre.

9.3.1. Contraintes supplémentaires supportées par les constructeurs :
  •  Selon les constructeurs, la correction de 15% sur les émissions normalisées WLTP vs. NEDC serait insuffisante de 5%.
  • Justifiée ou non, la baisse des ventes de diesels qui émettent environ 17% de moins que les moteurs à essence de même puissance, rendent la norme UE très difficile à atteindre
  • La norme de pollution Euro 6, très exigeante, complique le problème : dans un moteur thermique, il est difficile d’optimiser tous les paramètres à la fois !

 9.3.2. Amende en cas de dépassement :
  • Elle est dissuasive : 95 € par gramme de CO2 et par véhicule. La vente de 1 million de véhicules ayant un excédent de 10 grammes de dépassement aboutit ainsi à une amende de 950 M€ !
  • Par ailleurs, 1 g/km x 160 000 km = 0,16 t de CO2 émis en plus sur la vie du véhicule aboutit à une amende de 95 € / 0,16 t = 600 € la tonne de CO2
  • Ce chiffre est extravagant, puisque 100 €/tonne est un montant suffisant pour dissuader les centrales électrothermiques au charbon, la méthode la moins coûteuse pour réduire les émissions de CO2.

9.3.3. Distorsion de concurrence n° 1

Pour réduire la moyenne des ses émissions, chaque constructeur peut :
  • Améliorer le rendement thermique, mais peu de progrès restent possibles.
  • Baisser le prix des VT inférieurs à la norme pour en augmenter la pondération, mais au détriment de ses marges, et le gain par rapport à la norme restera très faible.
  • Augmenter le prix des VT supérieurs à la norme (la plupart) pour en réduire la pondération, au risque de se couper du marché.

La norme introduit de fait un deuxième malus payé par le constructeur, s’ajoutant à celui payé par le client au-delà de 115 g de CO2/km. Le VE ne bénéficie pas d'un bonus direct, mais son impact sur la moyenne des émissions, qui vient réduire les pénalités sur les VT à plus de 115 g, constitue un très important bonus. Cet impact de la norme UE peut être superposé au graphe des bonus /malus et de la prime à la conversion sur leur graphe commun:




On constate donc que les VE bénéficient ainsi d’une distorsion de concurrence de 115 g x 95 € = 10 925 €, par rapport à un VT homologué à 115 gr, ou plus…

9.3.4. Distorsion n° 2 : Double comptage des VE :

Pour faciliter la transition, la norme UE prévoit qu’en 2021 et 2022, les VE (définis comme émettant moins de 22 gr/km WLTP) compteront double dans le calcul de la moyenne par constructeur.

Ce double comptage aboutit à doubler pendant 2 ans la distorsion de concurrence en faveur des VE, qui atteint ainsi le chiffre étonnant de 21 850 € par VE.

Répétons que ce montant ne sera pas versé aux constructeurs, mais viendra réduire leurs pénalités sur la plupart des VT. A ce niveau, les constructeurs sont pratiquement obligés de vendre des VE pour pouvoirs continuer à vendre des VT !

9.3.5. Distorsion future
L’UE vient d’adopter une réduction à venir des émissions ci-dessus selon le planning suivant :
  • -15%, soit 98 gr WLTP en 2025
  • -35%, soit 75 gr WLTP en 2030

Ces niveaux ne pourront probablement pas être atteints par des VT conventionnels, ni même hybrides, sauf à en modifier drastiquement l’architecture, vers des véhicules très bas, très légers et beaucoup moins puissants, néanmoins capables de circuler comme les VT actuels dans les limites de la réglementation routière.

Sans le double comptage qui doit être supprimé entre-temps, ces valeurs réduisent la distorsion par rapport au VT homologué à l’émission maximum WLTP :
  • 98 g x 95 €/g = 9 310 € en 2025
  • 75 g x 95 €/g = 7 125 € en 2030


Toutefois, les normes risquant de demeurer inatteignables, il convient de calculer la distorsion de concurrence par rapport aux VT réels, supposés atteindre par exemple  105 et 90 g/km WLTP, hypothèse déjà optimiste :
  • 105 g x 95 €/g = 9 975 € en 2025
  • 90 g x 95 €/g = 8 550 € en 2030.


samedi 2 février 2019

VE 9-2 Distorsion € TICPE


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



VE 9.2. - Distorsion due à la TICPE et à la Taxe Carbone (TC)
  • L’automobile comporte de nombreuses « Externalités », c’est-à-dire effets indésirables non directement pris en compte :
    • Infrastructures (sauf autoroutes concédées, 1% du réseau en kilomètres, et 15% du trafic, source URF)
    • Epuisement des ressources naturelles,
    • Pollutions,
    • Emissions de CO2,
    • Accidents, leurs conséquences, et leur prévention,
    • Bruit,
    • Encombrements…
  •  Ces externalités justifient l’existence de taxes spécifiques :

TICPE (Taxe Intérieure sur la Consommation de Produits Energétiques)(Source : https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/fiscalite-des-energies)
  • Elle remplace l’ancienne TIPP (Taxe Intérieure sur les Produits Pétroliers),
  • Qui avait elle-même remplacé la TIP (Taxe Intérieure Pétrolière) crée en 1928, donc bientôt séculaire.
  • Une TC (Taxe Carbone) s’y est ajoutée, équivalente à une augmentation de la TICPE, à ceci près qu’elle s’applique à d’autres produits et notamment au fioul domestique, et au GNR (Gazole Non Routier utilisé en agriculture et travaux publics). Introduite en 2000, la hausse programmée devait amener la TC à 55 €/t de CO2 en 2019. Les manifestations des « Gilets jaunes » ont amené le retrait de cette hausse et au maintien de la TC du niveau de 2018, à savoir 44,60 €/t
  • La TICPE, y compris sa composante de TC, est considérée comme une « Valeur Ajoutée », et donc incluse dans l’assiette de la TVA au taux de 20%





Structure prix et taxes fioul, gazole, et essence
  

 Le fioul est un produit identique, techniquement interchangeable avec le gazole :
    • Avant taxations spécifiques, mais avec sa TVA incluse, le fioul est plus cher (0,68 €/l) que le gazole (0, 65 €/l), car il est livré à domicile, et moins concurrencé.
    • Sa TICPE+TVA est de 0,22 €/Kg.
    • On le prend comme référence
  •  Les carburants supportent une TICPE+TVA de 
    • 0,83 €/Kg pour le gazole
    • 1,11 €/Kg pour l’essence
    • Et on note au passage que l’égalité des taxations entre le gazole et l’essence est bien loin d’être réalisée  quand parle de taxation au Kg, la seule qui ait un sens puisque l’énergie (PCI/Kg) de ces deux liquides est pratiquement identique.

  • Le supplément spécifique d’utilisation routière (qui est l’écart par rapport au fioul) est de :
    • 0,61 €/Kg pour le gazole
    • 0,89 €/Kg pour l’essence,
    • Soit une moyenne de 0,75 €/kg pour ces 2 carburants
    • sur 160 000 km x 4,6 kg/100 km = 7 360 Kg de carburant
    • dont la taxe spécifique s’élève à 7 360 x 0,75 = 5 520 €
  • En comparaison, la recharge VE s’effectue sur le tarif EDF abonné sans supplément routier.
  • L’avantage concurrentiel ainsi consenti au VE est de : 5 520 €.


VE 11 - Conclusion sur le VE


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



VE 11- Conclusion sur le VE

A court terme : les distorsions de concurrence seront maintenues, avec peu de changement de l’image des VT :

  • On assistera à un développement assez rapide du VE dans les grandes métropoles et leur périphérie, en tant que seconde voiture d’utilisateurs « CSP+ » et d’entreprises, tous disposant d’emplacements de parking à leur domicile ou sur leur lieu de travail. Ces clients seront souvent les actuels utilisateurs de VT hybrides.
  • Malgré un habitat assez favorable, le développement du VE sera plus lent dans les villes de province où les revenus sont moins élevés.
  • En dépit d’un habitat très favorable, il sera très lent dans les villages et les campagnes, en raison de revenus bas, mais aussi des distances plus élevées indispensables, car un VE permet parfois un aller et retour sans recharge à la préfecture, mais pas à la capitale régionale.
  • Il sera exceptionnel chez les locataires d’HLM, dans les centres-villes sans parking privatif, et chez ceux qui ne peuvent pas accéder à la multi-motorisation, car le VE ne remplace pas le VT pour partir en vacances…
A plus long terme, au-delà de 10 ans

Des évolutions plus lourdes, mais contradictoires, se produiront, qui modifieront probablement les règles du jeu.

Evolutions favorables au VE :

  • La taxe carbone (TVA incluse) augmentera progressivement jusque vers 100 €/T de CO2, soit 0,27 €/litre de gazole.
  •  L’opinion publique se montrera de plus en plus intolérante aux nuisances réelles ou supposées dues aux VT.
  •  Les batteries suivront leur courbe d’expérience qui en fera baisser leur coût de 10% à 20% pour chaque doublement de la qualité cumulée produite (courbe d’expérience du Boston Consulting Group), tout en améliorant leur longévité et leur densité énergétique dans des proportions difficiles à évaluer.
  •  Une réglementation routière coercitive réduira l’agrément de conduite à bien peu de chose, ne justifiant plus la puissance surabondante des moteurs actuels, qui baissera donc.
  •  Les véhicules autonomes parachèveront cette évolution avec des puissances limitées à 30 KW largement suffisantes pour assurer leur fonction.
  •  Le nombre de bornes de recharge publiques et privées augmentera progressivement.
  •  Une Tarification variable de l’électricité par tranche horaire en « yield management » serait favorable aux recharges nocturnes.
Evolutions défavorables au VE :
  • Au prix d’une architecture bien différente, des VT hybrides légers, aux antipodes des SUV actuels, capables de circuler aux vitesse licites en toutes circonstance avec une motorisation hybride (thermique + électrique) limitée à  35 KW, aboutissant à limiter leur consommation à 3 litres d’essence aux 100 km sur autoroute, et  leur trace carbone de fabrication à moins de la moitié d’un VE.
  • La fin en 2022 de la double pondération des VE dans le calcul de la moyenne des émissions selon les normes UE réduira quelque peu la distorsion de concurrence :
    •  « L’évasion fiscale » du VE en matière de TICPE finira par prendre fin : En France aucun gouvernement n’acceptera de perdre 37 G€ par an (hors TVA sur le produit).
    •  La pérennité du Bonus / Malus est incertaine, mais sa neutralité budgétaire reste assurée. Si la part du VE augmente au détriment du VT, son bonus ne pourra que devenir dérisoire,
  • Après quelques années, les usagers comprendront qu’une batterie n’est pas éternelle, et que son remplacement vers 1 500 cycles (200 000 km) est très coûteux.  Si les batteries louées, selon la pratique de Renault, se répand, elle aboutit à répartir le risque avec un coût qui se rapproche d’un budget carburant.
  • Le problème complexe du recyclage des batteries restera problématique et pourra altérer l’image verte du VE.
  • Une forte croissance de VE posera inévitablement la question de nouveaux moyens de production électrique décarbonée, faute desquels le VE perdrait son caractère écologique. L’opinion publique et les militants écologistes comprendront-il que le nucléaire est préférable au CO2 ?
  • L’indispensable développement de la comptabilité carbone mettra en évidence la trace carbone élevé des VE ce qui altérera leur image et réduira leur préconisation.
  • Cette comptabilité carbone mettra aussi en évidence qu’il est plus simple et moins cher de réduire le CO2 en commençant par la production électrique et le chauffage, et qu’il vaut mieux utiliser les hydrocarbures là où ils sont :
    • Irremplaçables : la pétrochimie 
    • Presque irremplaçables : les avions
    • Extrêmement difficiles à remplacer : les poids lourds et les bateaux
    • Difficiles à remplacer : les véhicules particuliers.





jeudi 31 janvier 2019

VE7-Comparaison VE / VT Urbain


Le VE : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
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VE7 - Comparaison CO2 VE / VT urbain

7.1. Tableau de calcul du CO2 en usage urbain

Le tableau de calcul du CO2 en usage urbain ci-dessous présente 3 différences par rapport au précédent :
  • La masse du VE est ramenée de 1 800 à 1 500 kg (batterie moitié)
  • La gamme de vitesses de 10 à 70 Km/h (7 lignes par tableau) au lieu de 10 à 130 Km/h (13 lignes)
Les rendements des moteurs thermiques sont abaissés en raison de leur puissance très excédentaire par rapport à un besoin réduit.



Résultats et graphes




Conclusions en usage urbain
  • Courbes en pointillé : véhicules tirant toute leur énergie du carburant.
    • Le VT à essence est le meilleur jusqu’à 30 000 km
    • Le VT diesel est le meilleur de 30 000 km jusqu’à 60 000 km
    • Le VT hybride, pénalisé par sa TC de fabrication plus élevée (batterie, double motorisation), ne devient le meilleur qu’au-delà de 60 000 km 
  • Courbes en traits plein, relatives à un même VE selon l’origine de l’énergie électrique utilisée :
    • Française ou nucléaire ou renouvelable, le gain en CO2 est massif dès 40 000 km, et au-delà
    • Issue du charbon, le VE émet plus que n’importe quel VT
    • Issue des autres filières fossiles, 3 courbes proches), le VE est gagnant sur l’hybride :
    • gaz à cycle combiné : au-delà de  90 000 km
    • gaz (turbine) : au-delà de 110 000 km
    • Fioul (turbine à vapeur) au-delà de 200 000 km      
    • Issue du mix allemand, au-delà de 150 000 km.
  • La seule configuration qui réduit fortement les émissions de CO2 en usage urbain réunit :
    • Le VE
    • Et les seules filières décarbonées (92% du mix français)
  • Les autres nécessitent des kilométrages irréalistes en usage urbain. 

Il est donc clairement établi qu’en matière de CO2, le VE ne présente d’intérêt que si les recharges sont effectuées avec une énergie électrique décarbonée, et ce, même en usage urbain. Ceci n’est possible que dans un nombre très limité de pays.

lundi 28 janvier 2019

VE 5 Traces Carbone du VE


Le VE : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
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VE5. - Traces carbone du VE 
  • Ce chapitre porte sur la comparaison entre un VT et un VE avec le même profil de mission :
    • 14 000 km par an x 12 ans
    • Ville, suburbain, routes, autoroutes
    • Remplacement des VT par des VE.
5.1. TC d’utilisation du VE

Elle est évidemment nulle : ni le chargeur, ni la batterie, ni le moteur électrique n’émettent de CO2. Le VE en tire son image de « zéro émission » dont on oublie trop souvent l’adjectif essentiel « locale ».

5.2. TC « puits » à la roue du VE

  • Comme le dit avec juste raison Jean-Marc Jancovici, éminent expert en trace carbone : « L’électricité ne sort pas du mur ! ». Elle est produite à partir des énergies primaires :
    • Charbon
    • Pétrole,
    • Gaz
    • Nucléaire
    • Hydraulique
    • Eolien
    • PV,
    • Divers…
  • Sa trace carbone, très différente selon les filières, est donc aussi :
    • Très différente entre pays, selon les filières installées
    • Variable dans le temps, selon le mix de production utilisé.
TC de l’électricité selon les filières de production

5.2.1. TC du nucléaire et des renouvelables
  • Le process est exempt de CO2 direct, mais il ne faut pas oublier la TC d’amortissement, égale à la TC d’investissement divisée par la durée de vie effective, qui est elle-même égale à la durée de vie en années multipliée par le facteur de charge défini comme « énergie produite sur l’année / énergie produite à 100% de la puissance installée ».
  • La TC du nucléaire est très basse, grâce à une durée de vie supérieure à 40 ans et un facteur de marche de 75%.
  • La TC de l’hydraulique est très basse aussi, avec une durée de vie presque illimitée, et en dépit d’un facteur de charge variable, mais généralement choisi par l’opérateur
  • Les nouveaux renouvelables ont une TC plus élevée en raison de  :
    • Une durée de vie beaucoup plus faible, 10 à 15 ans
    • Un facteur de charge très bas : 15% (PV) à 20% (éolien)
    • Un investissement sur énergie produite plus élevé que le nucléaire.

                            Le graphe ci-dessous, 2011, pas à jour : TC du PV à diviser par 2 à 3 en raison de la baisse de ses prix.

5.2.2. TC des énergies fossiles :

La TC du process est prépondérante sur celle des investissements. Ces filières sont très différenciées entre elles, selon deux paramètres :magne²
  • Le taux de carbone dans l’énergie primaire (C >> CnH2n+2 > CH4)
  • Le rendement du cycle de production les centrales à gaz à cycle combiné allient le T1 (selon Carnot) très élevé des combustions internes et le T2 bas des cycles à vapeur.


5.2.3. TC selon le lieu : France - Allemagne

La TC de la recharge d’un VE varie donc selon les filières de production utilisées, très différentes selon les pays. Des exemples très contrastés sont la France et Allemagne. En résumé la TC de 1 MWh produit est :
  • En France : 74 Kg
  • En Allemagne : 700 Kg, soit presque 10 fois plus
  • Sans parler du coût pour l’abonné, presque double en Allemagne.


Ceci résulte principalement de la politique énergétique allemande qui est un déni de réalité : Un investissement monstrueux (350 G€) en éolien intermittent et peu prévisibles, et en photovoltaïque (PV) mal adapté aux latitudes septentrionales sous lesquelles sa production hivernale est insignifiante, et évidemment nulle la nuit en toutes saisons, n’a pu compenser la sortie du nucléaire décidée pour des raisons idéologiques, et a amené un énorme développement du charbon et du lignite de Saxe extrêmement émetteur de CO2 et de pollutions variées. Pour plus de détail voir message dans ce blog : Le contre-exemple allemand.

5.2.4. TC selon le lieu : Ensemble du monde


(Source : Dossier CO2 « Les Echos » 3/12/2018)

  • TC : Avec 660 kg de CO2/Mwh final, le mix mondial 2017 est à peine meilleur que le mix allemand (700 Kg), et n’a pas changé depuis 1990
  • Mais la production électrique a beaucoup augmenté avec évolution du mix :
  • Les nouveaux renouvelables en cours de décollage, de 1,5% à 8,5%, mais leur pondération reste faible.
  • L’hydraulique en régression relative de 17,5% à 16%
  • Le nucléaire est resté constant en volume, donc relativement décroissant de 16% à 10,3%.
  • Malheureusement, le gaz s’est substitué uniquement au pétrole, la somme gaz + pétrole restant constante à 26,5%
  • Et le charbon reste, hélas, en tête et constant en pourcentage, c’est à dire en forte progression en volume…
  • Au global, les réductions d’émissions dues aux nouveaux renouvelables et au gaz ont été annulées par le recours croissant aux énergies fossiles.

On est donc, dans l’ensemble, très loin d’un véhicule électrique « zéro émission ». L’adjectif « locale » restera durable, si l’on ose dire !

5.2.5.  TC selon le moment : France

Dans un territoire donné, la trace carbone n’est pas constante : la demande en énergie varie dans le temps dans un facteur de l’ordre de 3, et les moyens mobilisés successivement pour satisfaire la demande dépendent de nombreux critères :
  • Les nouveaux renouvelables intermittents sont mobilisés les premiers malgré leur prix contractuel élevé parce qu’ils bénéficient d’une priorité d’écoulement. En France, ils n’excèdent jamais la demande, et peuvent être très faibles, notamment par régime anticyclonique (peu de vent) d’hiver (PV insignifiant le jour, et nul pendant les longues nuits). L’hydraulique au fil de l’eau, minoritaire, s’y ajoute.
  • Le nucléaire, exempte de CO2, très compétitif et de coût marginal (celui du combustible) presque nul.
  • L’hydraulique éclusée ou de haute chute
  • Les énergies fossiles, en commençant par le gaz, puis le fioul, puis le charbon.

 Il s’en suit que la TC ne sera pas constante. Elle pourra être :
  • Nulle (cas fréquent hors Bretagne et PACA), notamment en l’absence de grands froids, ainsi que les jours fériés.
  • Marginalement très élevée si les moyens exempts de CO2 sont déjà saturés : grands froids, températures fraîches de nuit par temps calme.


5.2.6. Réduction de la TC par stockage de l’énergie électrique

Les variations de la demande ne correspondant en rien à l’intermittence de certaines productions, une solution pourrait être apportée par le stockage. Mais les moyens de stockage économiquement utilisables sont limités :

  • Les STEPs hydrauliques stockent l’énergie par électrique par « pompage » dans les limites de leurs capacités, peu extensibles.
  • Aucun autre moyen de stockage n’est actuellement viable : tous les procédés de stockage physiquement possibles ont des coûts de stockage trop élevés, et souvent rendement insuffisant (hydrogène).
  • A long terme, à la fois par l’évolution technique et l’acceptation de prix beaucoup plus élevés, on pourra :
    • peut-être stocker du jour vers nuit (batteries, hydrogène..?),
    • mais jamais de l’été vers hiver, 365 fois plus long ! 
  • Le stockage ne peut être envisagé que s’il est moins cher (en investissements et/ou en exploitation) qu’une production permanente décarbonée. Or le nucléaire répond parfaitement à cet impératif…


5.2.7. Réduction de la TC de recharge des VE

  • Recharger pendant les heures creuses, c’est-à-dire la nuit
    • Majoritairement nocturne à domicile,
    • En charge lente
    • Sous impératifs d’horaires, comme chauffe-eaux. 
  • Si la substitution des VE aux VT est forte ; les heures « creuses » cesseront de l’être et de nouveaux moyens seront requis.
  • La substitution totale, étudiée dans un message dédié, nécessite d’augmenter de 1/3, soit 200 TW, la capacité nationale de production. Or :
    • Les énergies fossiles restent à proscrire, faute de quoi le VE n’apporte aucune réduction des émissions de CO2.
    • L’hydraulique est peu extensible.
    • Le PV ne produit rien la nuit, très peu d’octobre à février,
    • L’éolien est intermittent, absent par régime anticyclonique,
  • La seule solution est l’abrogation de la loi sur la transition énergétique et la construction de 15 EPR et 1,9 GW. La logique voudrait que l’on commence par Plogoff, idéalement placé en Bretagne qui en est dépourvue, sur une côte rocheuse baignée de forts courants marins qui éviteront le recours à des réfrigérants atmosphériques.

A défaut, comme chez nos amis Germains, le VE émettra plus de CO2 que le VT. Ceci est quantifié ci-dessous.

5.3. Trace carbone de fabrication du VE

Il existe peu d’informations fiables à ce sujet. Quelques pistes de réflexion :
  • Hors batterie, en séries comparables, le VE ne devrait être  ni plus lourd, ni plus cher qu’un VT, et donc  de TC équivalente



  • Mais la batterie, sans doute prépondérante, ne saurait être négligée. La photo ci-dessus montre une batterie-plateforme d’Audi E-tron, 90 KWh et 900 kg.
  • Elle comporte énormément d’électronique, chaque élément ayant sa propre carte de contrôle.
  • Sa surface est celle de tout l’habitacle
  • Pour des raisons de sécurité en cas de choc latéral accidentel, elle est ceinturée par un profilé lourd en aluminium extrudé, section environ 15 x 10 cm, masse évaluée à 140 kg.
  • Sa TC reste inconnue, mais est évidemment élevée !
  • La littérature anti VE pose l’hypothèse qu’un VE a une trace carbone double d’un VT, soit 14,4 t en comparaison du VT moyen à 7,2 t, mais cette allégation n’est nullement démontrée.

5.3.1. Comparaisons en entrée de gamme
  • Le véhicule électrique de l’Alliance décliné en 2 modèles très proches, les Renault Zoé et Nissan Leaf est, selon elle, le véhicule électrique le plus vendu dans le monde. 
  • Comparons la Twingo à essence avec la Zoé électrique munie d’une batterie de 22 KWh.
    • Rapport des masses :                         1,66
    • Rapport des prix avant bonus:          2,13
    • La moyenne des deux rapports :       1,88
  • Faute de mieux, à partir de ce raisonnement très discutable, appliquant ce même ratio de 1,88 au VT typique (nettement plus grand et lourd qu’une Twingo), on aboutit à :
  • TC VE = TC VT x 1,88 = 7,2 x 1,88 = 13,5 tonnes
  • Cette hypothèse est raisonnable, mais ce n’est qu’une hypothèse !
5.4. TC totale d’un VE

La TC totale du VE, contrairement à celle du VT ne peut se ramener à deux chiffres (fabrication plus utilisation puits à roue), car le second de ces chiffres doit être examiné selon la filière de production électrique. C’est l’objet du message suivant.