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lundi 28 janvier 2019

VE 5 Traces Carbone du 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


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.

VE4. Trace carbone du VT


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



VE4 - Traces carbone du VT


4.1. La trace carbone d’utilisation du VT typique
  •  C’est la seule à être actuellement prise en compte, sans doute parce que c’est la plus facile à déterminer et à normaliser.
  • Cette normalisation était basée sur le cycle NEDC fort peu réaliste. Son remplacement par le cycle WLTP aboutit en principe à une augmentation de l’ordre de 15% du CO2 normalisé émis, chiffre contesté par les constructeurs qui font état d’une augmentation de 20% de ce même CO2 normalisé.
  • Mais ces émissions normalisées, soit 115 à 120 gr/km selon WLTP, restent très inférieures aux émissions réelles, selon l’exemple ci-dessous d’un VT typique d’utilisation polyvalente sur sa durée de vie :
    • Parcours de 160 000 km
    • Consommation aux 100 km:  : 5 kg d’hydrocarbures (= 6 l de gazole ou 7 l d’essence)
    • Total :  5 x 160 000 / 100 = 8 tonnes de carburant
    • Trace carbone : 8 x 44 / 14* = 25 tonnes de CO2.
    • Soit 25 000 000 / 160 000 = 156 gr CO2/km
*Nota : Rapport en masse de CO2 / Hydrocarbure : (CO2=44 g/mole) / (CH2=14 g/mole). En réalité Cn H2n+2 . Avec n=10 : C10H12 = 132 vs. H2=2. On néglige le 2, et on peut simplifier par n, d’où CH2=14) 

4.2. TC du puits à la roue du VT
  • Pour intégrer la TC depuis l’énergie primaire, et non plus seulement depuis la pompe, il faut ajouter le processus suivant :
« Extraction à Oléoduc à Terminal maritime à Navire pétrolier à Raffinage à Stockage à Transport routier à Station-service »
  • Selon l’ADEME, dans cette chaîne :
    • Les transports, notamment maritimes, sont mineurs
    • L’extraction et raffinage prépondérants
    • Le « Rendement » global est de 83%.
    • La trace carbone « de la pompe à la roue » doit ainsi être majorée (1/83% -1) = 20 % 
    • Trace carbone du VT typique au titre du carburant passe donc de 25 tonnes à 30 tonnes.
4.3. La trace carbone de fabrication du VT
 Il est très difficile d’établir précisément la trace carbone d’une fabrication incluant :
    • Des constructeurs, fournisseurs, équipementiers de 1er ou 2ème rang, sous-traitants, matières (acier, aluminium, cuivre…)
    • De l’extraction, du transport, du traitement de minerais (fer, donc coke, électrolyse)
    • Des traces carbone de l’énergie très différenciées selon les pays
Pour le savoir vraiment, il faudrait une comptabilité analytique « carbone » s’ajoutant à la comptabilité analytique « valeur », ce qui est trop compliqué à court terme, mais pourrait devenir nécessaire à long terme…

A défaut, on l’évalue :
  • Dans les messages anciens du présent blog, il a été envisagé le ratio de 1 tonne de CO2 par 1 000 € de coût HT de produits industriels courants.
  • L’application de ce ratio simpliste sur véhicule moyen (PR HT = 13 K€) à 13 tonnes par véhicule, soit environ la moitié du carburant (25 tonnes).
  • Des sites d’ONG « décroissantes » ont des estimations supérieures, mais sans justification crédible.
  • Selon l’ADEME : la TC d’un VT de 1 300 kg serait de 7,2 tonnes de CO2.
  • Admettons que l’ADEME n’ait pas fait preuve d’une bienveillance excessive sur ce paramètre commun aux VT et VE, et donc point faible du VE plus lourd et plus coûteux promu par son ministère de tutelle.
  • Sur cette hypothèse, et sur la foi d’une étude qui apparaît sérieuse et peu concurrencée, nous adoptons ce chiffre de 7,2 T pour un VT typique à pour 1300 Kg

4.4. Trace carbone du VT du « berceau à la roue » (totale)
  •  Récapitulation sur les traces carbone du VT typique sur une vie de 160 000 km :
    • Fabrication : 7,2 tonnes (estimation ADEME)
    • Combustion du carburant : 25 tonnes (base 5 kg de carburant / 100 km) sur 160 000 km
    • Extraction, transports et raffinage du carburant : 20 % (selon ADEME) du carburant utilisé, soit 5 tonnes sur 160 000 km.
  • Donc :
    • Part fixe : 7,2 tonnes
    • Part proportionnelle au kilométrage : 18,8 tonnes pour 100 000 km




vendredi 8 décembre 2017

9 - Energies secondaires « vecteurs d’énergie »


Dans l’onglet CO2 :
Les énergies :
Les utilisations :

Sujets Connexes


 (lignes 28 et 29 du tableau de synthèse)
  
L’électricité (28)

En France continentale, elle est produite très majoritairement (85%) par voie thermique, généralement non renouvelable :
  • 78% électronucléaire
  • 8% fossiles non renouvelables, principalement gaz et fioul, et charbon en cours d’extinction
  • <1 biomasse="" p="" par="" renouvelable="">
  • Rappelons qu’en raison du principe de Carnot, la voie thermique a un rendement de conversion en électricité qui n’excède pas 33% (nucléaire) à 58% (meilleures centrales à gaz à cycle combiné).
 Mais aussi 15% par voie mécanique renouvelable :
  • 12% hydraulique, dont certaines centrales de haute chute, dites STEPs, sont capables de stocker l’énergie électrique excédentaire pour la restituer pendant les crêtes de consommation, avec un bon rendement de l’ordre de (90%)² = 81%
  • 2% à 3% d’énergie éolienne, pour laquelle la notion de rendement n’a pas de sens.
  • Et enfin par panneaux photovoltaïques (PPV), de l’ordre de 1% à 2%, également sans notion de rendement.
L’énergie électrique (indépendamment de ses sources) a presque toutes les qualités :
  • Strictement non polluante
  • Pouvant être produites à partir d’énergies primaires très variées
  • Extrêmement souple, avec un excellent rendement de conversion avec l’énergie mécanique dans les deux sens, et ce, dans une très large gamme de puissances, du watt au gigawatt.
  • Aisément convertible dans ses différentes variantes de tension, d’intensité, de fréquence, de nombre de phases ou AC/DC.
  • Aisément transportable à des distances moyennes (quelques centaines de kilomètres) en THT, ou même longues avec des lignes DC THT (courant continu très haute tension) plus coûteuses.
Elle a aussi quelques inconvénients :
  • Au-delà de 42 V (norme TBT), elle est d’autant plus dangereuse que la tension est élevée, pour les personnes (électrocutions) et les biens (court circuits, amorcages, courants de défaut, échauffement).
  • Elle est pratiquement impossible à stocker en l’état (condensateurs secs) et difficilement par voie électrochimique (batteries et super-capacités coûteuses), mais elle est stockable sous forme d’énergie potentielle dans les STEPs (centrales hydrauliques réversibles de haute chute) en montagne de capacités limitées et peu extensibles.
  • Sa disponibilité est limitée à celle des énergies primaires utilisées pour sa production, donc pratiquement très large.

L’hydrogène 
(ligne 29 du tableau de synthèse)

Il n’a que deux modes de production envisageables :


  • A partir des hydrocarbures : par reformage principalement du méthane (ligne 19), au prix d’une forte émission de CO2, mais pouvant être auto-thermique, c'est à dire sans apport d’autre énergie extérieure. L’enthalpie latente de l’hydrogène ainsi produit est de l’ordre de 50% de celle du méthane consommé, soit un rendement de 50%.
  • L’électrolyse de l’eau (ligne 28) est envisageable, mais est extrêmement consommatrice d’énergie électrique. L’enthalpie latente de l’hydrogène produit est de l’ordre de 70% de l’énergie électrique consommée.

Une fois produit, l’hydrogène est stockable :
  • Durablement sous forme comprimée à pression élevée, mais sa légèreté conduit à des réservoirs volumineux et solides, et donc lourds, et l’énergie utilisée pour la compression obère le rendement de l’opération
  • Pour quelques heures, après liquéfaction à très basse température qui consomme environ 30% de son enthalpie de combustion.
  • Dans des hydrures métalliques qui sont l’objet de recherches.
 Sa réutilisation peut être effectuée :
  • Directement en énergie électrique par des piles à combustibles coûteuses, de durée de vie limitée, et d’un rendement n’excédant pas 50%
  • En énergie mécanique par des moteurs à gaz, ou turbines à gaz pouvant être à cycle combiné, avec un rendement de 35 à 55%
  • En énergie thermique par combustion avec un rendement de 100%
  • Cette réutilisation de l’hydrogène est strictement non polluante puisque qu’elle n’émet que de l’eau.
Il a peu d’intérêt en matière d’énergie de réseau en raison des médiocres rendements cumulés, mais il offre aux véhicules routiers une alternative aux batteries avec un avantage de puissance massique, donc d’autonomie. Il est théoriquement utilisable, sous forme liquéfiée, comme carburant aéronautique en remplacement des hydrocarbures. Il est utilisé depuis longtemps en tant que carburant en association avec l’oxygène liquide comme comburant pour les moteurs-fusées où il constitue de couple carburant /comburant le plus performant.


Résumé des vecteurs :


11 - L’énergie dans les transports



Ils tirent leur énergie presque exclusivement des carburants conventionnels, gazole et essence, issus de la distillation du pétrole fossile, avec une très faible addition d’éthanol agricole renouvelable dans l’essence. Ces carburants sont parfaitement adaptés grâce à :
  • leur état naturellement liquide permettant un stockage (réservoir non pressurisé de petite taille) et une mise en œuvre (autrefois carburateur,  désormais injecteurs) aisés,
  • leur pouvoir calorifique extrêmement élevé (44 MJ/Kg, soit 12 KWh/Kg),
  • leur coût HT très bas
C’est pourquoi leur remplacement est loin d’être simple !

Les inconvénients de ces carburants sont connus :
  • Non renouvelables
  • Emetteurs de CO2 par combustion dans l’air
  • Pollution résiduelle, après d’énormes progrès en 30 ans ayant abouti à la norme Euro 6, satisfaisante si elle est respectée, ce qui est contesté dans le « dieselgate ».
                                         Voie autoroutière urbaine

L’efficacité énergétique des moteurs a énormément progressé, avec une division par plus de 2 des consommations à puissance égale en 30 ans, mais elle touche actuellement à ses limites, d’autant que les normes de pollution ne facilitent pas les choses : il est difficile d’améliorer tous les paramètres à la fois ! 
  • Les boîtes de vitesses automatiques à double embrayage et rapports nombreux ont un apport important en permettant d’utiliser le moteur dans sa zone de meilleur rendement.
  • Mais simultanément, l’architecture des véhicules a évolué défavorablement : 
    • depuis 1990, la part des monospaces et SUV, plus hauts, plus larges, plus lourds jusqu’à un récente prise de conscience, a augmenté au point de devenir majoritaire. 
    • Leur masse a augmenté les forces de roulement et d’accélération, leur maîtresse section S a plus que compensé l’amélioration du Cx, et une bonne partie des progrès des moteurs a été ainsi dilapidée.
    • Il faudra, sous contrainte économique (taxe carbone ou émission maximum par véhicule) revenir à des véhicules architecturés selon l'économie, et non plus selon les volume et les performances, plus légers, plus bas, plus étroits, moins puissants et hybrides. 
L’amélioration de l’efficacité énergétique passe par :
  • Une évolution de l’architecture vers des véhicules bas et légers, mais pas trop courts (Cx).
  • Une réduction des puissance thermiques surabondantes.
  • L’hybridation électrique qui permet elle aussi d’utiliser le moteur dans sa zone de meilleur rendement, de compenser la réduction de la puissance thermique, et de récupérer l’énergie cinétique au ralentissement. Elle est très pertinente en milieu urbain, mais moins sur autoroute. Nous donnons dans ce blog un exemple qui se contente de 2,3 litres d'essence aux 100 km.
  • Des infrastructures permettant d’écouler le trafic à vitesse aussi constante que possible, ce qui est peu compatible avec la généralisation des ronds-points.
  • L’utilisation de gazole dont l’efficacité énergétique est supérieure à celle de l’essence en raison du rapport volumétrique plus élevé : à puissance égale, un moteur diesel émet 15% de CO2 de moins qu’un moteur à essence.
  • L’augmentation du nombre de passagers par véhicule, notamment grâce au covoiturage, informel ou en ligne (Blablacar…).
Mais l’efficacité énergétique ne permettra jamais de réduire massivement les émissions de CO2 dues aux transports. Il existe deux solutions alternatives basées sur les deux vecteurs d’énergie, non dépourvues de graves inconvénients.

Véhicules électriques
(case n, 28 du tableau de synthèse)

Le moteur électrique a presque toutes les qualités : excellent rendement, silencieux, presque inusable, strictement dépourvu de pollution locale, capable d’une puissance de crête largement supérieure à sa puissance moyenne, vitesse de rotation de zéro à très élevée qui simplifie les transmissions, pas plus lourd qu’un moteur thermique à puissance de crête égale.

Malheureusement, il n’en va pas de même des batteries : malgré le progrès énorme apporté par les batteries lithium-ion et leur rendement acceptable de l’ordre de 80%, elles restent très coûteuses, typiquement un tiers de prix total du véhicule, énormément plus lourdes et plus volumineuses qu’un réservoir de carburant aboutissant à la même énergie mécanique, et de durée de vie limitée : on admet généralement qu’une batterie perd 30% de sa capacité après l’équivalent de 1500 cycles de charge / décharge complètes (typiquement 150 000 km), et doit alors être remplacée. Son chargement prend plusieurs heures, sauf à utiliser une charge rapide préjudiciable à sa durée de vie, là où l’on fait un plein de carburant en 3 minutes.



L’énergie électrique doit évidemment être produite. Si sa production est faite avec émission de CO2 (centrale électrothermique fossile) le gain en émission sera au mieux faible (centrales à gaz à cycle combiné) et au pire négatif (centrales à charbon, et réduit par le rendement de batterie). La consommation globale d’un parc important de véhicules électriques sera loin d’être marginale et devra être anticipée par la construction de centrales électriques non émettrices de CO2, et constamment disponibles. A ce jour, seules les centrales électronucléaires répondent à cette définition.  On est en droit de s’interroger sur la politique allemande qui prétend promouvoir le véhicule électrique et fermer des centrales électronucléaires, alors que 40% de son électricité est produite à partir du lignite, particulièrement émetteur de CO2 et de pollutions diverses, notamment particules fines !

L’économie de cette transition pose aussi de sérieux problèmes. Les carburants sont assujettis à la TICPE (Taxe Intérieure sur la Consommation de Produits Energétiques) qui est la contrepartie de la mise à disposition des infrastructures publiques gratuites, et qui constitue la majeure partir de l’assiette de la TVA. Ils sont ainsi un important contributeur aux finances publiques. Le passage à l’électrique fait disparaître presque totalement cette ressource fiscale par moindre volume d’achat, absence de TICPE, moindre assiette et moindre taux de TVA (abonnements), et la remplace par d’énormes subventions à l’achat des véhicules.  Au plan économique, le régime actuel des véhicules électriques n’est pas durable !

Les véhicules tout-électriques pourront supplanter les véhicules conventionnels et concurrencer les hybrides, mais, sauf progrès imprévisible des batteries, uniquement pour un usage urbain et péri-urbain.

Notre blog a proposé deux solutions :
  • des véhicules tout-électrique  avec caténaire permettant de rouler tout en rechargeant la batterie : rendement 100%, autonomie illimitée, mais lourd impact sur les voies routières dont une partie, autoroutes d’abord, devraient être munies de caténaires.
Les utilitaires légers tout-électrique sont bien adaptés aux les livraisons à domicile dont le marché est porté par la croissance des ventes en ligne, et devraient s’y développer rapidement.

Véhicules à hydrogène
(case n, 29 du tableau de synthèse)

Il s’agit en réalité de véhicules électriques dont l’électricité est fournie par une pile à combustible (PAC) alimentée en hydrogène gazeux à partir d’un réservoir pressurisé. Afin de ne pas dimensionner la PAC pour la puissance de crête du moteur, ces véhicules comportent toujours une petite batterie lithium-ion rechargée par la PAC, ou venant en appoint de la PAC, selon la puissance électrique consommée par le moteur.

Par rapport à un véhicule tout-électrique, un véhicule à hydrogène a les avantages suivants :
  • Le stockage de leur énergie dans un réservoir d’hydrogène à haute pression, dont la puissance massique est 2 à 3 fois supérieure à celle d’une batterie, et donc d’augmenter l’autonomie du véhicule.
  • La possibilité de faire « le plein » presque aussi vite qu’un véhicule conventionnel.




Et leurs inconvénients sont :
  • Le mauvais rendement de la chaîne de transformation « électricité vers hydrogène / hydrogène vers électricité », à savoir environ : 70% pour l’électrolyse x 50% pour la PAC = 35%, alors qu’un rendement de batterie est de l’ordre de 80%.
  • Le prix et la fragilité des PAC.
  • La très faible densité de l’hydrogène comprimé qui conduit à des réservoirs volumineux (16 litres à 700 bars pour 1 kg d’hydrogène), et lourds car devant résister à la pression élevée.
  • La nécessité de se recharger en hydrogène, qui suppose la création d’un réseau de distribution d’hydrogène constitué de stations, soit procédant à sa fabrication par électrolyse, soit approvisionnées par « hydroducs » ou par véhicules depuis des usines de production.
  • Le risque lié à la haute pression (700 bars, voire plus) d’un gaz hautement inflammable, à la diffusivité la plus élevée de tous les gaz, et explosif si mélangé à l’air.
Nous ne considérons ici :
  • ni la fabrication de l’hydrogène par reformage des hydrocarbures, moins chère mais non renouvelable et fortement émettrice de CO2,
  • ni l’utilisation de l’hydrogène dans un moteur thermique conventionnel dont  le rendement est inférieur à celui du couple PAC + moteur électrique, bien qu'il soit beaucoup plus facile à mettre en oeuvre.
En l’état actuel des PAC et du stockage, il n’est pas certain que le vecteur hydrogène puisse réellement concurrencer les véhicules de tourisme électriques. Dans un avenir lointain dépourvu d'hydrocarbures, on peut imaginer une segmentation du marché entre véhicules routiers à hydrogène et véhicules urbains tout-électriques.

Poids lourds
(colonne o, lignes 15, 26 et 28 du tableau de synthèse)

Par nature, leur architecture est liée à la réglementation en dimensions maximum (2,55 m x 4,2 m x 18,0 m) et en masse maximum (44 t), dites "maxicodes". Actuellement, le gazole est leur source unique d’énergie, parfaitement adaptée à leur usage essentiellement routier.

La majeure partie du transport routier interurbain par affrètement est effectué par des ensemble articulés maxicodes, tracteur plus semi-remorque, ces dernières étant souvent immobilisées au cours des chargements ou livraisons pendant que les tracteurs continuent à rouler avec d’autres remorques. Le tracteur est relativement court, et le moins lourd possible, pour ne pas réduire le volume et la charge utiles disponibles dans la remorque pour un total autorisé plafonné à 44 tonnes. Il est aussi très puissant, souvent plus de 400 KW, ce qui n'est pas un luxe (contrairement aux véhicules de tourisme), et s'explique aisément: un véhicule maxicode circulant à 90 km/h nécessite environ :
  • 130 KW pour la force de roulement sur sol plan (hypothèse 1,2% de son poids)
  • 130 KW pour la force aérodynamique (hypothèse Cx = 0,60)
  • 200 KW pour un faible pente de 2%
soit un total de 460 KW, sur lequel aucune amélioration d'efficacité énergétique significative n'est envisageable. Ceci exclut pratiquement le recours à des batteries, et interdit donc toute hybridation analogue au tourisme, et plus encore le tout-électrique sur batteries.


La seule solution envisageable pour réduire fortement le gazole, est une hybridation sans stockage par deux moteurs  de puissances proches, de l'ordre de 260 KW permanents chacun : 
  • l’un électrique en continu pour usage sur autoroutes équipées de caténaires à 90 km/h sur sol plan, (mais travaillant à son maximum permanent, il n'a plus de capacité de crête supérieure).
  • l'autre diesel :
    • en appoint dans les côtes d'autoroutes électrifiées, à 90 km/h soutenus jusqu'à 2,5% de côte,
    • utilisé seul sur routes non électrifiées, à 70 km/h soutenus jusqu'à du faux plat de 1%.
La majorité de l’énergie du transport routier de marchandises pourrait ainsi être électrifiée. Il conserverait ses avantages de souplesse (porte à porte) qui lui ont permis prendre 90% du marché des transports de marchandise au détriment du ferroviaire qui était presque monopolistique un siècle plus tôt, mais qui souffre des ruptures de charges qu'il nécessite, et de la rigidité liée à son statut étatique.

Rappelons que le ferroutage, considéré comme une solution d’avenir à la fin du 20ème siècle, ne s’est pas développé en raison des ruptures de charge qu’il impose, du gabarit ferroviaire (4,32 m au dessus des rails) incompatible avec la hauteur des poids lourds maxicode (4,20 m), et de sa rigidité.

Autobus urbains
(colonne p, lignes 15, 26 et 28 du tableau de synthèse)

Leur problématique est très différente, en raison de la faible autonomie qui leur est nécessaire, et de la sensibilité des villes aux différents types de pollution, et notamment au bruit.

Des autobus tout-électrique sont déjà en circulation, et la RATP envisage d’en équiper plusieurs lignes à court terme. Leur recharge est effectuée systématiquement au cours des stationnement aux terminus, et peut être complétée par de brèves recharges (dites « biberonnage ») par voie magnétique au cours des arrêts aux stations. Leur limite est leur coût, environ le double d’un autobus diesel, et, ici encore, la durée de vie de la batterie (qui pourra être lithium-ion, mais aussi LMP, lithium métal polymère, dite batterie chaude, qui requiert un branchement permanent hors utilisation, acceptable pour ce type d’application comparable aux « Autolib’ » de Bolloré, fabricant des batteries LMP).

Les autobus fonctionnant au GPL existent déjà. Ils offrent des avantages par rapport au diesel en matière de pollution locale (particules, bruit) mais, émettent au moins autant de CO2, ils n’apportent rien en matière de changement climatique.

Autocars grandes lignes
(colonne p, lignes 15, 26 et 28 du tableau de synthèse)

Développés récemment en France, ils assurent de liaisons radiales ou transversales, parfois internationales, de longues distances. Plus lents, mais plus souples que le ferroviaire, ce mode de transport est le moins cher et la plus souple qui puisse exister.

Comme il est difficile de ralentir encore ce mode de transport par de longs arrêts pour recharge de batteries, il n'est guère envisageable de l'électrifier. Il restera diesel, sauf si les autoroutes à caténaires se développent. Il y aurait alors la place pour de autocars hybrides sans batterie, ou avec un petite batterie.

Transports ferroviaires
(colonne q, lignes 12, 15 et 28 du tableau de synthèse)

Rappelons que le ferroviaire ne consomme que 1% de l’électricité produite en France. Le réseau ferroviaire étant déjà très majoritairement électrifié, les électrifications complémentaires ne pourraient porter que sur des motrices auxiliaires de triage, ou des petites rames automotrices, pour lesquelles la justification économique n’est pas évidente pour un aussi faible enjeu. 

Transports maritimes
(colonne r du tableau de synthèse)

Sa part commerciale, très prépondérante, relative aux cargos de tous type (vraquiers, porte-containers,  pétroliers, méthaniers, grumiers, céréaliers...), aux paquebots de croisière, et aux bateaux de travail (remorqueurs, barges, dragues, grues...) échappe à la réglementations française, et se trouve donc en dehors de l'objet de notre blog qui se limite à la France. Quelques remarques techniques sont néanmoins intéressantes :
  • Le gazole y est roi
  • Avec l'augmentation des puissances des moteurs diesel, jusqu'à 12 cylindres de 2000 KW chacun, les turbines à vapeur ont disparu.
  • L'optimisation du point de fonctionnement du moteur avec le navire en charge à sa vitesse de croisière, est faite de puis longtemps pour des raisons économiques. L'efficacité énergétique consiste à éviter les trajets à vide, beaucoup plus qu'à en améliorer le rendement.
  • L'idée d'un voile "cerf-volant" analogue au kite-surf existe mais semble bien limitée : la surface d'une telle voile, qui doit pouvoir être envoyée et affalée par l'équipage, sera inévitablement insignifiante par rapport à la force de propulsion requise.
  • Des voiles sur mâts fixes, avec enroulement motorisé, pourrait être envisagées, mais modifieraient considérablement l'architecture du navire, au détriment de son coût et des manutentions portuaires, pour un apport énergétique qui resterait modeste. La viabilité économique semble lointaine.
  • Les paquebots de croisière ont beaucoup évolué, dans un sens fort peu maritime. les prestigieux  paquebots d'antan, qui dépassaient 30 nds grâce à des turbines à vapeur de 120 MW pour réduire la durée de trajets transatlantiques, ont été remplacés par des paquebots un peu plus longs, beaucoup plus larges et haut, propulsés à 20 nds seulement par des pods (nacelles immergées et orientables sous la coque) électriques dont la puissance totale ne dépasse pas 60 MW. Ils sont alimentés par un ou plusieurs groupes électrogènes diesel de forte puissance destinés principalement à fournir l'énergie tertiaire (éclairage, climatisation, électroménager...), et accessoirement la propulsion. Cette architecture hybride série est idéale pour les manoeuvres portuaires autonomes, mais n'apporte rien au plan énergétique, mais au contraire le grève du rendement de la transmission électrique.



La propulsion nucléaire est utilisées par la marine de guerre pour deux applications : les porte avions rapides, et des sous-marins lanceurs d'engins. Ils sont munis de turbines à vapeur produite par des réacteurs à uranium enrichi, autorisant des puissances et vitesses très élevées, mais le choix du nucléaire résulte exclusivement de la recherche d'une autonomie pratiquement illimitée, et non de considérations économiques ou écologiques. Son utilisation à des fins commerciales n'est pas actuellement réaliste, pour de nombreuses raisons, mais il reste une solution lointaine pour de très grands navires.


La plaisance à la voile utilise des moteurs auxiliaires principalement diesel à injection mécanique pour des raisons de simplicité et de sécurité : ils continuent à fonctionner sans batterie, et le gazole est beaucoup moins inflammable que l'essence. On pourrait néanmoins améliorer leur efficacité énergétique en adoptant :

  • des injecteurs "common rail" à commande électronique (nécessitant une batterie en état de marche), 
  • des inverseurs à deux vitesse avant permettant de donner deux optimum de fonctionnement, 
  • et en renonçant aux hélices effaçables (bec de canard, MaxProp...) dont le rendement est toujours inférieur à celui d'une hélice à pas fixe. 

Nous avons montré dans ce blog que l'hybridation n'apporte rien, et le tout-électrique non plus, si ce n'est dans certaines application de très faible puissance.


La plaisance motorisée se divise en deux catégories:
  • Des engins de recherche de vitesse pure : coques planantes, pneumatiques, semi-rigides, coques dures munis le plus souvent de moteurs hors-bord à essence qui peuvent désormais atteindre 300 KW (Chrysler) ! Leurs rendements ont fait de gros progrès, et leurs émissions se sont réduites, grâce à l'abandon des moteurs deux-temps et à l'adoption d'injecteurs électroniques. Mais une taxe carbone serait pleinement justifiée pour dissuader ces utilisations purement ludiques.

  • Des bateaux de croisière, souvent planants et donc très puissants, énormes consommateurs de gazole qu'il sera bon de taxer (TICPE, TVA et TC) pour dissuader l'utilisation à défaut de  gain d'efficacité. Seule l'évolution de l'architecture vers des coques non planantes, dites "trawler" limitées vers 10 nds, éventuellement plus rapides s'il s'agit de catamarans légers à coques fines (ci-dessus) pourrait réduire énormément les émissions tout en conservant des temps de traversées acceptables.
Transports aériens
(colonne s du tableau de synthèse)

En dehors des avions de tourisme généralement munis de moteurs thermiques à essence, la totalité des avions de lignes est équipée de turboréacteurs ou de turbopropulseurs utilisant exclusivement du kérosène, variante aérienne du gazole. Celui-ci représente une part très significative des coûts des compagnies aériennes, ce qui a contraint les motoristes à développer des moteurs de plus en plus économes, notamment grâce à des matériaux d’aubages capables de travailler à des températures de plus en plus élevées, augmentant ainsi le fameux rapport de Carnot T1 / T2. L’efficacité énergétique a été grandement améliorée, mais elle ne progressera pas indéfiniment.

Le kérosène est presque irremplaçable dans une application où la densité énergétique est absolument critique, particulièrement pour des vols long-courriers. En dehors d’avions école électriques capables de voler 10 à 20 minutes à proximité de l’aéroclub, aucune solution par batterie n’est envisageable.

Une amélioration simple mais limitée, consisterait à n’utiliser les moteurs de l’avion que du décollage à l’atterrissage inclus, l’avion étant remorqué par un véhicule thermique de bien moindre consommation, ou mieux, électrique, pour tous les autres trajets au sol, sur les pistes ou aires de trafic.

Théoriquement, on pourrait concevoir des avions de ligne avec des moteurs identiques, au système d’injection près, alimentés en hydrogène. Comme il est exclu d’embarquer des réservoirs pressurisés, trop lourds, la seule solution est de remplir des réservoirs non pressurisés avec de l’hydrogène liquide juste avant le décollage. A énergie égale, ce carburant aura l’avantage important d’être presque 2,7 fois moins lourd que le kérosène, mais aussi l’inconvénient d’être 4,4 fois plus volumineux. L’avion sera ainsi plus léger, et nécessitera donc moins de portance, mais ses ailes, où sont logés les réservoirs, devront être plus épaisses, d’où une traînée augmentée, sauf à les placer dans le fuselage au détriment du volume utile. Difficile de prévoir le bilan final! Aucun retard au décollage ne sera admissible : l’hydrogène liquide à -253°C (20 °K) ne peut que bouillir naturellement, et l’hydrogène gazeux ainsi engendré doit être évacué s’il n’est pas consommé par les moteurs.  Après l’atterrissage, l’hydrogène excédentaire devra être récupéré, et partiellement re-liquéfié.

Mais surtout, faire voler un appareil plein d’hydrogène hautement volatil et inflammable comporte un risque très élevé d’incendie ou d’explosion analogue à celle du Zeppelin gonflé à l’hydrogène, totalement incendié en 34 secondes en 1937.

Symboliquement, on peut affirmer que les dernières gouttes de pétrole serviront à faire voler des avions !