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La voiture de demain sera-t-elle électrique?

Nicolas Meilhan
Nicolas Meilhan
Nicolas MeilhanIngénieur-Conseil Energie & Transport à Les Econoclastes, France Stratégie

La concentration atmosphérique de CO2 dépasse de plus de 30% la concentration maximum de ces 800,000 dernières années (homo erectus) et devrait tripler à 900ppm d'ici 2100 Fin du pétrole d'ici 50 ans Les véhicules électriques à prolongateur d'autonomie (50km) peuvent rouler 80% de leur temps en électrique et se charger sur l'infrastructure électrique existante La demande de pétrole pour les voitures pourrait être réduite de 80% Le pétrole ne serait alors plus une ressource critique

La voiture de demain sera-t-elle électrique?

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La voiture de demain sera-t-elle électrique?
Nicolas Meilhan
Ingénieur Conseil, Frost & Sullivan
Septembre 2016
2
3 défis majeurs sont à prendre en compte afin de développer la
voiture du futur: les changements climatiques, l’épuisement des
énergies fossiles ainsi que la pollution atmosphérique
Performance
• Efficacité / Sobriété
• Accélération
• Vitesse de pointe
• Émissions de CO2
• Pollution atmo.
Changements
Climatiques
• La température a augmenté de 1° C
depuis le début de l’ère industrielle
• Une augmentation de 2° C associée
à des conséquences dramatiques
prévue d’ici à 2100 si aucune
mesure n’est prise
Épuisement des
énergies fossiles
• 97% des transports routiers
utilisent des combustibles
fossiles
• Le pétrole, principal moteur de
notre économie, pourrait
disparaître d'ici la fin du siècle
Pollution atmosphérique
• Avec l'exode rural et le
développement des mégalopoles,
la pollution atmosphérique a
atteint des niveaux sans précédent
• Multiplication des maladies graves
liées aux particules (PM) et aux
oxydes d’azotes (NOx)
DéfisContraintes
Conditions nécessaires au développement de masse de la voiture du futur:
 Même performance, même autonomie et même coût que les voitures thermiques
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• Investissements
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Épuisement des énergies fossiles
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Changements climatiques Pollution atmosphérique
Autonomie Infrastructures Coûts
3
Les véhicules électriques n’ont jamais réussi à combler leur retard jusqu’à
présent car le pétrole a la densité énergétique la plus élevée de tous les
vecteurs énergétiques, que ce soit au niveau massique ou volumique
Source : P.R. Bauquis
Densité des vecteurs énergétiques utilisés dans le transport
Les hydrocarbures liquides ont une densité énergétique massique 100 fois plus élevée que les
batteries  1kg d’essence contient autant d’énergie que 100 kg de batteries
4
Quelle que soit l’origine du réchauffement climatique, une
augmentation de la température de 5°C d'ici 2100 (pire des
scénarios) aurait des conséquences dramatiques
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Changements climatiques Pollution atmosphérique
Autonomie Infrastructures Coûts
Sources: Global change.gov
Concentration de CO2 depuis 800,000 ans
• La concentration atmosphérique de CO2 dépasse de plus de 30% la concentration
maximum de ces 800,000 dernières années (homo erectus)
• Cette concentration devrait atteindre de 550 à 900 ppm en 2100 – de 85% à 200% plus
élevé que la concentration maximum depuis que l’homme existe
Prévision des températures jusqu’à 2100
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La principale question n’est pas de savoir si nous aurons encore du
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Jean-Marie Bourdaire
6
Le développement des véhicules électriques en zone urbaine permet
une réduction significative de la pollution atmosphérique, les
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Émissions de particules (PM) à Paris
9 juin 2004, 10h, index atmo « Mauvais 7 »
14 juin 2004, 10h, index atmo « Bon 3 »
PM10 = 20 µg/m3
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Émissions de NOx des moteurs diesel
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Source: Frost & Sullivan analysis, ICCT
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La voiture de demain sera-t-elle électrique?

  • 1. La voiture de demain sera-t-elle électrique? Nicolas Meilhan Ingénieur Conseil, Frost & Sullivan Septembre 2016
  • 2. 2 3 défis majeurs sont à prendre en compte afin de développer la voiture du futur: les changements climatiques, l’épuisement des énergies fossiles ainsi que la pollution atmosphérique Performance • Efficacité / Sobriété • Accélération • Vitesse de pointe • Émissions de CO2 • Pollution atmo. Changements Climatiques • La température a augmenté de 1° C depuis le début de l’ère industrielle • Une augmentation de 2° C associée à des conséquences dramatiques prévue d’ici à 2100 si aucune mesure n’est prise Épuisement des énergies fossiles • 97% des transports routiers utilisent des combustibles fossiles • Le pétrole, principal moteur de notre économie, pourrait disparaître d'ici la fin du siècle Pollution atmosphérique • Avec l'exode rural et le développement des mégalopoles, la pollution atmosphérique a atteint des niveaux sans précédent • Multiplication des maladies graves liées aux particules (PM) et aux oxydes d’azotes (NOx) DéfisContraintes Conditions nécessaires au développement de masse de la voiture du futur:  Même performance, même autonomie et même coût que les voitures thermiques Coûts • Coût de possession • Achat • Recharge • Entretien Autonomie • Autonomie entre 2 recharges • Temps de recharge • Poids du stockage d’énergie Infrastructure • Investissements nécessaires pour améliorer les infrastructures existantes et/ou en construire de nouvelles • Normes internationales communes Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
  • 3. 3 Les véhicules électriques n’ont jamais réussi à combler leur retard jusqu’à présent car le pétrole a la densité énergétique la plus élevée de tous les vecteurs énergétiques, que ce soit au niveau massique ou volumique Source : P.R. Bauquis Densité des vecteurs énergétiques utilisés dans le transport Les hydrocarbures liquides ont une densité énergétique massique 100 fois plus élevée que les batteries  1kg d’essence contient autant d’énergie que 100 kg de batteries
  • 4. 4 Quelle que soit l’origine du réchauffement climatique, une augmentation de la température de 5°C d'ici 2100 (pire des scénarios) aurait des conséquences dramatiques Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Sources: Global change.gov Concentration de CO2 depuis 800,000 ans • La concentration atmosphérique de CO2 dépasse de plus de 30% la concentration maximum de ces 800,000 dernières années (homo erectus) • Cette concentration devrait atteindre de 550 à 900 ppm en 2100 – de 85% à 200% plus élevé que la concentration maximum depuis que l’homme existe Prévision des températures jusqu’à 2100
  • 5. 5 La principale question n’est pas de savoir si nous aurons encore du pétrole en 2100 mais pendant combien de temps il sera encore économiquement accessible pour notre économie et nos voitures Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Extractionenmilliardsdebarils depétroleparan Evolution de l’extraction d’hydrocarbures liquides - 1930 à 2050 - « Ce n’est pas la taille du réservoir qui compte, c’est la taille du robinet » Jean-Marie Bourdaire
  • 6. 6 Le développement des véhicules électriques en zone urbaine permet une réduction significative de la pollution atmosphérique, les émissions de particules et de NOx étant particulièrement nocives Émissions de particules (PM) à Paris 9 juin 2004, 10h, index atmo « Mauvais 7 » 14 juin 2004, 10h, index atmo « Bon 3 » PM10 = 20 µg/m3 PM10 = 80 µg/m3 Émissions de NOx des moteurs diesel - Homologation vs. Réalité - 72000 personnes meurent chaque année en Europe des NOx émises principalement par les voitures diesels Source: Frost & Sullivan analysis, ICCT Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
  • 7. 7 Les véhicules hybrides rechargeables offrent actuellement le meilleur compromis entre la consommation de carburant et les émissions de CO2 du puit à la roue Consommation et émissions de CO2 du puit à la roue pour les voitures en 2035 Source: More Sustainable transportation: The Role of Energy Efficient Vehicle Technologies, Sloan Automotive Laboratory (MIT), April 2008 Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Émissions de gaz à effet de serre du puit à la roue (gCO2/km) Véhicule hybride rechargeable (50 km d’autonomie électrique) Consommationdecarburant(L/100km)
  • 8. 8 Le mix de production d’électricité a un impact considérable sur les émissions de CO2 des véhicules électriques Émissions de CO2 du puit à la roue d’un véhicule tout électrique • Les États-Unis, l’Allemagne et la Chine utilisent surtout le charbon pour produire de l’électricité avec respectivement 40%, 45% et 70% de leur production électrique • Le nucléaire et les énergies renouvelables (y compris l'hydroélectricité) sont les seules alternatives pour produire de l'électricité sans émettre de CO2 Intensité d’émission gCO2/kWh g/km Éolien 5.5 0.9 Hydro-électrique 18 2.9 Nucléaire 60 9.6 Gaz naturel à Cycles Combiné 461 74 Gaz naturel 653 104 Charbon 1075 172 Intensité d’émission de CO2 (gCO2/kWh) % d’électricité sans CO2 Intensité d’émission (gCO2 / kWh) Émissions du puit à la roue d’un véhicule électrique * (g/km) France 90% 75 20 Canada 59% 267 43 Californie 44% 470 75 Etats-Unis 31% 710 114 Chine 20% 950 160 Source: Rouler sans pétrole, Pierre Langlois, 2008 * Équivalent à un véhicule thermique consommant = 9l/100 km => 244g/km Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
  • 9. 9 Le véhicule hybride rechargeable est la seule technologie alternative en mesure de concurrencer aujourd’hui à grande échelle les véhicules thermiques Sources: Analyse s Frost & Sullivan Autonomie Infrastructures nécessaires +- Distance Temps de charge Poids du stockage d’énergie Véhicule thermique 600 km 5 min Existante45 kg Véhicule hybride rechargeable 600 km (20 à 60 km en mode électrique) Existante2-3 hours 50 to 90 kg Véhicule électrique 60 à 250 km en mode électrique 4-8 hours 90 to 250 kg Véhicule à pile à combustible 600 km 5 min 90 to 100 kg Performance Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts A développer A développer
  • 10. 10 Le véhicule hybride rechargeable sera compétitif par rapport aux véhicules thermiques sans subvention avec un prix du litre d’essence supérieur à 2.5€ Coût total de possession d’un véhicule thermique à essence et d’un véhicule hybride rechargeable * Prospects for Plug-in Hybrid Electric Vehicles in the United States and Japan: A General Equilibrium Analysis MIT, 2009 ** 80% des français conduisent moins de 50 km par jour Sensibilité de la durée de retour sur investissement au prix de l’essence et aux aides de l’État Coût de possession d'une voiture de Segment C Thermique essence Véhicule hybride rechargeable (50 km d’autonomie électrique) Coût d'achat (€) 14800 € (20000$) +7400 € (+10000 $*) Autonomie tout électrique 0 km 50 km Consommation instantanée d’essence & d’électricité 7 l/100km 1.4 l/100km ** & 15 kWh/100km Consommation annuelle d'énergie (14000 km) 980 l 196 l & 1,68 MWh Coût annuel d'utilisation (1,75 €/l & 100 €/MWh) 1715 € 343 € + 168 € = 511 € Coût annuel d'utilisation (2 €/l & 100 €/MWh) 1960 € 392 € + 168 € = 560 € Coût annuel d'utilisation (2,5 €/l & 100 €/MWh) 2450 € 490 € + 168 € = 658 € Prix du litre d’essence 1,75 € 2 € 2.5 € Surcoût par an lié à l'utilisation de la voiture thermique 1204 € 1400 € 1882 € Durée de retour sur investissement sans aide 6.1 années 5.3 années 3.9 années Durée de retour sur investissement - aide de 2000€ 4,5 années 3,9 années 2.9 années Durée de retour sur investissement - aide de 4000€ 2.8 années 2,4 années 1.8 années Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts
  • 11. 11 Véhicule Hybride RechargeableVéhicule Thermique Indépendance aux métaux Autonomie Infrastructure de recharge disponible Efficacité énergétique Coût abordable Indépendance au pétrole Indépendance aux métaux Autonomie Infrastructure de recharge disponible Efficacité énergétique Coût abordable Indépendance au pétrole Le véhicule hybride rechargeable est la seule alternative en mesure de remplacer à grande échelle les véhicules thermiques d’ici à 2030 Épuisement des énergies fossiles Performance Changements climatiques Pollution atmosphérique Autonomie Infrastructures Coûts Sources: Frost & Sullivan Véhicule Electrique à Batteries Véhicule Electrique à Pile à Combustible Indépendance aux métaux Autonomie Infrastructure de recharge disponible Efficacité énergétique Coût abordable Indépendance au pétrole Indépendance aux métaux Autonomie Infrastructure de recharge disponible Efficacité énergétique Coût abordable Indépendance au pétrole
  • 12. 12 L’électrification des véhicules se fera progressivement pour devenir à terme 100% électriques, l’autonomie tout électrique des véhicule hybrides rechargeables augmentant avec la réduction des coûts des batteries • Les véhicules thermiques représenteront toujours la majorité des ventes ces 20 prochaines années avant une inversion du mix en 2030 • La pile à combustible a peu de chance de se retrouver dans un véhicule avant 2020 sauf pour des applications de prolongateur d’autonomie ou d’alimentation d’auxiliaires • Le véhicule électrique qui n'émet ni CO2, ni polluants, est encore trop cher pour une autonomie limitée, et nécessite des investissements significatifs dans le développement d’une infrastructure ainsi que la mise en place de normes: sa pénétration sera limitée à 10% du mix avant 2035  Les flottes d’entreprise, l’auto partage ainsi que les bus/tramway représentent cependant des niches de marchés attractives pour les véhicules tout électrique ou à pile à combustible • Le véhicule hybride rechargeable représente le meilleur compromis ces 20 prochaines années avec à la fois les avantages de la voiture thermique – autonomie, infrastructure existante, coût comparable – et de la voiture tout électrique – sobriété énergétique, émissions de CO2 et une pollution atmosphérique limitées Ventes annuelles de véhicules tout électrique et d’hybrides rechargeables Source: EIA 2011 Pile à combustible Tout électrique Hybrides rechargeables Hybride parallèle Diesel Essence GNV / GPL Ventes annuelles de véhicules légers par type de moteur
  • 13. 13 Le buzz médiatique ne suffira pas cependant pour développer la voiture électrique à grande échelle. Attention des médias pour les véhicules à carburant alternatif - 1980–2013 - Source: Moving beyond alternative fuel hype to decarbonize transportation, Noel Melton, Jonn Axsen & Daniel Sperling, Nature Energy (2016)
  • 14. 14 Nicolas Meilhan Consultant Principal Energie & Transport (+33) 1 42 81 23 24 nicolas .meilhan@frost.com