Les véhicules électriques & la transition énergétique : contexte, enjeux, perspectives (conférence donnée à l'INSA de Rennes en fevrier 2015)

1. Les transports à l'heure de la
transition énergétique :
Contexte, enjeux, perspectives
Twitter : @green_emotion
@auto_propre

2. Contexte (mondial)
Des mutations en cours et à venir d'une ampleur inédite :
+ la fin du tout pétrole dans le transport (...)
+ l'urbanisation croissante du monde (Métropolisation)
+ le stockage de l'énergie électrique / l'électricité solaire à très bas coût...
...
+ la mobilité à l'ère du numérique (BlaBlaCar, Uber, drivy, Zipcar...)
Source : « quelle France
dans 10 ans ? » CGSP

3. Les enjeux énergétiques & environnementaux
- Urbain : amélioration de la qualité de l’air en ville
- Amélioration de l’efficacité énergétique (et économique) des
transports
- Transition énergétique (« peakoil » / émissions CO2)
- Développement de nouveaux services en mobilité
« intelligents » et « connectés » (mobilité numérique)

4. Les limites du moteur thermique
Rendement énergétique intrinséquement limité : ~ 45 % max. (Diesel) ; 38 % max.
(essence – cycle Atkinson)

5. Les limites du transport à pétrole
UN IMPERATIF : réduire les émissions de CO2 !
Secteur transport (France) = 30% des émissions de CO2 du pays (~ 20%
au niveau mondial, aérien inclus)

6. Les limites du « tout voiture »
En ville, un mode excessivement consommateur d'espace
eu égard au service rendu et à la valeur du foncier.
Voiture particulière = 97% du temps à l'arrêt...
Pour une ville de 100 000 habitants, espace public consacré au stationnement
sur voirie : ~ 50 hectares minimum (!)

7. Vers un nouveau modèle...

En synthèse : une mobilité individuelle motorisée à fort
impact environnemental, très énergivore, créatrice
d'emplois et de richesses depuis près d'1/2 siècle mais de
moins en moins bien vécue socialement.
=> L'enjeu du XXIème S. : aller vers une mobilité maîtrisée,
beaucoup moins impactante au plan environnemental,
créatrice de lien social et de bien-être et économiquement
viable.
=> Des changements qui ne se limiteront pas uniquement à
des ajustements sur les modes de transports mais qui
impacteront aussi l'aménagement du territoire, les
opérations d'urbanisme, nos modes de vie (rapport à la
voiture individuelle notamment...)

8. Les principaux leviers d'actions
L'urbanisme :
Les technologies :
Hybrid system
Les comportements & aspirations individuels...
Le levier réglementaire et fiscal (...)
N.B : Effets induits...
N.B : freins culturels, inertie des mentalités (!)...
N.B : Potentiellement très efficace... à condition qu'il soit socialement juste !
N.B : Long terme
Electrique « Big data »
...

9. Principales technologies disponibles :
- Moteurs thermiques (essence et diesel) : Des progrès significatifs en terme
de dépollution depuis l’entrée en vigueur de la norme Euro 5. Problème : perte
d’efficacité des systèmes de dépollution au fil des ans (coût d’entretien) +
usure intrinsèque des moteurs (perte d’étanchéité). Dépendance au pétrole.
- Technologie hybride (essence + électrique / diesel + électrique) : Très
efficace en usage urbain. Jusqu’à – 80% d’émission de NOx / diesel Euro 5 &
Zéro particule fine si hybride – essence. Dépendance au pétrole sauf si
hybride rechargeable (Golf GTE, A3 e-tron, Chevrolet Volt...)
- Electrique : zéro émission à l’usage. La technologie la plus efficace à ce jour
pour circuler en milieu urbain
- Hydrogène : véhicule électrique équipé d’une pile à combustible alimentée à
l’hydrogène servant à la production d’électricité (pb : production &
distribution H2…)

10. Avantage des moteurs électriques
- Rendement moteur constant quelque soit l’usage
- Récupération d’énergie au freinage et à la décélération
- Zéro émission à l’usage
- Multiplicité des sources d'énergies (solaire PV...)
- Temps de recharge batterie / Autonomie
- Polyvalence VE < polyvalence VT (…)
- Tenue dans le temps des batteries (à relativiser si taux de
recyclage élevé)
-
=> Pertinence forte pour tous les usages de type urbain (V & d faibles)
P (kW)

11. Le cas Tesla Motors
Berline électrique à grosse batterie (85
kWh)
Autonomie maxi ~ 400 km
Poids à vide : 2,1 tonnes (dont 600 kg de
batterie Li-ion HD)
Prix : 80 k€
Infrastructure de charge dédiée :
« SuperCharger » : 135 kW max (FR : 120)
Temps de charge / autonomie : 20' / 200 km
Accès gratuit & illimité pour les propriétaires
de Tesla
Tesla Motors « Disruptive Technology »

12. Des synergies futures à développer
entre transport & énergie solaire
(stockage de l'énergie)
Stockage direct via batterie
Stockage indirect via production H2
Véhicule électrique & énergie solaire
Évolution du coût du Wc solaire PV (1977 – 2013)

13. Les principaux types de batterie
À propos des batteries...

14. L'électrique à prolongateur d'autonomie (Range Extender)
- REx : générateur dédié à la production d’électricité (recharge batterie uniquement)
- Charge rapide pas indispensable. Charge accélérée utile pour éviter de recourir trop
souvent au prolongateur qui fonctionne à l’essence. Solution « transitoire » ++
- Inconvénient : coût, encombrement…
- Avantage : permet de s’affranchir de la peur de la panne. Polyvalence accrue (permet
de s’affranchir du temps de recharge et de la disponibilité des bornes de charge)
BMW i3 REx

15. Hybride rechargeable
- Technologie intrinsèquement coûteuse (2 moteurs de traction + 1 batterie de
capacité moyenne)
- Polyvalence identique à celle d’un VT, mode EV en +
(pas ou peu de changement comportemental et/ou usages…)
- Bilan économique/écologique = f (fréquence de recharge)
- Recharge normale (3 kW) uniquement sauf exception
N.B : à Strasbourg, l’expérimentation menée pendant 3 ans (2010-2012) avec des
Prius III rechargeable a permis de mesurer une réduction de 50% du budget
essence et des émissions de CO2 à raison de 1 charge / j. en moyenne
(autonomie EV Prius III Plug-in Hybrid ~ 20 km)

16. Pile à combustible H2
- Technologie coûteuse (réservoir H2 + PAC + batterie tampon + moteur
électrique)
- Quid de la production + distribution H2 à grande échelle???
- Bilan économique/écologique = f (production H2)
- N’appartient pas à la catégorie des VEx (recharge H2
uniquement sauf lorsque PAC H2 sert de prolongateur d’autonomie uniquement)
Coûteuse, la filière Hydrogène (PAC H2) pourrait néanmoins trouver une place dans le futur
en complément des VEx pour les véhicules lourds et/ou les flottes captives (filière peu
développée à ce jour en France).
A titre indicatif, 1 station de distribution H2 ~ 1 M€ d’investissement …

17. Cas particulier des bus urbains
- Technologie hybride pas aussi efficiente qu’espérée car l’électricité qui
alimente le moteur électrique est majoritairement produite par le moteur
thermique (régénération très faible car V faible). Technologie Hybride – diesel
mal adaptée aux usages exclusivement urbains.
- Electrique à batterie (grosse capacité) : Coût élevé. Interrogation sur la durée
de vie des batteries? Bilan environnemental batterie (?)
- Electrique à biberonnage (supercapacité) : sur 1 ligne urbaine type (L ~ 10 -
15 km), recharge rapide en bout de ligne + recharges intermédiaires si
nécessaire. Efficacité énergétique supérieure (masse à vide inférieure).
Capacité du bus conservée. Coût infrastructure élevé.

18. À propos des transports collectifs urbains (TCU)

Adaptés à la ville dense uniquement (voire très dense si M°)

Mixité fonctionnelle des zones de dessertes

Aménagements spécifiques : sites propres exclusifs (TCSP),
pôles d'échanges multi-modaux (PEM), systèmes d'information
voyageurs (SAEIV), etc...

Matériel fiable et économique (des caractéristiques assez peu
favorable à l'innovation)

N.B : TCU = d'abord pour l'économie d'espace...