MOBILITÉ DURABLE. Allégement : les acteurs, les enjeux et les clés pour dégager des gains potentiels # 1. 1 er DECEMBRE 2013 UNE EXPERTISE DE

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1 # 1 1 er DECEMBRE 2013 MOBILITÉ DURABLE Allégement : les acteurs, les enjeux et les clés pour dégager des gains potentiels *Responsible investing: Investissement Responsable UNE EXPERTISE DE

2 Pôle d expertise en investissement responsable de Natixis Asset Management, Mirova propose une gestion engagée, visant à relier création de valeur et développement durable. Mirova développe une approche globale de l investissement responsable et rassemble une quarantaine d experts multidisciplinaires : spécialistes de la gestion thématique, ingénieurs, analystes financiers et ESG, professionnels de la finance solidaire et du financement de projets. Mirova a par ailleurs noué un partenariat de recherche avec l Université de Cambridge et participe activement à différentes organisations internationales. L University of Cambridge Programme for Sustainability Leadership, ou CPSL (Programme pour la Direction de la Durabilité de l Université de Cambridge) a pour vocation d échafauder des capacités de direction stratégique qui soient à la hauteur des défis mondiaux les plus importants. Nous permettons aux leaders de mieux aborder les enjeux décisifs en apportant une compréhension approfondie du contexte social, environnementale et économique dans lequel leurs actions s insèrent. Notre portefeuille de cursus exécutifs, programmes d innovation et engagements stratégiques s appuie sur les recherches menés au sein de l université de Cambridge et par d autres partenaires, y compris un réseau de plus de diplômés CPSL ainsi qu une équipe interne d administrateurs, Fellows, et Senior Associates. CPSL est une institution apparenté à la Faculté de Technologies de l Université. S.A.R. le Prince de Galles est le mécène de CPSL et nous faisons partie du groupe d ONG The Prince s Charities, dont Son Altesse Royale est président (www.cpsl.cam.ac.uk). Responsable de la publication : Hervé Guez Responsable de la Recherche Investissement Responsable de Mirova Mike Peirce Directeur de la stratégie et de la communication, Cambridge Programme for Sustainability Leadership (CPSL), University of Cambridge Auteurs : Recherche investissement responsable de Mirova sous la responsabilité d Hervé Guez : Emmanuelle Ostiari Cyrille Vecchi Ont aussi contribué à ce document : Traductions par Lucy Tasker et Rachel Zerner Conception - mise en page : Agence Fargo, 91 rue Réaumur Paris Impression : Tanghe Printing, Boulevard industriel, 20, B-7780 Comines Imprimé sur Cocoon Silk avec encres végétales. logo FSC Rendez-vous sur Suivez-nous

3 SOMMAIRE REMERCIEMENTS 5 BIOGRAPHIES DES INTERVENANTS 6 VUE D ENSEMBLE : SOLUTIONS D ALLÉGEMENT ET MOBILITÉ DURABLE UNE QUESTION D INVESTISSEMENTS 9 1. MOBILITÉ DURABLE ET INNOVATION : UN PARTENARIAT NÉCESSAIRE 14 A. Qu entend-on par mobilité? À partir de quand peut-on dire qu elle est durable? 14 B. L innovation comme moteur de durabilité UNE INNOVATION DURABLE : L ALLÉGEMENT DES VÉHICULES 17 A. La question énergétique dans les transports 17 B. Quels modes de transport doit-on alléger en priorité? 21 C. Les enjeux de l allégement LES SOLUTIONS D ALLÉGEMENT 27 A. Un bénéfice environnemental prouvé 28 B. Les aciers avancés à haute résistance comme rampe de lancement 31 C. L aluminium à l horizon D. Le magnésium présente moins de potentiel 36 E. Les composites comme matériau du futur pour la mobilité? 38 F. D autres matériaux d allégement prometteurs? CONCLUSIONS 48 TABLE DES ILLUSTRATIONS 49 BIBLIOGRAPHIE 50

4 BIOGRAPHIES Emmanuelle Ostiari, Analyste ISR, Mirova Responsible Investing Emmanuelle Ostiari a reçu le diplôme d ingénieur d EPF Ecole d Ingénieurs et a complété sa formation par un mastère spécialisé en développement durable à HEC Paris. Elle a commencé sa carrière en 2009 dans l équipe de recherche extra-financière du CA Cheuvreux. Elle a rejoint Natixis Asset Management en mars 2010, en tant qu analyste ISR. Elle dispose de 4 années d expérience. Emmanuelle occupe aujourd hui le poste d analyste ISR dans le département de Recherche en Investissement Durable de Mirova, pôle d expertise en Investissement Responsable de Natixis Asset Management, et est spécialisée sur les thématiques de la Mobilité et de la Santé. Cyrille Vecchi, Analyste ISR, Mirova Responsible Investing 4 Cyrille Vecchi est ingénieur chimiste diplômé de l université Northumbria de Newcastle (Royaume Uni) et de Montpellier. Il a complété cette formation par un mastère spécialisé à l ESCP Europe en Audit & Conseil. Cyrille a travaillé pendant 4 ans chez Price Waterhouse Coopers en tant que consultant en développement durable à Paris. Il a rejoint Natixis Asset Management en avril 2011, en tant qu analyste ISR. Il dispose de 6 années d expérience. Cyrille occupe aujourd hui le poste d analyste ISR dans le département de Recherche en Investissement Durable de Mirova, pôle d expertise en Investissement Responsable de Natixis Asset Management, et est spécialisée sur les thématiques de l énergie et des ressources. Doug Crawford-Brown, directeur, University of Cambridge 4CMR et Cambridge Programme in International Energy Policy and Environmental Assessment Le Dr. Crawford-Brown est le directeur du Centre for Climate Change Mitigation Research (4CMR) à l université de Cambridge et du Cambridge Programme in International Energy Policy and Environmental Assessment. Il est également professeur émérite à l université de la Caroline du Nord. Il a participé à de nombreux comités nationaux et internationaux : il est conseiller auprès de l OFWAT, The Environment Agency, Department of the Environment and Climate Change, ainsi qu au Highways Agency et British Land and Utilities. Son expertise sur le changement climatique, la croissance durable et la protection environementale est sollicitée par de nombreux gouvernements et entreprises. A ce jour, il a élaboré des plans d action, des conseils et des politiques pour l émirat d Abu Dahbi, Chapel Hill NC, Cambridge UK et pour Bank of America.

5 REMERCIEMENTS Cette étude a été rendue possible par les travaux de recherche et les contributions de nombreuses personnes qui ont partagé leur savoir et fait don de leur temps. Nous souhaitons tout particulièrement témoigner notre gratitude à l égard de Jake Reynolds, le directeur adjoint de CPSL, ainsi que Doug Crawford-Brown, directeur, University of Cambridge Centre for Climate Change Mitigation Research (www.4cmr.group.cam.ac.uk). Nous sommes également reconnaissants envers les divers départements de l université de Cambridge avec lesquels CPSL a travaillé en collaboration étroite pour enrichir les recherches interdisciplinaires de Mirova. Nous tenons à remercier Ian Ellison (Sustainability Manager, Jaguar Land Rover), Steve Evans (directeur des recherches en Industrial Sustainability à l université de Cambridge et partenaire à Riversimple), Jean-Luc Thirion (directeur générale de la R&D mondiale chez Arcelor Mittal) et Carina Wollmann (SRI Equity & Investor Relations, BMW). Leurs contributions nous aident à mieux comprendre les enjeux qui impactent les industries liées au secteur de l automobile, et les réelles opportunités qui se dessinent à travers l allègement. 5 Enfin, nous souhaitons souligner le don de temps, la patience exemplaire, et les critiques constructives de deux personnes : le Dr. Gary Kendall (ancien directeur adjoint, CPSL South Africa) et John Miles (professeur de recherche en stratégie de la transition énergétique, département d ingénierie, Université de Cambridge). Cordialement, Les auteurs Emmanuelle Ostiari and Cyrille Vecchi.

6 BIOGRAPHIES Ian Ellison, Sustainability Manager chez Jaguar Land Rover, Vehicle Engineering Ian est actuellement responsable des questions de mobilité durable sur toute la chaîne de développement, y compris la gestion énergétique, l allègement ainsi que les impacts environnementaux tout au long du cycle de vie des véhicules. Auparavant, il était Director of Corporate Responsibility pour une coentreprise européenne en aérospatiale et défense. Parmi ses rôles dans l entreprise, il a occupé les postes de Strategic Change Director et Head of Systems and Strategy. Ian détient un diplôme en génie mécanique. Il est certifié ingénieur, comptable de gestion et professionel des technologies de l information et communication. Membre du British Computer Society, il est diplômé du CPSL où il a complété le Master of Studies in Sustainability Leadership, le Postgraduate Certificate in Sustainable Business, le Climate Leadership Programme, et le Prince of Wales Business & Sustainability Programme. Dr Steve Evans, directeur de la recherche, Institute for Manufacturing, University of Cambridge. Directeur, EPSRC. Partenaire chez Riversimple. 6 C est après 12 ans d expérience dans l industrie que Steve quitta le poste de Engineering Systems Manager chez Martin-Baker Engineering pour devenir professeur de Life Cycle Engineering à l université de Cranfield en 1998 ; il a depuis rejoint la faculté de Cambridge en Ses recherches visent à comprendre comment l industrie intègre les enjeux du développement durable dans ses pratiques, en insistant à la fois sur les transformations immédiates et appliquées et les changements systémiques sur lesquels repose l avenir. Par ailleurs, le prof. Evans est à la tête du National EPSRC Centre for Innovative Manufacturing in Industrial Sustainability, un projet en plein essor comptant actuellement 50 employés. Il a servi de conseiller spécial auprès du House of Lords et participe en tant que partenaire à deux start-ups de technologies environnementales. Jean-Luc Thirion, General Manager of Arcelor Mittal, Automotive Portfolio Leader in Global Research and Development. Diplômé de l École Nationale Supérieure des Mines de Nancy, M. Thirion a rejoint le groupe (alors Usinor Sollac Florange) en 1991 en tant qu ingénieur de recherche. Après plusieurs postes en mécanique, propriétés et emboutissage au centre LEDEPP il assume des responsabilités de plus en plus importantes au sein du Developement Produits Automobile. En 2003, il est nommé ingénieur développeur pour les revêtements chez Arcelor Auto, puis devient en 2007 Manager de l équipe de développement ArcelorMittal Automotive Products. Depuis 2009, sa responsabilité s étend à d autres gammes de produits. Jean-Luc détient également un diplôme de 3ème cycle en sciences des matériaux et un executive MBA de l Ecole Supérieure de Commerce de Paris. Carina Wollmann, Equity and SRI Investor Relations Manager, BMW Group Carina Wollmann est diplômée du Technical University de Munich en génie mécanique. Elle détient également un Master en Strategy and Financial management de cette institution. Ses expériences professionnelles, qui se situent autant dans le monde de la finance que dans les domaines techniques de l industrie automobile, font d elle une interlocutrice particulièrement adaptée pour répondre aux questions des investisseurs institutionnels concernant la recherche et le développement menés par BMW afin d améliorer les impacts environnementaux, économiques et sociaux tout au long du cycle de vie de leurs véhicules.

7 MOBILITÉ DURABLE Allégement : les acteurs, les enjeux et les clés pour dégager des gains potentiels

8 8 Cet ouvrage est le premier d une série d études issues du partenariat entre Mirova, le pôle d investissement responsable de Natixis Asset Management, et l University of Cambridge Programme for Sustainability Leadership (CPSL). Ces analyses présentent de façon approfondie des sujets offrant d importantes opportunités d investissement qui sont à même de faire évoluer des enjeux clés du développement durable, qu ils soient économiques, sociaux ou environnementaux. Le partenariat comprend deux grands axes dont la publication jointe de neuf études sur trois ans est le premier. L autre volet est constitué par l Investment Leaders Group (ILG), domicilié au CPSL et présidé par Philippe Zaouati, le directeur général délégué de Natixis Asset Management et responsable de Mirova. Ce groupe, composé de dirigeants et d experts des marchés financiers travaille à la définition d outils et de mesures concrètes à adopter pour promouvoir et mettre en œuvre l investissement responsable. La mobilité est l une des huit thématiques clés d investissement durable identifiées par Mirova, le pôle d expertise en investissement responsable de Natixis AM. S articulant en trois parties, cette première étude issue du partenariat avait comme double objectif de définir le concept de «mobilité durable» et de comprendre le rôle de l allégement des moyens de transport dans cette définition en appréhendant les opportunités et les limites qui en découlent. La première partie aborde ainsi le concept de mobilité durable et les principales solutions d amélioration pour l atteindre. Puis, sur la base de cette réflexion, l allégement apparaît comme une solution prometteuse, en particulier dans l industrie automobile. Enfin, la troisième partie fournit une analyse approfondie des technologies et matériaux les mieux adaptés pour générer des économies d énergie grâce à l allégement.

9 //////// Les solutions d allégement //////// VUE D ENSEMBLE SOLUTIONS D ALLÉGEMENT ET MOBILITÉ DURABLE : UNE QUESTION D INVESTISSEMENTS Pourquoi cette étude? La mobilité est au cœur de notre modèle de développement. Le chemin de fer a été le symbole de la première révolution industrielle, le développement de l automobile a profondément marqué le XXe siècle et le développement du tourisme, avec l aviation civile, est un des visages de la mondialisation les moins contestés. Qu il soit facteur d innovation ou qu il doive intégrer les évolutions énergétiques ou comportementales, le macro-secteur du transport sera, à n en pas douter, profondément transformé par la troisième révolution industrielle à même de répondre aux défis sociaux et environnementaux auxquels est confronté notre modèle de civilisation. Cette transformation est déjà en marche si l on ose dire! Tant et si bien que le concept de «mobilité durable» est devenu un référent incontournable non seulement des politiques publiques, mais aussi des stratégies industrielles des acteurs économiques. Or, s il y a unanimité autour de la nécessité d une mobilité durable, son contenu, comme les chemins pour y parvenir, sont loin de faire consensus et demeurent controversés. Le premier enjeu de cette étude a donc été de cerner ces différentes acceptations de la mobilité durable et les potentialités technologiques, industrielles et commerciales qu elles peuvent induire. 9 Le but de cette étude est de soutenir l investissement de professionnels en clarifiant certaines des caractéristiques principales de la mobilité durable, identifiant les diverses opportunités d une seule et même industrie le secteur des véhicules utilitaires légers et d explorer les implications technologiques, industrielles et commerciales de chaque solution. L objet de ce rapport sur la réduction de poids des automobiles grâce au remplacement de matière, résulte de l échelle d opportunités présentées dans ce secteur, dont le potentiel de construire à partir de l activité existante des grands constructeurs. Parmi les nombreuses opportunités potentiellement engendrées par le développement d une mobilité durable, nous avons voulu explorer plus spécifiquement celles relatives à l allégement. Plusieurs critères nous ont aiguillés vers ce choix : générant un gain environnemental potentiel significatif ; et, dont le potentiel reste encore peu exploré. pertinent quel que soit le choix de propulsion (électrique, thermique, etc.) ; transversal sur l ensemble de la chaîne de valeur des transports ; d actualité, avec des solutions déjà existantes sur le marché ; offrant des opportunités à long terme via des innovations à venir (fibre de carbone, etc.) ; Qu entendons-nous par mobilité durable? Définir la mobilité durable est une double gageure : la durabilité, concept très débattu, fait face à une notion de mobilité qui pose également question. Parler de mobilité plutôt que de transport revient déjà implicitement à concevoir le déplacement non plus comme un moyen au service d autres fins, mais aussi comme une fin en soi. Être mobile serait ainsi, au même titre que se loger ou se nourrir, l un des moyens permettant le plein exercice de ses «capabilités» au sens donné par Amartya Sen, c est-à-dire la liberté qu a un individu de choisir le type de vie qu il souhaite mener. Nous comprenons dès lors le concept de mobilité durable comme la satisfaction d un besoin d accès et de déplacement de nos sociétés de façon équitable, à la fois au niveau intra et intergénérationnel (aspect social) et d une manière compatible avec la préservation de l environnement (aspect environnemental). Dans ce rapport, l accent est mis sur l impact environnemental des solutions technologiques alternatives.

10 //////// Les solutions d allégement /////// Pourquoi l allégement des véhicules apparaît-il comme une solution avisée? Tout d abord, les lois de la physique moderne et son principe fondamental de la dynamique sont formels : la masse est un paramètre crucial dans la réduction de la demande énergétique en agissant directement sur le niveau d énergie utile nécessaire pour surmonter l inertie et les forces compensatoires qui empêchent le mouvement. Une fois ce principe énoncé, la réduction de la masse de l objet que l on souhaite mettre en mouvement (voiture, cargo, pétrole dans les oléoducs, etc.) permet mécaniquement de réduire l énergie consommée à cet effet. Par conséquent, l allégement dans tous les types de transports (routier, ferroviaire, maritime, etc.) est une solution pour économiser de l énergie. Contrairement aux autres mesures d efficacité énergétique en amont telles que l amélioration du rendement des moteurs, l allégement contribue donc directement à la réduction de l énergie nécessaire. Par ailleurs, les stratégies d allégement sont technologiquement neutres, dans le sens où elles sont valables quelle que soit la technologie de propulsion. Les solutions d allégement peuvent également créer un cercle vertueux en intégrant le cylindre du moteur. La puissance du moteur peut être réduite tout en réalisant la même performance en raison de l économie en demande énergétique liée à l allégement. Une modification du moteur entraîne la réduction de la masse de plusieurs autres organes du véhicule. Avec le même rapport poids/puissance, un véhicule léger peut faire le même travail avec un moteur moins puissant et des composants mécaniques moins lourds (structure, châssis et suspension, freins, etc.). 10 L allégement offre un potentiel important aux transports routiers et aériens. Pour les avions, l influence de la masse à vide sur les consommations de kérosène est prépondérante. Rappelons également que les dépenses en kérosène représentent plus de 25 % des coûts des compagnies aériennes. Ainsi, depuis plusieurs décennies, l industrie aérienne a compris l intérêt de l allégement. Aujourd hui, les matériaux d allégement comme l aluminium et les composites peuvent représenter jusqu à 80 % des composants d un avion long-courrier. Depuis les années 1970, en particulier suite aux crises pétrolières, le secteur automobile a commencé à s intéresser aux solutions d efficacité énergétique, comme des voitures plus légères et de meilleures performances de moteur. En effet, des solutions ont été largement déployées entre 1975 et Néanmoins, peu de temps après, le poids des voitures a drastiquement augmenté sous la pression de pilotes réglementaires tels que les contrôles de pollution (pots catalytiques, filtres à particules, pièges à NOx, etc.), des dispositifs de sécurité (ABS, airbags, tendeurs de ceinture, systèmes de guidage intelligents), de la volonté des consommateurs de plus grandes dimensions (habitacle et coffre) et de davantage de confort (multiplication des accessoires, amélioration de l acoustique, chauffage, ventilation et climatisation, GPS, systèmes de divertissements pour les passagers arrière, équipements électriques tels que des sièges réglables, vitres électriques, etc.). Les constructeurs automobiles n ont jamais placé l efficacité énergétique comme déterminant prioritaire de la conception automobile. Ils se sont contentés de suivre les demandes de leurs clients. Ces derniers n ont pas considéré la consommation du véhicule comme un critère décisif lors de l acte d achat, lui préférant la fiabilité, la sécurité, le niveau d équipement, synonymes la plupart du temps d une prise de poids. En fait, les efforts pour améliorer la technologie des moteurs et la conception du véhicule ont toujours abouti à la puissance/accélération accrue de voitures plus lourdes, au détriment de l efficacité énergétique. Par ailleurs, les tentatives de mise sur le marché de véhicules plus efficaces ont toujours connu un succès limité. Seule exception dans les parcs automobiles récents, la Lupo 3L de Volkswagen, conçue en 1999 pour ne pas dépasser 3L/100 km (soit une réduction de 30 % de la consommation par rapport à un véhicule similaire). Son succès a été limité et Volkswagen l a retirée de la vente en Quoi qu il en soit, plusieurs améliorations majeures ont récemment réorienté les stratégies vers l amélioration de l efficacité énergétique dans l industrie automobile : Depuis la crise économique de 2009 et la pression sur les budgets des ménages, les consommateurs sont de plus en plus intéressés par l efficacité énergétique des véhicules. Les normes de consommation de carburant ont été standardisées dans de nombreux pays. Les leviers réglementaires sont maintenant axés sur la réduction des émissions

11 //////// Les solutions d allégement //////// de gaz à effet de serre, après avoir compté sur les accords volontaires des constructeurs automobiles pour réduire la consommation unitaire des véhicules. Dans six des plus grandes régions du monde (États-Unis, Canada, Europe, Corée du Sud, Japon, Australie et Chine, qui représentent ensemble environ 50 % du trafic mondial), des normes d émissions de gaz à effet de serre ont été mises en place : chaque constructeur doit conserver une moyenne d émissions pour une flotte de véhicules vendus (mesurée en g CO 2 /km) à l intérieur d un seuil donné. Les pays de l OCDE utilisent également diverses incitations fiscales pour encourager l achat ou l utilisation de véhicules à faibles émissions. L allégement s inscrit dans cette réorientation en réduisant la consommation de carburant et de facto les émissions de gaz à effet de serre. Enfin, l allégement pour les véhicules particuliers, en croissance rapide à l échelle mondiale, présente un argument économique important avec un coût total de possession nettement à l avantage des consommateurs, défini comme la différence entre le surcoût technologique payé lors de l acquisition du véhicule et des économies de carburant induites par l allégement du véhicule. Dans certains cas, ce surcoût est nul puisque l allégement réduit les coûts de fabrication et de matériaux. Contrairement à l aéronautique et à l industrie automobile, les secteurs du transport maritime, fluvial et ferroviaire se sont concentrés sur la performance des moteurs. Les services ferroviaire et maritime transportent souvent de grosses charges à faible vitesse : le poids net des marchandises est souvent très supérieur au poids à vide. Ces secteurs ont identifié d autres moyens de réduire leur consommation d énergie, puisque, pour un train, le frottement entre les roues en acier et les rails en acier est minime, tandis que pour les navires, la flottabilité est utilisée comme une force d opposition à la gravité, l interface coque/eau produit ainsi peu de frottements. Des solutions d allégement pour poids lourds (PL) sont également des mesures secondaires comparées aux améliorations aérodynamiques et aux méthodes de réduction de la résistance au roulement. Travailler sur la masse des poids lourds implique aussi de réduire le poids de l emballage de la charge et d optimiser sa concentration. 11 Comment alléger nos modes de transports motorisés? Et pourquoi s intéresser davantage au remplacement des matériaux? Des réductions de masse peuvent être obtenues soit par conception de nouveaux produits (révision d architecture, redimensionnement, retrait de certaines parties, structures d affinement, intégration de nervures, utilisation de zones de déformation, structures monocoques, etc.) ou par incorporation de nouveaux matériaux offrant plus de résistance par unité de masse. Cependant, tandis que la conception de nouveaux produits joue un rôle clé dans les stratégies d allégement en estimant que la moitié de la réduction de masse provient de l optimisation de l architecture, la stratégie reste fortement dépendante des capacités d innovation des constructeurs automobiles. Cela n est pas l objet de cette étude, dont la préoccupation principale est la substitution de nouveaux matériaux à l acier traditionnel. Celui-ci a toujours été utilisé dans la construction de voitures. Mais face à des pressions réglementaires et à la hausse du prix du carburant, il existe plusieurs alternatives viables pour les constructeurs qui doivent trouver un équilibre entre le coût marginal, la faisabilité et le montant de la réduction de poids. Cette étude examine les potentielles opportunités entre 2015 et 2025 de : l acier avancé à haute résistance (AHSS), de l aluminium, du magnésium et des composites renforcés en fibre de carbone (CRFC). La conception de nouveaux produits, via l optimisation, le redimensionnement et l élimination ne pose pas de problème quant au potentiel de gain environnemental. En revanche, mesurer l impact environnemental engendré par l utilisation de nouveaux matériaux revient à comparer l énergie nécessaire à la production du matériau à l économie d énergie réalisée lors de la phase d utilisation du véhicule. Ainsi, le matériau (AHSS, aluminium, CRFC, magnésium) apporte un gain environnemental si l utilisation compense en termes de carburant consommé ou d émission de CO 2 émis par nombre de kilomètres, les consommations d énergie ou les

12 //////// Les solutions d allégement /////// émissions de CO qui ont été générées par la production. En d autres termes, la substitution de l acier par des matériaux légers dans les véhicules ne devient positive d un point de vue énergétique et CO 2 qu après un certain nombre de kilomètres, étant donné que leur production est plus énergivore que celle de l acier. Nous avons calculé que l utilisation d acier à haute résistance, d aluminium, de magnésium et de fibre de carbone rembourse respectivement la dette environnementale en Europe à 0 km, km, km et km, en prenant comme hypothèse les pratiques de production actuelles de l acier, i.e. en une durée inférieure à la durée de vie moyenne d un véhicule. Par ailleurs, ces chiffres sont susceptibles de diminuer au cours des années à venir avec l émergence de nouvelles technologies sur la production et le recyclage des nouveaux matériaux. Ces résultats sont seulement des ordres de grandeur qui méritent d être affinés. Toutefois, une des limites de l étude est de constater que les méthodes d optimisation du recyclage restent, à ce stade, non résolues de manière satisfaisante et que ce point demeure l objet d importantes recherches. Quels sont les matériaux qui réussiront sur le marché des véhicules utilitaires légers? Grâce son prix attractif, l acier à haute résistance est appelé à jouer un rôle important dans l allégement des véhicules sur le court terme, en particulier pour les classes compactes et de taille moyenne, qui représentent ensemble plus de 70 % du marché européen (ICCT, 2011). L acier à haute résistance pourrait être utilisé soit seul, soit en combinaison avec des composites en fibre de carbone renforcée. Entre aujourd hui et 2020, l acier à haute résistance devrait représenter entre 15 % et 20 % du poids total de ces véhicules. 12 Les avancées technologiques dans l aluminium et la fibre de carbone devraient également réduire les obstacles à leur développement. Cependant, le coût de ces matériaux ainsi que celui du magnésium limiteront leur application aux véhicules haut de gamme, du moins dans l immédiat. Dans un deuxième temps, le potentiel d allégement limité de l acier à haute résistance, couplé aux pressions réglementaires et aux hausses des prix du carburant, devrait obliger l industrie à s orienter à moyen terme vers l aluminium et la fibre de carbone qui apportent un potentiel d allégement supérieur. Aujourd hui, l aluminium souffre principalement d une production fortement énergivore qui pèse significativement sur le coût de production et réduit le bénéfice environnemental obtenu lors de la phase d utilisation, les coûts en énergie représentant 30 % des coûts de production mondiale de l aluminium. À ce stade, aucune réelle avancée au niveau R&D ne permet d anticiper une amélioration d économie d énergie supérieure à %. Actuellement, les seules possibilités de réduire l intensité énergétique et carbone liées à la production d aluminium, sont soit de situer la production d aluminium dans des régions où le mix énergétique est peu carboné, soit d utiliser de l aluminium recyclé (il faut vingt fois moins d énergie pour produire de l aluminium recyclé que pour en fabriquer du nouveau). Cependant, au regard des limites sur le ratio performances mécaniques/allégement des aciers avancés à haute résistance, l aluminium devrait, à moyen terme, être de plus en plus intégré dans les véhicules en remplacement de l acier, avant les composites en fibre de carbone et le magnésium qui sont plus coûteux. Le magnésium est capable d apporter un allégement égal ou supérieur à l aluminium. Ce matériau bénéficie également de réserves et d un potentiel de recyclabilité élevé. Toutefois, le magnésium se heurte à trois obstacles importants réduisant ses chances de pénétration dans le secteur des transports : Ses propriétés mécaniques et physico-chimiques ne sont pas suffisantes pour remplacer l acier par du magnésium dans toutes les parties du véhicule. Le coût du magnésium est actuellement le double de celui de l aluminium en raison de facteurs externes. Au-delà d augmenter l utilisation de magnésium recyclé dans la production, peu de leviers technologiques émergent pour réduire ce prix. Sa production est encore plus énergivore et émettrice en gaz à effet de serre que celle de

13 //////// Les solutions d allégement //////// l aluminium. La production chinoise, qui repose sur un mix énergétique fortement carboné, domine le marché avec 80 % de la production mondiale. Par ailleurs, la production de magnésium nécessite l usage de SF 6 (l hexafluorure de soufre), qui est un puissant gaz à effet de serre, en tant que gaz de couverture pour empêcher l oxydation du magnésium en fusion. Le recyclage pourrait répondre dans un premier temps à une intégration plus importante du magnésium dans les véhicules. Depuis les années 1950, les constructeurs intègrent des composites/plastiques dans leurs véhicules pour répondre aux différentes exigences de performances mécaniques, de gain de place, d utilisation spécifique. Toutefois, lorsque nous évoquons aujourd hui la valeur ajoutée des composites dans l allégement des véhicules ou des avions, nous traitons uniquement des composites permettant une résistance suffisante pour remplacer l acier. À ce stade, seuls les composites renforcés par fibre de carbone appelés «plastiques à renfort en fibre de carbone» (PRFC) répondent à cette définition. Or, ce type de composite est quasi inexistant dans les modèles de véhicules proposés aujourd hui sur le marché. Seuls quelques constructeurs positionnés sur le segment haut de gamme ont lancé des investissements massifs pour se positionner sur ce type de matériau. La fibre de carbone offre un allégement supérieur aux autres matériaux de substitution. Pourtant, dans la perception commune, les barrières au développement des matériaux composites semblent nombreuses. Les composites en fibre de carbone sont freinés par le coût, le recyclage, le temps de cycle, la réparation des pièces, et une production plus énergivore que celle de l acier. Seulement, des solutions peuvent être trouvés à tous ces points : Grâce à de nouveaux précurseurs et des progrès techniques sur les procédés de production différents, une baisse des coûts de près d environ 30 % sur le composite global est attendue d ici Bien que plus complexe, le recyclage des composites en fibre de carbone est maintenant possible grâce à de nouvelles méthodes de broyage et de fissuration de la fibre de carbone. La récupération des déchets après la découpe et le façonnage permet une meilleure utilisation des matrices thermoplastiques. 13 Les constructeurs automobiles et les producteurs de fibres de carbone ont réalisé de gros investissements pour réduire la durée du cycle de production de fibre de carbone avant d arriver au temps de cycle actuel de l industrie automobile. La maintenance exige de nouvelles compétences, d une part en raison des difficultés à identifier les défauts, et d autre part en raison du manque de méthodes établies pour les réparations, bien que celles-ci soient effectuées dans l industrie aéronautique, et que l avancement de certains constructeurs ait montré qu il n y a pas de difficultés techniques majeures, mais seulement une philosophie de conception adaptée et des coûts d investissement supplémentaires. Enfin, en utilisant des procédés de production plus efficaces et des énergies renouvelables, il est possible de parvenir à une réduction instantanée dans l analyse du cycle de vie des matériaux composites en fibre de carbone. Bien qu il y ait eu de réels progrès dans ce domaine, les investissements nécessaires à la poursuite de ce développement restent importants. Par conséquent, sans exclure la possibilité d une future production à grande échelle, on peut y voir davantage une solution à court terme pour les constructeurs de véhicules haut de gamme qui ont les moyens de répondre à un tel défi. Aujourd hui, certains avions contiennent jusqu à 80 % de plastiques à renfort fibre de carbone. La conception d un avion nécessite plusieurs mois, voire années, et des investissements très conséquents. Ainsi, plusieurs inconvénients de la fibre de carbone n en sont pas pour l industrie de l aérien, tels que des temps de cycle longs et un coût plus élevé. Quelles opportunités d investissement sont à l horizon? Mirova a pour objectif de proposer aux investisseurs des solutions créatrices de valeur sur le long terme, intégrant les enjeux du développement durable. Au regard des éléments mis en exergue dans l étude, nous retenons d une part que l allégement représente une solution

14 //////// Les solutions d allégement /////// 14 appropriée pour les secteurs de l automobile et de l aérien, et d autre part qu il peut être atteint aussi bien par des nouvelles conceptions (révision de l architecture, redimensionnement, élimination de pièces, amincissement de structures, intégration de nervures, etc.) que par l incorporation de nouveaux matériaux fournissant plus de résistance par unité de masse. Suite à l analyse des avantages et des barrières au développement de chaque matériau envisagé, nous pensons que : À court terme, en raison notamment d un avantage de prix significatif, les aciers avancés à haute résistance devraient avoir un rôle de plus en plus important dans l allégement des véhicules jusqu à 2020, soit seuls, soit combinés à des composites renforcés par fibre de carbone. D ici 2020, les aciers à haute résistance devraient représenter entre 15 % et 20 % du poids total du véhicule à part d acier constante. Les autres matériaux offrant un potentiel d allégement plus important, devraient rester limités par leur prix aux véhicules haut de gramme. Les avancées technologiques sur les aciers à haute résistance proviendront des expertises sur la sidérurgie et des techniques d emboutissage à chaud (l emboutissage devient de plus en plus difficile à mesure que l acier devient fin et résistant). Ainsi, dans la chaîne de valeur de l acier, les acteurs qui bénéficieront des opportunités de l allégement seront : les constructeurs automobiles les plus impliqués dans l intégration de ce type d acier (à ce stade, aucun constructeur ne se démarque réellement) ; les sidérurgistes les plus globaux spécialisés sur les AAHR qui formeront des plates-formes avec les constructeurs réduisant la place faite aux sidérurgistes locaux et/ou à capacité de production limitée (aucun sidérurgiste n est spécialisé sur les AAHR actuellement) ; les entreprises impliquées dans l emboutissage à chaud i.e. les entreprises proposant des pièces en acier formé à chaud et les producteurs de presses d emboutissage à chaud et de laminoirs capables de produire des nuances d acier à haute résistance et à formabilité élevée. À moyen terme, le potentiel d allégement des aciers à haute résistance s avérera limité face aux objectifs d amélioration de l efficacité énergétique. Dans un même temps, les avancées techniques sur la fibre de carbone devraient réduire les barrières au développement de cette technologie de rupture et renforcer son intégration à grande échelle dans l automobile. L innovation est attendue, de la part de plusieurs acteurs, tout au long de la chaîne de valeur : les constructeurs devant repenser l ensemble de leur processus de production et adapter potentiellement leur business model pour proposer des véhicules avec des carrosseries en PRFC, et les producteurs de composites en fibre de carbone qui doivent progresser sur les coûts de production, les temps de recyclage et les nécessités de maintenance. 1 I Mobilité durable et innovation : un partenariat nécessaire A. Qu entend-on par mobilité? Et à partir de quand peut-on dire qu elle est durable? 1. Flux, transport et mobilité La «mobilité» est un terme porteur relativement récent. Nous parlions auparavant de transport ou de déplacement de biens et des personnes. La notion de mobilité a remplacé celles du transport, du déplacement et de la circulation. Le concept de mobilité est connoté positivement puisqu il rime avec progrès. Il est aujourd hui très valorisé, et se veut plus englobant, orienté vers l accès à des services. Certains considèrent la mobilité comme un indice, un révélateur de processus, comme la mondialisation, le produit intérieur brut, la modernité ou l individualisation ; tandis que d autres la bornent à un déplacement physique. Voici la principale controverse autour du principe de mobilité (Lussault, 2004). Source d encore plus de confusions, «les termes de mobilité géographique, migration, mobilité spatiale et quotidienne sont employés indifféremment pour désigner un changement plus ou moins durable de lieu» (Bonvalet, C., 2003). En effet, on retrouve sous le même concept l exode rural, les déplacements domicile-travail, les voyages touristiques et les trajets des gens du voyage. Difficile dès lors de la qualifier, de la mesurer ou de l améliorer. Les transports colossaux des gallons de pétrole dans les pipelines, ou ceux d eau dans les réseaux, sont souvent mis de côté dans les discussions autour des politiques de transport. 2. La mobilité en tant que phénomène social Nous commençons à appréhender les déplacements comme une demande dite «dérivée» : on ne se déplace pas pour se déplacer, mais pour accomplir une activité. Cette nouvelle approche nécessite de considérer les besoins sociaux à l origine des déplacements. Bassant (1986) estime ainsi que la mobilité spatiale est un phénomène complètement social, c est-à-dire qu elle n est jamais un déplacement, mais toujours une action au cœur de processus sociaux de fonctionnement et de changement. Au cours des dernières années, la mobilité est devenue «sociale et spatiale, physique, virtuelle ou potentielle» (Kaufmann, 2004). On parle aujourd hui volontiers de mobilité verticale, horizontale, sociale, scolaire, intergénérationnelle, professionnelle, pour décrire les évolutions des positions socio-économiques de groupes d individus. Kaufmann (2009) axe la différenciation déplacement/mobilité sur cet aspect social : «Un déplacement dans l espace devient mobilité lorsqu il implique aussi un changement social.»

15 //////// Les solutions d allégement //////// Encart 1 : qu est-ce qui se déplace? Nous avons, depuis toujours, trois éléments inclus dans le mouvement des systèmes sociaux : Le déplacement de l information au sein des systèmes d information : le bouche-à-oreille auparavant, le téléphone, les réseaux de télécommunications, aujourd hui, véhiculent l information virtuelle. Le mouvement de masse concerne l acheminement des sources de production vers les zones de consommation de matériaux sur lesquelles nos sociétés sont bâties : les pipelines, les réseaux d eau potable amènent énergie et eau à nos civilisations, les camions et les barges chargent le ciment et les fruits et légumes. Les transports de personnes : international ou interne à un bassin de vie, individuel ou en commun, public ou privé, déplacements domicile-travail, aérien, maritime ou routier, à pied, le transport de personnes est multiple et comprend tout mouvement de voyageurs à bord d un mode de transport quel qu il soit. La nouveauté autour de la mobilité concerne toutefois moins de nouveaux modes de mouvement (comme les NTIC) que son utilisation sémantique. Lorsque le déplacement est devenu «mobilité», cette dernière s est retrouvée redéfinie au travers de sa fonction d accessibilité aux besoins humains. Les sciences sociales ont tenté de répondre à cette question, ouvrant un champ d investigations vaste et mouvant. La nature même de la mobilité fait débat : est-ce une ressource? Un choix? Une contrainte sociale? Un droit humain? Une forme de capital? Ou seulement un moyen d accessibilité? La littérature sur le sujet est abondante, le caractère multidimensionnel de la mobilité aidant. La piste la plus fréquemment retrouvée dans la littérature consiste à considérer la mobilité en tant qu accessibilité ou simplement qu accès, au-delà d une simple vision technique des déplacements. La mobilité, comprise comme une réponse à nos besoins, est influencée, contrainte, motivée par nos modes de vie. Elle est l unique moyen de réponse à des besoins légitimes créés par l organisation des espaces et des temps de vie dans nos sociétés. Le Victoria Transport Institute définit l accessibilité en tant que capacité (de l individu) à atteindre les biens, les services, les activités et les destinations désirés. Cette définition fait écho à l approche par les capabilités développée par Amartya Sen, selon laquelle «le bien-être individuel n est plus mesuré par l utilité mais par la capabilité, à savoir par la liberté qu a un individu de choisir le type de vie qu il souhaite mener» (AFD, 2008). Cette approche offre un cadre d évaluation souvent utilisé pour analyser le bien-être, la pauvreté, la justice, l éthique sociale. Quand certains l imaginent comme un accès ou comme un droit, d autres la conçoivent comme un capital au même titre que le capital économique ou culturel. Aujourd hui, se déplacer demande des compétences. Des innovations technologiques et sociétales ont modifié en profondeur les comportements de déplacements. Le droit à la mobilité ne se limiterait donc pas, dans ce cas de figure, à une meilleure accessibilité aux besoins légitimes, mais «passerait aussi par des formes d apprentissage de la mobilité, des codes et de la culture qui la sous-tendent» (Allemand, 2012). 3. Vers une définition de la mobilité durable La complexité des systèmes de mobilité se traduit par la diversité des indicateurs de mobilité (quantitatifs ou qualitatifs) et des enjeux soulevés. Les batteries d indicateurs pour mesurer la pertinence d une politique de mobilité, doivent en théorie permettre de savoir s il y a eu réussite ou échec. Ces panoplies reflètent bien la complexité de mesurer et piloter une politique de transport à un niveau territorial, national ou mondial. Lorsqu on passe au crible les batteries d indicateurs majeurs de politiques de mobilité (OCDE, EU, US EPA, etc.), nous nous apercevons qu elles dépassent toutes la trentaine. Tous les systèmes sont pensés dans des contextes diversifiés, visent des performances variées et, surtout, n ont aucun engagement commun. À cela s ajoute l interprétation de la durabilité de la mobilité, concept tout aussi débattu que la mobilité. Les approches du développement durable se différencient de par le rapport entre l Homme et la Nature ou de par la considération de la dimension sociale du développement durable. La notion de mobilité durable est, par conséquent, ambiguë. Les consultations internationales sont insuffisantes pour obtenir un consensus mondial sur la mobilité durable (Perschon, 2011). Morency (2013) constate que le pilotage de la durabilité des politiques de mobilité est flouté par la complexité des concepts, interprétations ou politiques sur ce sujet en raison : d un message brouillé par le nombre d indicateurs (>350 indicateurs) ; de certains indicateurs surpondérés comme la contribution au changement climatique ; d un choix d indicateurs dicté par l opportunisme (la disponibilité des données brutes prime sur leur pertinence dans le choix des indicateurs). La mobilité durable n est pas un dogme, mais plutôt un ensemble de nouveaux objectifs émergeant du constat que la mobilité s éloigne toujours un peu plus d un point d équilibre durable : coût économique croissant, reflet des inégalités sociales, dégradation de la qualité de l air autour des centres urbains, finitude des réserves de pétrole, dégradation des services éco-systémiques par les réseaux, émissions de gaz à effet de serre, etc. En l absence d une définition universelle de la mobilité durable, il y a en effet un large consensus sur le caractère non durable des tendances de la mobilité et sur la nécessité de «tenir ce secteur pour responsable d une certaine notion de durabilité» (OCDE, 1997). Bien que nous puissions préciser les objectifs de la mobilité durable, force est de constater que les moyens pour y parvenir restent très débattus. Dès lors, les innovations se développent et si aucune ne peut prétendre résoudre à elle seule l épineuse question de la durabilité, il est probable que le modèle à inventer sera une combinaison de ces 15

16 //////// Les solutions d allégement /////// 16 différentes solutions (et d autres encore à venir), d ailleurs peut-être différentes selon les régions. De plus, la pertinence de ces solutions doit également être appréciée en fonction de l horizon temporel dans lequel elles pourront être mises concrètement en œuvre. Aucune solution n est donc pour l instant à écarter a priori. Bien évidemment, plus le saut à réaliser vers une mobilité durable deviendra court et urgent, plus certaines solutions de transition perdront de leur pertinence. La présente étude, que nous nous apprêtons à détailler, adopte une définition de travail de la mobilité durable qui combine l accent sur l accès équitable aux possibilités par le mouvement (préoccupation sociale) et les améliorations quantitatives des performances dans des domaines connus pour comporter des risques pour l environnement, en utilisant le CO 2 /pkm (CO 2 émis par personne et par kilomètre) comme indicateur d impact. Ce rapport met l emphase sur ces dernières questions environnementales et le rôle à part entière de la combustion des énergies fossiles sur le changement climatique et la pollution atmosphérique urbaine. B. L innovation comme moteur de durabilité 1. Les modèles de mobilité actuels ne sont pas durables La croissance exponentielle du XXe siècle, mise en évidence notamment dans le rapport Meadows (Meadows, Meadows, & Randers, 1970), n exempte pas le secteur des transports. Au contraire, ses chiffres symbolisent à eux seuls l accélération de nos sociétés vers un monde plus ouvert, plus libre, plus globalisé (figure 1). Figure 1: Croissance exponentielle de la mobilité humaine 200 Kilomètres parcourus par personne Pied, Vélo Automobile Mais en dépit de cette vision optimiste, les schémas de mobilité actuels ne sont pas durables. Un découplage entre augmentation de la mobilité, pression environnementale et inégalités sociales doit s opérer. Calquer le modèle de développement durable au secteur des transports, revient à permettre aux individus de satisfaire leurs besoins d accès et de déplacement de façon équitable, à la fois aux niveaux intra et intergénérationnel (aspect social) et de manière compatible avec la préservation de l environnement (aspect environnemental), et nous avons compris que ce compromis est une tâche ardue puisque «du point de vue de l environnement, il vaudrait mieux qu on se déplace assez peu, [ ] du point de vue social, les plus démunis doivent pouvoir se déplacer davantage qu aujourd hui et [ ] du point de vue économique, les échanges doivent être favorisés», (Orfeuil, Les Bolides verts, 2002). Les pouvoirs publics ont un rôle prépondérant à jouer dans cette mutation : outils réglementaires, mécanismes fiscaux, coopération Nord/Sud, développement des transports publics, sont autant d outils puissants pour une mobilité plus durable. Les autres parties prenantes, le secteur privé en tête, doivent également participer à cette transition en s orientant vers des business models innovants en adéquation avec les impératifs d un développement durable. Concrètement, cette mutation vers une mobilité contient deux axes de développement : des transports équitables et à faible empreinte environnementale. 2. Vers des business models de mobilité durable pour l environnement Changement climatique, pollution atmosphérique urbaine et raréfaction des énergies fossiles, sont les trois principaux challenges de la mobilité de demain. Ils sont fortement corrélés, dépendant tous de la combustion des énergies fossiles. Réduire l intensité énergétique de nos déplacements aura aussi, mécaniquement, un effet positif sur les émissions atmosphériques. Les stratégies de réduction de l empreinte environnementale le plus souvent proposées dans la littérature, valent ainsi pour les trois principaux défis, à quelques différences près. Par exemple, la lutte contre la pollution locale s appuie principalement sur des technologies visant le contrôle de l émission polluante comme le plomb, les oxydes d azote ou les particules. Cette stratégie est dédiée à la problématique de la pollution atmosphérique, mais n a aucune efficacité contre le changement climatique. 100 Bus Toutefois, en substance, les stratégies de mobilité durable visent des déplacements moins nombreux et plus sobres énergétiquement. Elles répondent à la logique du quatuor «éviter, transférer, améliorer, transformer» 1 défendue par l ICCT (2012) : Éviter : diminuer le besoin et/ou la distance du déplacement. 0 Rail Maritime Air Transférer : privilégier des modes de transport économes en énergie consommée par unité transportée Source: Mirova adapté de Schäfer (Schäfer, Jacoby, & Heywood,2009) 1. A-S-I-T en anglais pour «Avoid Shift Improve Transform».

17 //////// Les solutions d allégement //////// Améliorer : améliorer l efficacité énergétique des véhicules tout en diminuant l intensité carbone des carburants. Transformer : transformer les flottes de véhicules et remplacer les carburants utilisés par des technologies propres. La traduction de cette logique dans notre cartographie donnerait la distribution représentée dans la figure 2. Figure 2 : Cartographie de l innovation pour une mobilité écologiquement durable VISION SOCIOCENTRÉE Comportements Status quo Systèmes de partage Gestion du trafic Production propore Efficacité des moteurs à combustion Supply Chain / Périmètre direct Solutions d évitement Solutions de transfert Mobilité Multimodalité virtuelle Amélioration de la logistique Transport public collectif Efficacité Eléctromobilité de traction 1 Pile à combustible véhicules GNL Biocarburants VISION TECHNOCENTRÉE Produits / services Solutions de transformation Solutions d amélioration 1 L efficacité de traction des véhicules passe par un allègement, un meilleur aérodynamisme et une réduction de la résistance au roulement. Source: Mirova Cette cartographie n a pas vocation à comparer les options de durabilité les unes par rapport aux autres, ni à privilégier certaines d entre elles. Au contraire, ces options sont compatibles entre elles, étant toutes le résultat de l interprétation de la durabilité de notre développement. Toutes ont en commun l innovation comme moteur de leur réussite. Les initiatives incrémentales (en gris sur la figure 2) ne remettent pas en cause nos choix techniques et comportementaux de mobilité actuels mais ne sont pas à bannir pour autant. Les gisements de réduction de l empreinte environnementale actuelle des transports y sont les plus prometteurs. En effet, lorsqu on s intéresse aux émissions de gaz à effet de serre, nous nous apercevons que l amélioration de l efficacité des moteurs traditionnels à combustion constitue le levier clé de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Entre un scénario de référence «statu quo» et un «scénario 450 ppm» qui prône les meilleures pratiques des stratégies «éviter, transférer, améliorer, transformer», une approximation des gisements d économies d émissions de GES est présentée dans la figure 3. Figure 3 : Économies d émissions de gaz à effet de serre liées à la mobilité dans le cadre d une politique active de réduction 10,5 10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 Gt de CO 2 évités pour les activités liées à la mobilité Mobilité virtuelle Scénario de référence Scénario 450 ppm Amélioration de la logistique Solutions de transfert Biocarburants GNL Electromobilité Efficacité des moteurs à combustion interne Résistance au frottement Aérodynamisme Allègement Transfert Transformation Source: Mirova, adapté de l IEA, 2011, pour les économies des émissions liées aux solutions d amélioration et de transformation, de l ICCT, 2012, pour les solutions d évitement et de transfert et du GeSI, 2008, pour le rapport entre les solutions d évitement. Les solutions d amélioration ont un rôle crucial à jouer, représentant plus d un tiers des économies réalisables. Les politiques de réduction des émissions de CO 2 des véhicules légers et des poids lourds aux États-Unis, en Europe ou en Chine, sont des conditions sine qua none pour limiter les impacts des changements climatiques. Chaque solution doit faire l objet d une analyse de faisabilité technique, économique, sociale et environnementale. Cette présente étude propose de se concentrer sur les solutions d efficacité de traction, plus particulièrement sur l allégement des véhicules. Le sujet est porteur d innovation pour le secteur privé, la plupart des stratégies des acteurs de la chaîne de production de véhicules sont extrêmement présentes sur le sujet. 2 I Une innovation durable : l allégement des véhicules A. La question énergétique dans les transports 1. Flux, transport et mobilité Le secteur des transports s est toujours appuyé sur des sources énergétiques conventionnelles pour mettre en mouvement nos véhicules, et les transports représentent une part toujours plus importante de notre consommation d énergie. Cette croissance est principalement attribuée au transport routier et, plus récemment au transport aérien. Sur le plan énergétique, les progrès techniques réalisés au cours des dernières décennies n ont pas suffi à compenser la hausse de la mobilité. Les autres principaux postes de dépense énergétique (production d électricité, industrie, consommation résidentielle, etc.) ont vu leur efficacité énergétique augmenter d au moins 1 % par an (cf. figure 4). Amélioration Evitement 17

18 //////// Les solutions d allégement /////// 18 Les transports sont le seul secteur affichant une intensité énergétique (énergie consommée par kilomètre parcouru et par passager) quasiment constante depuis 50 ans (Schäfer, Jacoby, & Heywood, 2009) 2. Cela peut s expliquer par l augmentation du nombre de véhicules automobiles par ménage en raison d un moindre coût de carburant par véhicule-km, mais aussi par une demande de moteurs toujours plus puissants et des véhicules de plus en plus lourds en raison des accroissements de dimensions, du niveau d équipement (air conditionné, etc.) et des exigences de sécurité. Figure 4 : Estimations de l évolution de l efficacité énergétique des principaux postes de dépense énergétique (base 100 en 2010) Mobilité Electricité Bâtiment Industrie Économie globale Source: Mirova, d après The Oil Drum, 2009, pour l intensité énergétique ; Ademe, 2008, pour l industrie et le bâtiment (périmètre européen) ; Jancovici, 2013, pour l électricité (périmètre européen) et Schäfer, Jacoby, & Heywood, 2009 pour la mobilité. 2. Consommation énergétique globale dans les transports Nous avons tendance à mettre l accent sur la phase d utilisation et non la phase de production d énergie ou de l élimination des véhicules en fin de vie, qui sont souvent exigeantes en termes de consommation d énergie. Cela n est guère surprenant, car l énergie nécessaire pour le combustible est en fait brûlée et elle représente actuellement deux tiers de l énergie totale de la chaîne de valeur des transports (voir figure 5). Par conséquent, nous utilisons ici un cadre d analyse du cycle de vie (ACV). Figure 5 : Cycle de vie énergétique d un mode de transport Utilisation du carburant Figure 6 : Répartition de la consommation mondiale d énergie par mode de transport Utilisation d'énergie (Mtep/an) Autres Air Fluvial Transport routier de marchandises Ferroviaire Bus Maritime Transport routier de personnes Source: Mirova, adapté de WEF, 2011, scénario de base du WEF assimilable au scénario de référence de l IEA. Le transport routier est seul responsable de la croissance de la demande mondiale énergétique du secteur des transports au cours des dernières décennies. Cette domination ne va pas se terminer de sitôt : les pays émergents prennent le relais de cette croissance avec un taux de motorisation qui croît régulièrement. Cependant, une part croissante de la demande totale d énergie provient également du secteur du transport aérien. Son industrie représente une part importante de la consommation d énergie liée des vitesses élevées. Le carburant est le deuxième poste de dépenses de l industrie aéronautique, oscillant aux alentours de % des dépenses totales suivant le cours du baril. 3. Surmonter la force d inertie et de frottement L optimisation de l existant (les solutions d amélioration) contribue de manière importante à réduire l empreinte carbone dans l ensemble du secteur des transports. Quel que soit leur moyen de traction, les véhicules que l on souhaite mettre en mouvement ont besoin d énergie utile pour vaincre trois types de force qui s opposent au déplacement : la force d inertie dicte qu une accélération ou un ralentissement requiert de l énergie qui sera restituée sous forme de chaleur (air, route, frein, etc.) ; 17 % 66 % Production du carburant Construction des infrastructures Production des matières premières du véhicule Maintenance du véhicule les frottements aérodynamiques, correspondent aux frottements des molécules d air avec le véhicule en mouvement, et se multiplient lorsque la vitesse augmente (l aérodynamisme est la science qui analyse les écoulements d air pour diminuer les frottements) ; Production du véhicule Source: Mirova adapté de Tolley & Turton, les frottements solides, soient les frottements avec le support (sol, eau, rails selon le type de déplacement). La majeure partie de l énergie consommée par le transport de personnes et de marchandises concerne les transports routiers (voitures, bus, camions, etc.), aérien, maritime et, dans une moindre mesure, ferroviaire (voir figure 6). L énergie restante met en mouvement le véhicule. 2. Le temps de voyage par personne est constant quel que soit le niveau de développement des sociétés, le mode de vie (urbain ou rural). Il oscille en moyenne autour de 1,2 heure par jour (Schäfer, A., Jacoby, H., & Heywood, J., The Other Climate Threat: Transportation. American Scientist, volume 97).

19 //////// Les solutions d allégement //////// Figure 7 : Schématisation des forces liées au déplacement d un véhicule Les secteurs aérien et routier, modes de transport rapides, ont ainsi accru leur pénétration dans la structure modale de nos sociétés au détriment des transports ferroviaires, fluviaux maritimes. L aérien et le routier ont mieux répondu aux besoins croissants de rapidité, de souplesse et de confort eprouvés par les voyageurs de nos sociétés globalisées. Frottements aérodynamiques Frottements solides Inertie / freinage Energie utile Source: Mirova Comme ordre de grandeur, l efficacité énergétique des systèmes de transport se situe aux alentours de % selon la vitesse, le rendement du moteur, la source énergétique, etc. Les paramètres accessibles pour réduire la consommation d énergie finale sont, d une part la masse, et d autre part la vitesse et les qualités techniques des véhicules. 4. Difficile de diminuer la vitesse a. Les personnes veulent se déplacer plus rapidement L accélération et la vitesse sont deux paramètres importants de la demande énergétique. La diminution de la vitesse est un levier de réduction énergétique facile et rentable. L évolution des structures modales vers des modes de transport plus lents est une réponse évidente à la crise énergétique, mais reste pourtant à contre-courant des tendances observées et des estimations futures. Schäfer et al. (2009) ont relevé la tendance inéluctable vers des déplacements de plus en plus rapides. Il existe une corrélation extrêmement forte entre la mobilité et le développement économique (Schäfer, Jacoby, & Heywood, 2009). Notre volume de déplacement grandit avec notre pouvoir économique. Ce constat prévaut quel que soit le contexte économique, politique ou social de nos civilisations. Ni les variations du prix de l énergie, ni les différentes crises économiques n ont modifié en profondeur cette corrélation. Avec un pouvoir économique croissant, les modes de transport évoluent vers des déplacements de plus en plus rapides et de plus en plus étendus géographiquement. En effet, avec un budget temps alloué au déplacement relativement stable depuis des années, les sociétés ont adopté des modes de transport de plus en plus rapides : les piétons s orientent vers le scooter et les transports publics dans les pays les plus pauvres et vers la voiture, les avions et les TGV dans les pays les plus riches. Figure 8 : Évolution de la mobilité par zone géographique en fonction du développement économique (entre 1950 et 2005) Kilomètres parcourus par personne PHFT PIB par personne ($ année 2000) Moyen Orient & Afrique du Nord Afrique subsaharienne Asie du Sud Asie centrale Amérique du Nord Amérique latine Europe de l Ouest Europe de l Est Source : Mirova, adapté de Schäfer, Jacoby, & Heywood, b. Une tendance similaire pour le fret Les transporteurs doivent trouver un compromis entre la vitesse et le coût énergétique. Les niveaux de consommation faibles correspondent aux modes de transports lents, en adéquation avec le transport de marchandises en gros volumes. Le compromis énergie/vitesse penche, dans ce cas de figure, sur l énergie plutôt que sur la vitesse. Ces modes de transports seront privilégiés lorsque la date de livraison ou d arrivée importera moins que la facture énergétique. Les niveaux de consommations élevés correspondent aux transports rapides, choisis dans les situations où le temps de transport prend le pas sur le coût énergétique. Les modes de transports coexistent aujourd hui autour de cet équilibre énergie-vitesse. L aérien, le ferroviaire, le routier, le maritime sont des modes de transport complémentaires avec peu de substitutions possibles dans nos pratiques actuelles de déplacement. En outre, l équilibre entre ces modes est dû à l extrême flexibilité du transport routier qui en a fait son succès, accentuée par une infrastructure bâtie autour de carrefours d échanges mal desservis pour le ferroviaire ou le fluvial. La longue durée de vie des équipements de transports ainsi que leurs coûts élevés ne favorisent pas leur renouvellement. Ces substitutions correspondent aux solutions d évitement décrites ci-dessus et représentent environ 10 % des économies de CO 2 (et donc d énergie) jusqu en Le fret long-distance et les transports en commun offrent des opportunités de substitution durables qui vont croître avec les prix de l énergie (pour le fret, le routier, le ferroviaire ou le maritime). c. La vitesse fait partie intégrante du service fourni La vitesse fait aussi partie intégrante du service fourni par le mode de transport. Dans le transport de personnes, le service fourni est le transport d une personne sur une distance et dans un temps donné. Semblablement, dans le transport de marchandises, le service fourni s apparente au transport d une marchandise sur une distance et dans un temps donné. La vitesse a un coût énergétique à équilibrer avec le service fourni. Lorsqu on souhaite comparer les performances énergétiques des modes de transport, il faut les comparer en termes d équivalence de service. Cependant, dans la littérature, les services deviennent comparables dès lors qu ils sont standardisés. L activité des transports se mesure en passagers/kilomètre pour le transport des personnes et en tonnes/kilomètre pour le transport des marchandises. Ainsi, la consommation d un bus transportant des passagers se calcule en divisant le nombre de passagers par le nombre de kilomètres parcourus ; la consommation d un cargo en tonnes/kilomètre est obtenue en divisant la consommation du cargo par la masse de son chargement. L intensité énergétique se mesure dès lors, respectivement, en unité d énergie par passager par kilomètre et en unité d énergie par tonne par kilomètre. 19

20 //////// Les solutions d allégement /////// 20 L avantage écologique connu du bus par rapport à la voiture, de la voiture par rapport à l avion, du fret maritime par rapport au fret aérien provient de cette approche comparative (figure 9) : Efficacité énergetique (goe/tonne.km) Maritime Fluvial Poids-lourds VUL à usage goe/pkm professionnel Figure 9 : Efficacité énergétique globale des modes de transport de voyageurs et marchandises sur l ensemble du cycle de vie du véhicule en gep/pkm et gep/tkm Métro Bus / Car Bus / Car Echelle urbaine Véhicule particulier Deux-roues Véhicule particulier Train Train Avion Echelle inter-urbaine Source: Mirova, adapté de Ademe, Le transport d une tonne de marchandises sur un kilomètre (t/km) ou d un voyageur sur la même distance (p/km) par camion, voiture individuelle ou avion est plus énergivore que par oléoduc, train ou tramway. Toutes choses étant égales par ailleurs, cette comparaison apparaît comme quelque peu faussée puisque le service fourni n est pas identique. Le service fourni représenté par la distance parcourue pour une seule unité ne tient en effet pas compte du paramètre vitesse. Les moteurs sont dimensionnés pour fonctionner à une vitesse optimale (on parle de charge maximum) différente selon le mode de transport. Une fois ce constat établi, il reste difficile de normaliser les services fournis par les différents modes de transports. Chapman (1989) a proposé de cartographier l influence de la vitesse sur la consommation énergétique de différents modes de transport (cf. figure 10). La hiérarchie des performances énergétiques des différents modes de transport n est dès lors plus aussi évidente : les avantages énergétiques du bus par rapport à la voiture ne sont pas aussi manifestes ; ou encore le fret aérien, ferroviaire et maritime montre des performances énergétiques d un même ordre de grandeur. Le coût énergétique de la vitesse est par conséquent rarement pris en compte dans les comparaisons de performance des différents modes de déplacement. Les indicateurs d intensité énergétique nous apparaissent donc moins pertinents lorsqu ils ne prennent pas en compte le paramètre de la vitesse. La comparaison des modes de transports nécessite des services fournis équivalents, ce qui est difficilement modélisable. Figure 10 : Cartographie des différents modes de transports en fonction de leur vitesse de déplacement et de leur consommation énergétique Consommation énergétique ,1 0,01 Mauvaise performance Hélicoptère Avion supersonique Gazéoduc Oléoduc Oil Voiture Bus Train Camion Porteconteneurs Porte-conteneurs Train Transport de personnes Avion à hélices Jet Avion cargo Oil Meilleure performance Fret Vitesse (km/h) Source : Mirova, adapté de Chapman, L allégement est essentiel pour améliorer l efficacité énergétique L efficacité énergétique se transcrit par le ratio entre l énergie utile au déplacement et l énergie primaire totale sollicitée. Tous les modes de transport s appuient sur des systèmes motorisés qui ne convertissent pas l intégralité de l énergie consommée en énergie utile. Des pertes ont lieu tout au long de la chaîne de valeur énergétique, essentiellement sous forme thermique. en amont, lors de la production du support énergétique (électricité, essence, kérosène, etc.), des pertes ont lieu dans l extraction et le transport du brut ainsi que dans la transformation du brut en carburant ; au niveau du moteur (on parle du rendement du moteur), les pertes sont liées essentiellement au cycle thermodynamique, car toute la chaleur fournie ne peut pas être transformée en énergie mécanique ; au niveau du système de propulsion, spécifique au type de transport (ex : pour le maritime, elles ont lieu au niveau de l hélice ; pour l aérien, au niveau du turboréacteur). La masse est un paramètre crucial dans la réduction de la demande énergétique, puisqu elle agit directement sur le niveau d énergie totale nécessaire. Les lois de la physique classique nous précisent que la force nécessaire pour accélérer un objet est le produit de sa masse par son accélération : plus la masse d un objet est grande, plus grande est la force requise pour l accélérer. Une fois ce principe énoncé, la réduction de masse de l objet que l on souhaite mettre en mouvement (voiture, cargo, pétrole dans les oléoducs, etc.) permet de réduire mécaniquement l énergie consommée à cet effet. Par conséquent, l allégement dans tous les types de transports (routier, ferroviaire, maritime, etc.) devient une solution intrinsèque d économie d énergie.

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