Rencontre des savoirs. L énergie électrique est-elle bien adaptée à une mobilité durable?

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1 Institut français des sciences et technologies des transports, de l aménagement et des réseaux Rencontre des savoirs Bron 14 mai 2013 L énergie électrique est-elle bien adaptée à une mobilité durable? Serge PELISSIER Laboratoire Transports et Environnement (LTE)

2 Quelques remarques préliminaires L énergie électrique est-elle bien adaptée à une mobilité durable? «Propriété d un système capable de fournir un travail» - (Petit Robert) Source d énergie : charbon, soleil, pétrole, vent, (existe à l état naturel) Vecteur d énergie : électricité, hydrogène, air comprimé, (permet le transport de l énergie n existe pas naturellement) Convertisseur d énergie : moteur à explosion, moteur électrique, pile à combustible, Mobilité énergie facile à transporter et à stocker Durable renouvelable, faible perte, faible impact sur l environnement (pollution, ) 2

3 source : source : Le poids du transport en France en 2011 Consommation d'énergie 3% Emission de GES (CO 2 et autres) 21% 34% 21% 32% 44% Agriculture Résidentiel - tertiaire Transport Industrie 26% 19% Les émissions liées aux transports représentent 58% des NOx, 26% des HAP, 23% du CO, 20% des PM 1, 13% des PM 10,.. (source CITEPA ) HAP : hydrocarbures aromatiques polycycliques 3

4 L énergie dans les transports : un peu d histoire 1769 Joseph Cugnot 1 ère automobile à vapeur 1881 Gustav Trouvé 1 ère automobile électrique 1886 Carl Benz 1 ère automobile à pétrole En 1900, sur véhicules fabriquées aux États-Unis, étaient électriques, 936 à essence, et à vapeur. 4

5 L énergie dans les transports : quelques définitions utiles Energie : Unité le Joule (J) (anciennement la calorie 1 cal = 4,18 J) Puissance : l énergie échangée par seconde (la dérivée de l énergie). Unité : le Watt (W) 1 W = 1 J/s ou le Cheval Vapeur (CV) 1CV = 732 W Pour l énergie on utilise aussi le Watt.heure (Wh) c est l énergie échangée pendant 1 h (1 Wh = 3600 J) kwh (x ), MWh (x ) et GWh (x ) Rendement : rapport entre énergie utile et énergie consommée rendement = Energie utile Energie consommée = Energie consommée pertes Energie consommée 5

6 L énergie électrique Performances des moteurs électriques Rendement élevé (90 95 %) Couple à vitesse nulle (démarrage sans embrayage) Réversibilité ( récupération de l énergie au freinage) L énergie électrique n existe pas à l état naturel Difficulté du stockage de l énergie électrique dans les batteries Faible densité de stockage (Li-ion : 200 Wh/kg essence : Wh/kg) Durée de vie limitée et difficile à prévoir 6

7 Source : Ademe stratégie et études n 21 La production de l énergie électrique est-elle «propre»? Emission de CO 2 par km parcouru Véhicule électrique Production avec mix électrique? A - France B - Europe A B C C - Tout charbon Véhicule Essence (2020) Véhicule essence (2008) 7

8 100 La voiture électrique : combien de centrales en plus? 1 - Combien de voitures électriques? Il y a 37 millions de véhicules particuliers en France L ADEME prévoit 1 million de VE en 2020, Le plan national français prévoit 1.8 million de VE en VE ont été vendues en 2012 en France 2 - Quelle distance parcourue quotidiennement? % des véhicules parcourent moins de 60 km quotidiennement en semaine (Enquête Nationale Transport 2008 ) 8

9 Hypothèses : Consommation : 200 Wh/km Distance quotidienne : 60 km Impacts sur le réseau du point de vue «énergie» Nb de VE Total GWh/an pour la recharge % de la production totale % % % Production totale annuelle française = GWh Un faible impact en énergie pour de VE 9

10 Impacts sur le réseau du point de vue «puissance» Nb de VE Puissance nécessaire pour charge lente (3 kw) Puissance nécessaire pour charge rapide (44 kw) GW % puissance installée GW % puissance installée % % % % % % Puissances installées en France : 123 GW Un impact significatif en puissance même pour de VE La charge rapide est critique pour la stabilité du réseau 10

11 Les limites du stockage de l énergie dans les batteries Une batterie s use même si l on ne s en sert pas (vieillissement calendaire). Difficile à prédire, dépend de la température extérieure, de l usage, etc Une batterie de 20 kwh ( km d autonomie) à 1000 /kwh coûte Objectif 300 /kwh 6000 Mais forte économie de carburant! Une batterie Li-ion peut se recharger en moins de 1 h mais le réseau électrique ne supporte pas l appel de puissance (une VE chargé en 1h un immeuble de 4 appartements) Pour une autonomie de 200 km il faut 200 kg de batterie Li-ion 11

12 Les perspectives du stockage de l énergie dans les batteries Les matériaux nano-structurés ( nanotube, graphène,.) Source: R. Padbury, X. Zhang / Journal of Power Sources 196 (2011) De nouveau matériaux Silicium, Soufre, Lithium-air,. Attention! limites théoriques 12

13 ACV = Analyse du Cycle de Vie Fabrication Matières premières Distribution Fin de vie Usage Nécessité de considérer toutes les étapes du cycle de vie d un objet 13

14 Le match pétrole vs électron critère pétrole électron Densité énergétique ( Wh / kg) Facilité de stockage et de «recharge» Émissions locales Impacts environnementaux globaux (ACV) Énergie renouvelable Rendement des moteurs 30 % 80 % Réversibilité des moteurs Un avantage pour l énergie électrique. mais pas un sans faute!! 14

15 Une mobilité électrique n est pas obligatoirement durable Scénario 1 : on ne change pas notre mobilité construite sur le pétrole et on adapte les technologies électriques Des bornes de recharge rapide tous les 100 km Une électricité produite avec des centrales thermiques Des véhicules transportant des masses importantes de batteries Etc Scénario 2 : on change notre mobilité et on l adapte pour l énergie électrique Fin du véhicule universel (travail, week-end, vacances) Inter-modalité renforcée (voiture, TC, vélo, marche) Auto-partage, location Etc. 15

16 L énergie électrique possède des atouts pour une mobilité durable Conclusions Une mobilité électrique sera durable parce qu elle aura été pensée durable, pas parce qu elle sera électrique Chercher à «électrifier» une mobilité non durable ne la rendra pas durable Notre mobilité construite sur le gaspillage de pétrole n est pas durable Il faut modifier notre mobilité pour l adapter à l énergie électrique et non pas vouloir utiliser l énergie électrique pour une mobilité construite sur le pétrole Electromobilité durable : défi technologique ou défi de société?? 16

17 Merci de votre attention Serge Pélissier Ifsttar Cité des mobilités 25 av. Mitterrand Bron Cedex 17